专利名称：一种用于基材表面的自发热涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于基材表面的自发热防冻除冰涂层及其制备方法，属于涂料领域。
背景技术：
飞机结冰是造成飞机飞行事故的重要原因之一。事实证明只是依靠飞机机载防/除冰系统不能完全解决飞机结冰带来的飞行安全隐患，其根本原因是防/除冰系统并不能百分之百地防止飞机结冰或者消除已经结的冰；导致飞机会出现带冰飞行的情况。目前，一些传统的有效的消冰方法至今仍在使用，像充气靴，电热冰防护和引入喷气发动机热气的热除冰等。在早期的对冷冻点抑制的冰防护系统设计中，曾经研究过向表面渗透一种防冻液体，像与水混合的乙二醇等的方法。但这种方法明显的局限性在于飞机上液体的供应量限制了防冰时间的延长。还有用大型电暖扇供热与风干结合的方法，但是这种方法工作量大，高耗能而且效率低经常延误航班。再者，有专业人士运用了较先进的电子感应系统，提高了结冰的预警性能，但是仅仅停留在预警上，没有给出如何去解决尤其是及时快速解决问题的方法。因此，在飞机的预防冰冻及高效除冰方面，一直没有能从根本上解决，所以研发一种新的除冰方法是很有必要的。再者，2008年的雪灾给国民经济、生产及日常生活带来了极大的不便，尤其高压输电线及道路积雪成冰更是造成了人员的伤亡，这些领域的防冻除冰更是迫在眉睫。
发明内容
本发明融合了电气石自发热功能、防冻涂层、自洁疏水涂层等多种物化性能良好的材料，利用它们的优良性质，将疏水、自洁、自发热、防冻材料合理的应用在一起，综合利用了各种材料的优良性能，防冻除冰更加高效。本发明的各功能涂层亦可根据实际需要自
由组合。一种用于基材表面的自发热涂层，所述涂层包括绝缘底层和自发热层，其中，所述自发热层涂料原料按质量比5-15:25-60:5-10，含有电气石粉体、疏水树脂和有机溶剂，所述电气石粉体的粒径小于200目。本发明所述自发热涂层中的绝缘底层涂料的选取为本领域的公知技术，本领域熟练的技术人员可以通过基板的材质确定绝缘涂料种类的选取及其确定其用量，本发明优选为有机绝缘涂料，如有机硅绝缘漆YA-631、环氧绝缘漆J-305等等。本发明所述的自发热涂层中的自发热层涂料中含有电气石粉体，电气石粉体具有显著的压电性和热电性，当外界的温度和压力有微弱变化时，其内部分子运动增强，偶极矩发生变化，即热运动使极性分子激发到更高的能级，分子向低能级跃进时向外辐射大量远红外线，提供热量，提高基材表面的温度，以达到防结冰的目的。其中，所述疏水树脂按下述方法制备:将30 55份甲基丙烯酸甲酯，15 45份丙烯酸丁酯，I 10份丙烯酸，4 11份有机硅单体及100份有机溶剂(由乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯按质量比1: 2: 3组成的混合溶液)加入到四口瓶中，升温到110°C后，均匀滴加0.05 0.2份AIBN的引发剂溶液，保温2小时，出料。上述有机硅单体优选为乙烯基三乙氧基硅烷。本发明所述疏水树脂具有表面能低，可与颜填料制备成超疏水涂层，可起到防止涂层结冰的作用。本发明所述涂层一个优选的技术方案为自发热层涂料中仅含有电气石粉体、疏水树脂和有机溶剂，所述自发热层涂料原料，按重量份，由下述组分组成:电气石粉体 5-15疏水树脂 25-40有机溶剂5-10。为了使自发热层同时具备自发热和疏水的能力，本发明另一优选技术方案中所述涂层中的自发热层优选所述自发热层涂料原料，按重量份计，由下述组分组成: 电气石粉体 5 15 疏水树脂25-60
有机溶剂5-10
纳米二氧化硅 2-10 润湿分散剂 0.1-0.5 无机填料4-10所述无机填料选自铁红、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、高岭土中的至少两种。 优选上述无机填料中各个组分重量相同。本发明所述涂层中的自发热层可按下述方法制备:将电气石粉体、疏水树脂、有机溶剂及任选加入的纳米氧化硅、润湿分散剂、无机填料按比例混合后，研磨机中以4000r/min分散30min既得。其中，任选加入的纳米氧化硅、润湿分散剂、无机填料指当涂料中包含纳米氧化硅、润湿分散剂、无机填料时加入上述组分；无时则不加。本发明所述涂层优选进一步包括超疏水表层，所述超疏水表层涂料原料按重量份计，由下述组分组成:
纳米二氧化硅 2-10 润湿分散剂0.1-0.5
无机填料4-10
疏水树脂20-40
有机溶剂20-40本发明所述涂层中的超疏水表层可按下述方法制备:
将纳米二氧化硅、有机溶剂、润湿分散剂按质量比混合，混合后分散研磨；后加入无机填料，研磨机中以4000r/min分散30min后加入与有机溶剂质量比为1:1的疏水树脂，再分散研磨至均匀，既得。本发明所述涂层优选进一步包括碳纤维激发层，所述碳纤维激发层设于绝缘底层与自发热层之间。本发明所述涂层所有技术方案中均优选所述有机溶剂为由乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯按质量比1:2:3组成的混合溶液。本发明所述涂层一个优选的技术方案为: 一种用于基材表面的自发热涂层，所述涂层由下至上由绝缘底层、碳纤维激发层、自发热层和超疏水表层组成。其中，所述自发热层涂料原料按质量比5-15:25-40:5-10，由电气石粉体、疏水树脂和有机溶剂组成，所述电气石粉体的粒径小于200目。上述技术方案所述涂层，优选按下述方法制备:在基材上涂覆有机绝缘涂料制得绝缘底层，将碳纤维激发层置于其上，然后将自发热层涂料涂覆于碳纤维激发层上，干燥后将超疏水表层涂料涂覆于最外层，干燥既得。本发明另一个优选的技术方案为:一种用于基材表面的自发热涂层，所述涂层由下至上由绝缘底层、碳纤维层和自发热层组成，所述自发热层涂料原料，按质量比，由下述组分组成:
电气石粉体 5-15 疏水树脂25-60
有机溶剂5-10
纳米二氧化硅 2-10
润湿分散剂 0.1-0.5
无机填料4-10上述技术方案所述涂层，优选按下述方法制备:在基材上涂覆有机绝缘涂料制得绝缘底层，将碳纤维激发层置于其上，干燥后涂覆自发热层涂料。本发明所述用于基材表面的自发热涂层的制备方法一个优选的技术方案为:一种用于基材表面的自发热涂层的制备方法，包括下述工艺步骤:①超疏水表层涂料制备:将纳米二氧化硅、有机溶剂、润湿分散剂按质量比混合，混合后分散研磨；后加入无机填料，研磨机中以4000r/min分散30min后加入与有机溶剂质量比为1:1的疏水树脂，再分散研磨至均匀，既得，其中，所述有机溶剂为乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯按质量比1: 2: 3组成的混合溶液。②自发热层涂料制备:将电气石粉体、树脂、有机溶剂按质量比5-15:25-40:5-10混合后，研磨机中以4000r/min分散30min,既得。③涂覆:在基材上涂覆有机绝缘涂料制得绝缘底层，将碳纤维激发层置于其上，然后将自发热层涂料涂覆于碳纤维激发层上，干燥后将超疏水表层涂料涂覆于最外层，干燥既得。本发明所述用于基材表面的自发热涂层的制备方法另一个优选的技术方案为:利用碳纤维涂层作为激发层的自发热涂层的制备方法优选下述技术方案:①超疏水、自发热一体层涂料制备:将纳米二氧化娃、有机溶剂、润湿分散剂按质量比混合，混合后分散研磨；加入无机填料，研磨机中以4000r/min分散30min,按比例加入疏水树脂和有机溶剂，再以1000r/min分散研磨30min，出料，获得超疏水、自发热一体的涂料， 所述自发热层涂料原料，按质量比，由下述组分组成:
电气石粉体 5-15 疏水树脂 25-60 有机溶剂 5-10 纳米二氧化硅2-10 润湿分散剂 0.1-0.5 无机填料 4-10其中，所述有机溶剂为乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯按质量比1: 2: 3组成的混合溶液；②涂覆:在基材上涂覆涂覆有机绝缘涂料制得绝缘底层，将碳纤维激发层置于其上，干燥后涂覆超疏水、自发热一体的涂料，干燥既得。本发明的有益效果是:本发明融合了电气石自发热功能、防冻涂层、自洁疏水涂层等多种物化性能良好的材料，利用它们的优良性质，将疏水、自洁、自发热、防冻材料合理的应用在一起，综合利用了各种材料的优良性能，防冻除冰更加高效，可广泛用于高压输电线、高原铁路及所有需要防冻除冰的领域，尤其适用于飞机机翼的防冻除冰。目前飞机多采用热的防冻液来防止结冰，效率低，对飞机自重影响大。而该发明采用涂层的形式，质量小，成本低，减少了飞机的自重，节省燃油，延长飞机使用寿命，使用方便，可以在飞机成型后再进行涂用。
图1是实施例1所得自发热涂层的示意图附图标记如下:1、绝缘底层，2、碳纤维激发层，3、自发热层，4、超疏水表层。
具体实施例方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得，或可以常规方法制备。润湿分散剂为德谦903型下述实施例中疏水树脂按下述方法制备:将45g甲基丙烯酸甲酯，40g丙烯酸丁酯，7g丙烯酸，8g乙烯基三乙氧基娃烧，IOOg有机溶剂加入到通有氮气的四口烧瓶中，升温到110°c后，均匀滴加含0.1g的AIBN引发剂溶液，保温2小时，降至室温，出料。上述步骤中，所述有机溶剂为乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯按质量比1: 2: 3组成的混合溶液。实施例1①将电气石进行研磨，使其达到微米级别，用200目过滤筛筛选；电气石9g、树脂30g、有机溶剂7g混合后，研磨机中以4000r/min高速分散30min，出料，获得电气石发热涂料；②将纳米二氧化硅5g、有机溶剂30g及润湿分散剂0.1g混合后置于超声波分散器中分散15分钟；加入铁红、钛白粉、碳酸钙、滑石粉、高岭土各1.5g，以4000r/min速度在研磨机中分散研磨30min ;加入30g疏水树脂,再以1000r/min分散研磨30min,出料,获得超疏水涂料；③涂覆:先在基材上涂覆YA-631有机绝缘涂料制得绝缘底层1，将碳纤维激发层2置于其上，然后将自发热层涂料涂覆于碳纤维激发层2上制得自发热层3，干燥后将超疏水表层涂料涂覆于最外层制得超疏水表层4，室温放置，干燥。上述步骤中，所述有机溶剂为乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯按质量比1: 2: 3组成的混合溶液。此实施案例可用于飞机或其他因水、水汽凝结成冰且需要绝缘的电器结构的防冻、除冰。实施例2①将纳米二氧化硅5g、有机溶剂30g及润湿分散剂0.1g混合后置于超声波分散器中分散15分钟；加入铁红、钛白粉、滑石粉各2.5g，以及电气石粉9g，研磨机中以4000r/min速度在研磨机中分散30min ;加入50g树脂，IOg溶剂,再以1000r/min分散研磨30min,出料，获得超疏水、自发热一体的涂料。②首先在基材上涂覆YA-631有机硅绝缘涂料制得绝缘底层，将碳纤维激发层置于其上，干燥后涂覆超疏水、自发热一体的涂料，室温放置，干燥。上述步骤中，所述有机溶剂为乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯按质量比1: 2: 3组成的混合溶液。此实施案例可用于自重要求较高的如高压电缆等的防结霜除冰。
权利要求
1.一种用于基材表面的自发热涂层，所述涂层包括绝缘底层和自发热层， 其中，所述自发热层涂料原料按质量比5-15:25-60:5-10，含有电气石粉体、疏水树脂和有机溶剂，所述电气石粉体的粒径小于200目。
2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于:所述自发热层涂料原料，按重量份，由下述组分组成: 电气石粉体5-15 疏水树脂 25-40 有机溶剂 5-10。
3.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于:所述自发热层涂料原料，按重量份，由下述组分组成: 电气石粉体 5-15 疏水树脂25-60有机溶剂5-10 纳米二氧化硅 2-10 润湿分散剂 0.1 05无机填料4-10 所述无机填料选自铁红、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、高岭土中的至少两种。
4.根据权利要求2所述的涂层，其特征在于:所述涂层包括超疏水表层，所述超疏水表层涂料原料，按重量份，由下述组分组成: 纳米二氧化硅 2-10润湿分散剂0.1-0.5无机填料4-10疏水树脂20-40有机溶剂20-40。
5.根据权利要求1 4任一项所述的涂层，其特征在于:所述涂层包括碳纤维激发层，所述碳纤维激发层设于绝缘底层与自发热层之间。
6.根据权利要求1 4任一项所述的涂层，其特征在于:所述有机溶剂为由乙酸丁酯、正丁醇、二甲苯按质量比1: 2: 3组成的混合溶液。
7.根据权利要求1 4任一项所述的涂层，其特征在于:所述自发热层涂料按下述工艺制备:将电气石粉体、疏水树脂、有机溶剂及任选加入的纳米氧化硅、润湿分散剂、无机填料按比例混合后，研磨机中以4000r/min分散30min既得。
8.根据权利要求4所述的涂层，其特征在于:所述超疏水表层涂料按下述工艺制备:将纳米二氧化硅、有机溶剂、润湿分散剂按质量比混合，混合后分散研磨；后加入无机填料，研磨机中以4000r/min分散30min后加入与有机溶剂质量比为1:1的疏水树脂,再分散研磨至均匀，既得。
9.一种用于基材表面的自发热涂层的制备方法，其特征在于: 在基材上涂覆有机绝缘涂料制得绝缘底层，干燥后涂覆自发热层涂料，任选干燥后将超疏水表层涂料涂覆于最外层，干燥既得，或 在基材上涂覆有机绝缘涂料制得绝缘底层，将碳纤维激发层置于其上，然后将自发热层涂料涂覆于 碳纤维激发层上，任选干燥后将超疏水表层涂料涂覆于最外层，干燥既得。
全文摘要
本发明涉及一种用于基材表面的自发热防冻除冰涂层及其制备方法，属于涂料领域。本发明融合了电气石自发热功能、防冻涂层、自洁疏水涂层等多种物化性能良好的材料，利用它们的优良性质，将疏水、自洁、自发热、防冻材料合理的应用在一起，综合利用了各种材料的优良性能，防冻除冰更加高效。
文档编号C09D7/12GK103203938SQ20131012737
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者雷桢禹, 王毓林, 王威, 陈美玲, 杨莉, 张恩 申请人:大连交通大学