一种光热稀土复合两亲型温敏除冰剂及其制备方法与流程

本发明属于除冰领域，尤其是涉及一种光热稀土复合两亲型温敏除冰剂及其制备方法。

背景技术：

1、现有除冰技术通常利用疏水表面对冰层的疏水特性，尤其是含氟的两亲聚合物，但这种技术一般成本较高且会因为持续低温而失去两亲聚合物的相转变能力，同时随着冰层的不断增厚疏水材料也会丧失其性能，从而无法在寒冷环境下实现防冰。

2、目前现有技术通常利用疏水材料防止冰粘附在材料表面，聚异丙基丙烯酰胺是一种具有低临界相转变温度（lcst）的温敏聚合物，当外界温度低于其lcst时，亲水基端会与水形成氢键变为水溶型材料，相反的高于其lcst则会使亲脂链收缩成为油溶型材料。而这种异丙基丙烯酰胺在达到其响应温度前，即使阳光灼热感强也无法响应。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种光热稀土复合两亲型温敏除冰剂及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供了一种光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1是将改性稀土两亲温敏型单体与碱性催化剂、链转移剂溶解于混合溶剂中，在氮气环境、阳光照射的条件下进行反应，反应后将产物进行重结晶后得到光热稀土复合两亲型聚合物；

5、步骤2是将所述的光热稀土复合两亲型聚合物在去离子水中进行多次浸泡后得到所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶。

6、所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法的反应过程如式（ⅰ）-式（ⅱ）所示。

7、

8、式（ⅰ）。

9、

10、式（ⅱ）。

11、进一步，所述的步骤1中的改性稀土两亲温敏型单体由包括如下步骤的方法制成：将稀土硼化物与两亲温敏型单体溶于无水乙醇中，向其中加入催化剂使溶液呈碱性，在57-65℃下回流10-15小时，然后经萃取、过滤后得到改性稀土两亲温敏型单体。

12、进一步，所述的稀土硼化物与两亲温敏型单体、催化剂的质量比为140-320：110-220：150-340；所述的稀土硼化物为六硼化镧、六硼化钐、六硼化钇或六硼化钕中的至少一种；所述的步骤1中的两亲温敏型单体为n-(1-乙基丙基)-2-丙酸-2-丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺或乙烯吡咯烷酮中的至少一种；所述的催化剂为氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸钠中的至少一种。两亲温敏型单体是反应单体的前驱体，可以很好地降低反应位阻，使其能在简单条件下与稀土硼化物进行取代反应。

13、进一步，所述的步骤1中的链转移剂为2-氰丙基-2-基苯并二硫、α-甲基苯乙烯二聚体或2，6-二叔丁基对甲苯酚中的至少一种。

14、进一步，所述的步骤1中的混合溶剂为甲苯、乙醇、丙酮或二甲基亚砜中的至少一种；所述的步骤1中的碱性催化剂为氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸钠中的至少一种。

15、进一步，所述的步骤1中的改性稀土两亲温敏型单体、碱性催化剂、链转移剂与混合溶剂的质量比为240-650:120-260:1315-1420:35-60。改性稀土两亲温敏型单体的表面带有活性羟基，使其在适当溶剂中与1-羧基-n-异丙基丙烯酰胺实现取代反应成为具有光热效果的反应单体，在引发聚合后可以在短时间内实现吸热除冰效果。

16、进一步，所述的步骤1中的反应步骤的时间为12-18小时；所述的步骤1中的重结晶步骤使用的溶剂为正己烷和/或石油醚。

17、进一步，所述的步骤2中的浸泡步骤的时间以为3-6小时，浸泡步骤的次数为1-10次。

18、本发明还提供一种光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶，所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶由所述的制备方法制成。

19、本发明还提供一种光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的应用，所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶在除冰领域中的应用；所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶在制备除冰剂中的应用。

20、相对于现有技术，本发明具有以下优势：

21、相比于传统的聚异丙基丙烯酰胺，稀土基修饰后聚合物的结构极性改变，使本发明中的温敏聚合物临界相转变温度变低，约为22-28℃，这使其更容易达到转变温度变为疏水结构使冰层脱落，而侧链引入的稀土硼化物，由于其优异的红外吸收性能，可以在短时间内实现升温，更加缩短了除冰过程中温敏聚合物的响应时间。

22、在持续低温的环境下，红外吸收型改性稀土硼化物的引入会使两亲温敏聚合物吸收环境的光产生热量，促使升温实现温度快速响应。随着温度的改变，聚合物材料会产生亲疏水结构变化，从而出现内应力使冰层更利于脱落。稀土硼化物的吸热特性，一方面会使冰层吸收热量加快融化，一方面也会使两亲型温敏聚合物更快地达到其相转变温度从而实现除冰。

技术特征：

1.一种光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的改性稀土两亲温敏型单体由包括如下步骤的方法制成：将稀土硼化物与两亲温敏型单体溶于无水乙醇中，向其中加入催化剂使溶液呈碱性，在57-65℃下回流10-15小时，然后经萃取、过滤后得到改性稀土两亲温敏型单体。

3.根据权利要求2所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的稀土硼化物与两亲温敏型单体、催化剂的质量比为140-320：110-220：150-340；所述的稀土硼化物为六硼化镧、六硼化钐、六硼化钇或六硼化钕中的至少一种；所述的两亲温敏型单体为n-(1-乙基丙基)-2-丙酸-2-丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺或乙烯吡咯烷酮中的至少一种；所述的催化剂为氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸钠中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的链转移剂为2-氰丙基-2-基苯并二硫、α-甲基苯乙烯二聚体或2，6-二叔丁基对甲苯酚中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的混合溶剂为甲苯、乙醇、丙酮或二甲基亚砜中的至少一种；所述的步骤1中的碱性催化剂为氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的改性稀土两亲温敏型单体、碱性催化剂、链转移剂与混合溶剂的质量比为240-650:120-260:1315-1420:35-60。

7.根据权利要求1所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的反应步骤的时间为12-18小时；所述的步骤1中的重结晶步骤使用的溶剂为正己烷和/或石油醚。

8.根据权利要求1所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中的浸泡步骤的时间以为3-6小时，浸泡步骤的次数为1-10次。

9.一种光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶，其特征在于：所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制成。

10.权利要求9所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶的应用，其特征在于：所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶在除冰领域中的应用；所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶在制备除冰剂中的应用。

技术总结
本发明提供了一种光热稀土复合两亲型温敏除冰剂及其制备方法，步骤1是将改性稀土两亲温敏型单体与碱性催化剂、链转移剂溶解于混合溶剂中，在氮气环境、阳光照射的条件下进行反应，反应后将产物进行重结晶后得到光热稀土复合两亲型聚合物；步骤2是将所述的光热稀土复合两亲型聚合物在去离子水中进行多次浸泡后得到所述的光热稀土复合两亲型温敏聚合物水凝胶。本发明中的温敏聚合物临界相转变温度变低，约为22‑28℃，这使其更容易达到转变温度变为疏水结构使冰层脱落，而侧链引入的稀土硼化物，由于其优异的红外吸收性能，可以在短时间内实现升温，更加缩短了除冰过程中温敏聚合物的响应时间。

技术研发人员：王丁卉,张琪,尹健,刘金龙,秦晓婷,李璐,阚丽欣,赵玉亮,庄玮,马宝颂,李彬,董俊海,谢俊锋
受保护的技术使用者：天津包钢稀土研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20