一种光热疏水涂料及其制备方法和应用与流程

本公开涉及功能涂料，具体地，涉及一种光热疏水涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在冬季的低温高湿的条件下，暴露在空气中的设备设施会出现严重的结霜以及结冰现象，这会给空调制冷、能源传输等领域造成严重的经济损失和安全问题。目前常用的除冰方法包括机械除冰法、加热除冰法等主动除冰方法，这些主动除冰方法的能耗较大且除冰效率较低，很难大面积推广。

2、太阳能防冰或除冰材料通过利用太阳能，将太阳能转化为热能，提高设备设施表面温度从而起到防冰或除冰的效果，因此太阳能防冰或除冰材料具有绿色、清洁、环保的特点。然而，在极端环境下(低温、高湿)，空气中的冷凝水会在材料的表面冻结，阻挡太阳能防冰或除冰材料表面的光收集以及光热转换的效率，难以维持较好的除冰效果，而且更多的冷凝水会进一步在材料表面冷凝结霜并覆盖，形成恶性循环，最终导致太阳能防冰或除冰材料失去良好的光热性能，难以起到有效的防冰或除冰作用。

3、因此，开发一种能够在极端环境下实现光热转换的涂料。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种光热疏水涂料及其制备方法和应用，该涂料具有较好的光热转换效果及效率，起到较好的防冰或除冰作用。

2、为了实现上述目的，本公开提供第一方面提供一种光热疏水涂料，所述光热疏水涂料包括第一组分和固化剂组分；所述第一组分包括改性纳米粒子材料、光热吸收转化材料、树脂材料和溶剂，所述改性纳米粒子材料包括纳米粒子基质和氟硅烷偶联剂改性剂，所述氟硅烷偶联剂改性剂接枝于所述纳米粒子基质表面；

3、所述光热吸收转化材料选自碳基吸光材料和无机半导体材料中的一种或几种；

4、所述固化剂组分选自异氰酸酯类固化剂、胺类固化剂、酸类固化剂和酸酐类固化剂中的一种或几种。

5、可选地，所述第一组分与所述固化剂组分的重量比为1：(0.05～0.5)，优选为1：(0.1～0.3)；优选地，所述第一组分中树脂材料与所述固化剂组分的重量比为(2～20)：1，优选为(3～10)：1；所述树脂材料与所述溶剂的重量比为(1～10)：1，优选为(3～10)：1；所述改性纳米粒子材料与所述树脂材料的重量比为(0.01～0.5)：1，优选为(0.03～0.2)：1；所述光热吸收转化材料与所述改性纳米粒子材料的重量比为1：(0.01～10)，优选为1：(0.1～5)。

6、可选地，所述改性纳米粒子中的纳米粒子基质选自二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锌、炭黑、蒙脱土和聚四氟乙烯中的一种或几种；

7、所述氟硅烷偶联剂改性剂包括氟硅烷类化合物和第一硅烷偶联剂；优选地，以所述氟硅烷偶联剂改性剂的总重量为基准，所述氟硅烷类化合物和第一硅烷偶联剂的重量比为1：0.1～5；可选地，所述第一硅烷偶联剂选自硅酸四乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种；所述氟硅烷类化合物选自三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷、3,3,3-三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基甲基二甲氧基硅烷和六氟丁基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；

8、所述碳基吸光材料选自碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和炭黑中的一种或几种；所述无机半导体材料选自氮化钛、硫化铜和氧化钛中的一种或几种；

9、所述树脂材料选自有机硅树脂、环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂中的一种或几种，优选为选自有机硅树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂中的一种或几种；

10、所述溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、乙二醇单乙醚、丁内酯、乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯和己二酸二甲酯中的一种或几种。

11、可选地，所述异氰酸酯类固化剂选自甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种；

12、所述胺类固化剂选自二乙烯基三胺、异佛尔酮二胺、乙二胺、三甲基六亚甲基二胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺和间苯二胺中的一种或几种；

13、所述酸类固化剂选自苯磺酸、对甲苯磺酸和二甲苯磺酸中的一种或几种；

14、所述酸酐类固化剂选自邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸二酐和顺丁烯二酸酐中的一种或几种。

15、可选地，所述光热疏水涂料还包括助剂，所述助剂选自消泡剂、增稠剂、第二偶联剂和分散剂中的至少一种；

16、优选地，所述消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷、乙二醇硅氧烷和聚醚消泡剂中的一种或几种；

17、可选地，所述增稠剂选自无机增稠剂、纤维素类增稠剂、聚丙烯酸类增稠剂和聚氨酯类增稠剂中的一种或几种；优选地，所述增稠剂选自白炭黑、蒙脱石、二氧化硅、硬脂酸钙、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和聚乙烯醇中的一种或几种；

18、优选地，所述第二偶联剂选自硅酸四乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种；

19、可选地，所述分散剂选自磷酸盐类分散剂、多元酸均聚物分散剂和多元酸共聚物分散剂中的一种或几种；优选地，所述分散剂选自油酸钠、羧酸钠、聚丙烯酸、硫酸钠、磺酸钠、磺化聚苯乙烯、磺化聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮和季铵化聚丙烯酰胺中的一种或几种。

20、本公开第二方面提供一种制备光热疏水涂料的方法，所述方法包括如下步骤：

21、s1、使纳米粒子基质、第一混合溶液和氟硅烷偶联剂改性剂接触并进行第一混合处理，将所得固体产物进行第一干燥处理，得到改性纳米粒子材料；

22、s2、使改性纳米粒子材料、树脂材料与溶剂接触进行第一分散处理，得到第一分散液；

23、s3、使光热吸收转化材料与第一分散液接触进行第二混合处理，得到第一组分；

24、s4、将第一组分与固化剂组分接触进行第三混合处理；

25、其中，所述固化剂组分选自异氰酸酯类固化剂、胺类固化剂、酸类固化剂和酸酐类固化剂中的一种或几种。

26、可选地，所述纳米粒子基质选自二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锌、炭黑、蒙脱土和聚四氟乙烯中的一种或几种；

27、所述光热吸收转化材料选自碳基吸光材料和无机半导体材料中的一种或几种；优选地，所述碳基吸光材料选自碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、炭黑和碳化天然产物中的一种或几种；所述无机半导体材料选自氮化钛、硫化铜和氧化钛中的一种或几种；

28、所述树脂材料选自有机硅树脂、环氧树脂、醇酸树脂聚氨酯树脂和丙烯酸树脂，优选选自有机硅树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂中的一种或几种；

29、所述溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、乙二醇单乙醚、丁内酯、乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯和己二酸二甲酯中的一种或几种。

30、可选地，步骤s1中，所述纳米粒子基质与氟硅烷偶联剂改性剂的重量比为1：(0.1～2)；

31、步骤s1中，还包括将纳米粒子基质与第一混合溶液接触进行第一搅拌处理；其中，所述第一混合溶液包括氨水和无水乙醇；以所述第一混合溶液的总体积计，所述氨水和无水乙醇的体积比为1：(2～10)；

32、所述氟硅烷偶联剂改性剂包括氟硅烷类化合物和第一硅烷偶联剂，其中，以所述氟硅烷偶联剂改性剂的总重量为基准，所述氟硅烷类化合物和第一硅烷偶联剂的重量比为1：(0.1～5)；所述第一硅烷偶联剂选自硅酸四乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种；所述氟硅烷类化合物选自三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷、3,3,3-三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基甲基二甲氧基硅烷和六氟丁基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；

33、步骤s2中，还包括将树脂材料与溶剂接触，进行第二分散处理；可选地，所述树脂材料与所述溶剂的重量比为(1～10)：1，优选为(3～10)：1；

34、所述改性纳米粒子材料与所述树脂材料的重量比为(0.01～0.5)：1，优选为(0.03～0.2)：1；

35、步骤s3中，还包括将光热吸收转化材料溶解于溶剂中；所述光热吸收转化材料与所述改性纳米粒子材料的重量比为1：(0.01～10)，优选为1：(0.1～5)。

36、步骤s4中，所述第一组分与所述固化剂组分的重量比为1：(0.05～0.5)，优选为1：(0.1～0.3)。

37、可选地，所述第一混合处理的条件包括：温度为25～75℃，时间为1～12h；

38、所述第一干燥处理的条件包括：温度为75～120℃，时间为0.5～2h；

39、所述第一分散处理的条件包括：转速为500～3000转/min，时间为0.5～3h；

40、所述第二混合处理的条件包括：转速为500～2000转/min，时间为10～40min；

41、所述第三混合处理的条件包括：转速为500～2000转/min，时间为10～40min。

42、可选地，所述第一搅拌处理的条件包括：温度为25～75℃，转速为500～2000r/min，时间为1～12h；

43、所述第二分散处理的条件包括：温度为室温，转速为500～3000r/min，时间为0.5～3h。

44、可选地，步骤s2中，还包括在树脂材料与溶剂接触时加入助剂；

45、其中，所述助剂选自消泡剂、增稠剂、第二偶联剂和分散剂中的至少一种；

46、优选地，所述消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷、乙二醇硅氧烷和聚醚消泡剂中的一种或几种；

47、可选地，所述增稠剂选自无机增稠剂、纤维素类增稠剂、聚丙烯酸类增稠剂和聚氨酯类增稠剂中的一种或几种；优选地，所述增稠剂选自白炭黑、蒙脱石、二氧化硅、硬脂酸钙、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和聚乙烯醇中的一种或几种；

48、优选地，所述第二偶联剂选自硅酸四乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种；

49、可选地，所述分散剂选自磷酸盐类分散剂、多元酸均聚物分散剂和多元酸共聚物分散剂中的一种或几种；优选地，所述分散剂选自油酸钠、羧酸钠、聚丙烯酸、硫酸钠、磺酸钠、磺化聚苯乙烯、磺化聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮和季铵化聚丙烯酰胺中的一种或几种；

50、可选地，所述助剂与所述树脂材料的重量比为(0.01～0.3)：1；

51、可选地，所述消泡剂：增稠剂：第二偶联剂：分散剂的重量比为(0.5～1.5)：(0.1～0.5)：(0.1～0.5)：1。

52、本公开第三方面提供前述的方法制备得到的光热疏水涂料。

53、本公开第四方面提供前述的光热疏水涂料在防冰或除冰中的应用。

54、通过上述技术方案，本公开提供一种光热疏水涂料及其制备方法和应用，该涂料中添加具有优异光热吸收转换性能的光热吸收转换材料，从而吸收太阳能并转换为热能；该涂料中还添加疏水化改性后的改性纳米粒子材料，使该涂料在极端环境下(低温、高湿)可以有效去除冷凝水，避免冷凝水的冻结，进而保证该涂料的光热吸收转换效率；起到良好的防冰或除冰效果。

55、本公开提供光热疏水涂料的制备方法具有设备简单、工艺简单、原料廉价易得的优点，且该光热疏水涂料可涂覆于多种材料表面，在能源领域、空调制冷、航空航天等极端环境下具有广阔的应用前景。

56、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。