超疏水防覆冰涂层的研究进展

引言

结冰结霜给人们的生活引起诸多的不便，大量的结冰甚至会引起电力网络的故障，给交通运输造成极大的障碍，不但带来重大经济损失，而且给社会稳定造成了严重的危害。传统的除冰方法成本高，效率低，且对环境有害。研究表明，防覆冰涂料能够有效地防止冰雪的附着，其具有环境友好、能耗低、适用范围广等优越的性能，能够从根本上解决设备表面覆冰的难题[1]。其中仿荷叶效应的超疏水防覆冰涂层成为研究热点，较大的接触角和较小的润湿滞后角可以有效的促进液滴滚落，粗糙结构内气垫绝热作用使得液滴结冰时间延长。因此超疏水防覆冰材料有着广阔的应用前景。

1 涂层防覆冰技术

1.1 超疏水表面与防覆冰性能

超疏水表面有着较大的接触角（一般大于150°）和较低的滚动接触角（一般小于10°），因此其具有特殊的润湿性和界面性质，能够有效的促进表面液滴的滚动和掉落，还能够削弱冰与固体的附着力，从而抑制结冰行为。同时，超疏水气垫结构可以有效地减少冰与固体表面的接触面积，使其更容易脱冰而成为疏冰材料。

Yuan[2]等采用简便的方法制备了一种具有低滑移角的莲叶状超疏水低密度聚乙烯涂层。制备的超疏水涂层的水接触角为156°，滚动接触角为1°。在工作温度为-5 ℃的环境中，研究了低滑角涂层的防覆冰性能。结果表明，低滑移角的超疏水涂层能较好地防止表面结冰，具有良好的防冰性能。并且认为制备的具有良好防冰性能的超疏水涂层，将是户外设备在寒冷季节减少其表面结冰的理想选择。

1.2 主动除冰性能

在超疏水材料中加入一些相变储热材料或防冻试剂等可以赋予涂层的主动除冰性能，从而有效的提高涂层的防覆冰能力。

Edna 等[3]采用低表面能材料在不同尺寸的氧化铝颗粒表面制备了超疏水表面。研究发现，氧化铝的粒径是获得稳定超疏水表面的重要因素。涂层的接触角为156°，滚动接触角小于4°，改性氧化铝的超疏水性是由于纳米微结构和脂肪酸表面能较低共同作用的结果。通过测定氧化铝粉末和涂层的表面形貌和水浸试验，发现涂层具有较强的稳定性。

1.3 涂层的强度

低表面稳定性是限制超疏水涂层广泛应用的主要问题，因为表面粗糙度通常为微米或纳米级，在严酷的紫外线或红外照射和机械磨损下纳米结构很容易被破坏或去除，从而失去防覆冰性能。

Lu 等[4]研究出了一种全氟硅烷涂层的二氧化钛纳米颗粒的乙醇悬浮液，可以喷、浸或挤压到硬材料和软材料上，以创建一个自我清洁的表面，甚至可以在油中显现。并将商用粘合剂用于将涂料粘接在各种基材上，增强其坚固性。这些表面在用砂纸进行手指擦拭、刀刮、甚至40 次磨耗后仍能保持防水。所开发的配方可用于衣服、纸张、玻璃和钢铁的大量自清洁应用。认为“超疏水涂料+粘合剂”的概念可以简单、灵活、可靠地用于大规模的工业应用。

2 总结

涂层防覆冰技术从超疏水表面入手，能够有效的解决结冰结霜给人们生活带来的困难，为我们的生活带来方便。目前涂层防覆冰技术已经取得了很大的突破，但是大部分的涂层防覆冰技术的实践仍然停留在实验室阶段，如何控制生产成本，得到性能优越的涂层，并进行进行大规模的工业化推广，使得涂层防覆冰技术能广泛应用到我们日常生活中，这些都将是日后研究的方向。

[1]李辉,赵蕴慧,袁晓燕.抗结冰涂层:从表面化学到功能化表面[J].化学进展,2012，24（11）：2087-2096

[2]ZhiqingYuan,JipingBin,Xian Wang,et al,.Polymer Engineeing&Ssience,2012,11(23):2310-2

[3]EdnaRichard,, hydrophobicsurfacesfabricated bysurface modifica tion ofaluminaparticles[J].Applied Surface Science,2012,258(11):-

[4]Yao Lu,Sanjayan Sathasivam,JinlongSong,et al,Ro bust self-cleaningsurfacesthat function when ex posed to either air or oil[J].Science,2015,347(6226):1132-1135

文章来源：《中国表面工程》 网址: http://www.zgbmgc.cn/qikandaodu/2020/1113/383.html