防結(jié)冰離子液體凝膠薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防結(jié)冰功能涂層制備與應(yīng)用領(lǐng)域，涉及利用離子液體凝膠薄膜制備防結(jié)冰涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)冰現(xiàn)象廣泛存在于寒冷地區(qū)路面、航空航天、低溫制冷、低溫液體儲運及等領(lǐng)域中的冷表面上。防結(jié)冰涂層對于減少結(jié)冰引起的交通事故、預(yù)防通訊線路以及電網(wǎng)塔的損毀、提高冰箱及傳熱設(shè)備的傳熱效率等都具有重要意義。傳統(tǒng)制備防結(jié)冰涂層的方法包括電化學(xué)方法、溶膠-凝膠法、機械除冰法，由于生產(chǎn)成本高，長效性差、除冰效率低、存在安全隱患，極大限制了實際應(yīng)用。近年來，受自然界生命體系中特殊浸潤性的啟發(fā)，研宄者們設(shè)計制備了一系列仿生防結(jié)冰涂層(D.Quere et al.Langmuir, 25, 7214-7216 (2009)；J.Aizenberg et al.ACS Nano, 4, 7699-7707 (2010) ；J.Aizenberg et al.Nature,477，443-447 (2011); J.Wang et al.ACS Nano, 8，3152-3169 (2014))。如受荷葉啟發(fā)的超疏水涂層憑借其微結(jié)構(gòu)中的空氣層，可極大限制冰的形成；而受豬籠草啟發(fā)的易滑動表面上的液體潤滑層極大減小了冰與界面之間的粘附力，從而在微小外力作用下可以很容易將形成的冰除去。盡管如此，上述防結(jié)冰材料也存在致命弱點。如超疏水表面需要構(gòu)筑復(fù)雜的微納米結(jié)構(gòu)，使得其穩(wěn)定性和機械強度差，不能滿足實際需要。易滑動表面雖然具有良好的穩(wěn)定性，但在簡便易行的大面積制備方面還面臨巨大挑戰(zhàn)。因此急需發(fā)展一種新型防結(jié)冰材料，既能滿足長期使用的要求，又能解決大面積制備困難的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用離子液體凝膠薄膜制備防結(jié)冰涂層的方法。其特征在于:該方法無需構(gòu)筑微納米多尺度結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好；制備方法簡單，采用光或熱固化的自由基共聚交聯(lián)反應(yīng)，適合大面積制備；通過設(shè)計離子液體的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其凝固點可將至_80°C，保證液體潤滑層在超低溫條件的穩(wěn)定存在；離子液體凝膠的機械強度可通過原料配比調(diào)節(jié)，達(dá)到優(yōu)異的力學(xué)性能。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0005]一種防結(jié)冰薄膜，為離子液體凝膠薄膜，其特征在于:所述離子液體凝膠薄膜以疏水性聚合物或聚離子液體為三維網(wǎng)絡(luò)骨架，非聚合疏水性離子液體為連續(xù)相。
[0006]本發(fā)明所述防結(jié)冰薄膜的制備方法包括以下三種:
(I)聚合物單體在非聚合離子液體中自由基共聚交聯(lián)制備離子液體凝膠將疏水性聚合物單體、疏水性非聚合離子液體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑溶解于溶劑中，混合攪拌均勻，氮氣鼓泡除氧。涂敷在基底上，在紫外光或熱的條件下反應(yīng)，制備離子液體凝膠薄膜。
[0007](2)聚合物直接與非聚合離子液體物理交聯(lián)形成離子液體凝膠將疏水性聚合物、溶劑、疏水性非聚合離子液體混合，攪拌至均勻溶膠，涂敷在基底上，溶劑揮發(fā)完全后得到離子液體凝膠薄膜。
[0008](3)離子液體單體在非聚合離子液體中自由基共聚交聯(lián)制備離子液體凝膠將離子液體單體、疏水性非聚合離子液體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑溶解于溶劑中，混合攪拌均勻，氮氣鼓泡除氧。涂敷在基底上，在紫外光或熱的條件下反應(yīng)，制備離子液體凝膠薄膜。
[0009]本發(fā)明中所述的制備方法(I)中，疏水性聚合物單體為丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、4-乙烯基吡啶、苯乙烯中的一種或多種。
[0010]本發(fā)明中所述的制備方法(2)中，疏水性聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚二甲基硅氧烷中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明中所述的制備方法(3)中，離子液體單體為1-乙烯基-3-丁基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽、1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙烯基-3-乙基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸鹽、1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙烯基-3-乙基咪唑二腈胺鹽中的一種或多種。
[0012]本發(fā)明中所述的制備方法(1)(2)(3)中，疏水性非聚合離子液體為1-乙級-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、1-丙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、1- 丁基_2，3- 二甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、N- 丁基-N-甲基吡咯雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、1-腈丙級-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、1-芐基-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽中的一種或幾種。
[0013]本發(fā)明中所述的制備方法(I) (2) (3)中，溶劑是丙酮、二氯甲烷、甲苯中的一種或幾種。
[0014]本發(fā)明中的所述的制備方法(I) (3)中，單體引發(fā)劑是二苯甲酮、過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈中的一種或多種。
[0015]本發(fā)明中所述的制備方法(I) (3)中，交聯(lián)劑是聚乙二醇二甲基丙烯酸酯。
[0016]本發(fā)明中所述的制備方法(I) (2) (3)中，基底是鋁片、銅片、鐵片、塑料、玻璃、二氧化硅、陶瓷。
[0017]本發(fā)明中的所述的制備方法(I) (2) (3)中，疏水性非聚合離子液體/溶劑的質(zhì)量比例是 1000/1000-1000/0。
[0018]本發(fā)明所述的制備方法(2)中，疏水性聚合物/溶劑的質(zhì)量比例是10/1000-100/1000。本發(fā)明中所述的制備方法(3)中，離子液體單體/疏水性非聚合離子液體的質(zhì)量比例是100/1000-1000/0。
[0019]本發(fā)明中所述的制備方法(I) (3)中，引發(fā)劑/聚合物單體的質(zhì)量比例是1/1000-20/1000。
[0020]本發(fā)明中所述的制備方法(I) (3)中，交聯(lián)劑/聚合物單體的質(zhì)量比例是1/1000-50/1000。
[0021]本發(fā)明中所述的制備方法(I)中，疏水性聚合物單體/疏水性非聚合離子液體的質(zhì)量比例是 100/1000-1000/1000。
[0022]本發(fā)明中的所述的制備方法(I) (3)中，光引發(fā)波長為250 nm-420 nm。
[0023]本發(fā)明中的所述的制備方法(I) (3)中，加熱溫度是70-90 °C。
[0024]本發(fā)明提供的防結(jié)冰離子液體凝膠薄膜，克服了現(xiàn)有防結(jié)冰涂層生產(chǎn)成本高，長效性差、除冰效率低、機械強度差、不能大面積制備的缺陷。本發(fā)明得到的離子液體凝膠薄膜性質(zhì)穩(wěn)定，經(jīng)過長達(dá)一年的放置或經(jīng)過一小時的紫外光照對其防結(jié)冰性能無影響。離子液體的凝固點可低達(dá)_80°C，使得所制備離子液體凝膠薄膜在超低溫下仍保持防結(jié)冰性能。本發(fā)明的方法操作簡便、易于控制、所需設(shè)備簡單、能夠大規(guī)模生產(chǎn)。
[0025]
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的防結(jié)冰離子液體凝膠薄膜的制備示意圖
【具體實施方式】
[0027]以下實施例僅是對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，而不是對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行限制。
[0028]實施例1
疏水性單體丙烯酸甲酯、疏水性非聚合離子液體1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、弓丨發(fā)劑偶氮二異丁腈、交聯(lián)劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯以重量比1000/1000/10/10混合攪拌均勻，氮氣鼓泡30分鐘除氧，均勻涂敷在鋁片上，然后在80 ° C加熱狀態(tài)下反應(yīng)形成防結(jié)冰的離子液體凝膠薄膜。
[0029]實施例2
疏水性單體甲基丙烯酸甲酯、疏水性非聚合離子液體1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、引發(fā)劑過氧化苯甲酰、交聯(lián)劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯以重量比1000/1000/10/10混合攪拌均勻，氮氣鼓泡30分鐘除氧，均勻涂敷在鐵片上，然后在80 ° C加熱狀態(tài)下反應(yīng)形成防結(jié)冰的離子液體凝膠薄膜。
[0030]實施例3
疏水性單體甲基丙烯酸丁酯、疏水性非聚合離子液體1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、引發(fā)劑過氧化苯甲酰、交聯(lián)劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯以重量比1000/1000/10/10混合攪拌均勻，氮氣鼓泡30分鐘除氧，均勻涂敷在銅片上，然后在80 ° C加熱狀態(tài)下反應(yīng)形成防結(jié)冰的離子液體凝膠薄膜。
[0031]實施例4
疏水性單體4-乙烯基吡啶、疏水性非聚合離子液體1-辛基-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、引發(fā)劑二苯甲酮、交聯(lián)劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯以重量比1000/2000/10/20混合攪拌均勻，氮氣鼓泡30分鐘除氧，均勻涂敷在玻璃片上，然后在265nm紫外光照射下聚合交聯(lián)得到防結(jié)冰的離子液體凝膠薄膜。
[0032]實施例5
疏水性單體苯乙烯、疏水性非聚合離子液體1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸