一种耐候防结冰氟硅复合涂料及其制备方法与流程

本发明属于防冰雪涂料，具体涉及一种以羟基封端高耐候氟素树脂和氟改性有机硅树脂为基体树脂、以金刚石微粉和气相二氧化硅构建耐磨微纳粗糙结构的耐候防结冰氟硅复合涂料及其制备方法，适用于风电叶片、输电线路、桥梁缆索、通信塔架等暴露于低温高湿环境且对耐候性有严苛要求的设施表面。

背景技术：

1、输电线路、风力发电机叶片、光伏组件及通信铁塔等户外设施在冬季严寒或高湿度环境中容易发生表面结冰积冰现象，可能引发倒塔、断线、风机停机或机械过载等严重安全事故。

2、现有防结冰涂料多依赖低表面能有机硅树脂或氟碳树脂。然而，单一有机硅树脂的机械强度与耐候性较差，长期户外紫外线照射下易老化降解；单一氟树脂虽然耐候性优异，但其柔韧性与附着力有限，且微观粗糙结构在受风沙磨损或冰层剥离切应力作用时易损坏失效，导致防结冰性能迅速衰减。

3、现有技术中，cn104530974b公开了氟硅树脂与纳米二氧化硅/氧化铝复配的防覆冰涂料方案，但其表面微纳结构的长期耐磨性不足，在风沙冲蚀等实际工况条件下疏水性能衰退较快。cn115678359a公开了四氟树脂与有机硅拒水助剂的抗结冰氟碳涂料，但其未涉及以高硬度微米填料构建耐磨骨架的技术构思。

4、因此，如何使防结冰涂料兼具低冰附着强度、优异的机械耐磨性与长效耐候性，是当前亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐候防结冰氟硅复合涂料及其制备方法，通过羟基封端高耐候氟素树脂与氟改性有机硅树脂的基体复配，结合金刚石微粉与气相二氧化硅构建耐磨微纳二元粗糙结构，解决现有防结冰涂料耐候性不佳、抗磨损能力差以及防结冰长效性不足的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种耐候防结冰氟硅复合涂料，按重量份计包括以下组分：

4、羟基封端高耐候氟素树脂30～45份，

5、氟改性有机硅树脂15～25份，

6、经硅烷偶联剂表面偶联预处理后的金刚石微粉5～12份，平均粒径d50为1.5μm～3.0μm，莫氏硬度为10，

7、经硅烷偶联剂表面偶联预处理后的疏水型气相二氧化硅3～8份，

8、硅烷偶联剂1.5～3.5份，

9、固化剂8～15份，

10、溶剂20～30份。

11、具体地，所述疏水型气相二氧化硅的比表面积为150m2/g～250m2/g，原生粒径为15nm～30nm。

12、具体地，所述羟基封端高耐候氟素树脂的羟值为40mgkoh/g～60mgkoh/g，氟含量≥25wt%；所述氟改性有机硅树脂为氟烷基改性聚硅氧烷，固含量为60%。

13、具体地，所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

14、具体地，所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体，nco含量为21wt%～22wt%。

15、具体地，还包括丙烯酸嵌段共聚物分散剂0.5～1.5份和氟碳改性聚醚流平剂0.2～0.8份。

16、第二方面，提供了一种耐候防结冰氟硅复合涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

17、s1、填料表面偶联预处理：将经硅烷偶联剂表面偶联预处理后的金刚石微粉和经硅烷偶联剂表面偶联预处理后的疏水型气相二氧化硅加入盛有部分溶剂及硅烷偶联剂的反应容器中，于70℃～75℃升温搅拌反应2小时，超声分散时间为30分钟，得到改性填料浆料；

18、s2、主剂研磨与混配：将羟基封端高耐候氟素树脂和氟改性有机硅树脂混合均匀，加入所述改性填料浆料、分散剂、流平剂及剩余溶剂，研磨至细度小于15μm，过滤出料得到主剂组分；

19、s3、配制与涂覆固化：将所述主剂组分与固化剂按异氰酸根与羟基的摩尔比1.05:1混合均匀，涂覆于基材表面，经固化形成防结冰涂层。

20、具体地，步骤s3中，所述固化条件为80℃烘烤固化1小时或常温固化7天，干膜厚度为35μm～50μm。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

22、（1）低表面能与微纳粗糙结构协同防冰：氟素树脂的高氟含量与氟改性有机硅树脂的-si-o-si-骨架协同提供低表面能（＜20mn/m），金刚石微粉（微米级凸起）与气相二氧化硅（纳米级凸起）构建微米-纳米二级粗糙结构，使水滴处于cassie-baxter状态，涂层的冰附着强度低至18kpa～22kpa。

23、（2）高耐磨性：金刚石微粉因莫氏硬度10级的固有高硬度，在涂层表面形成耐磨凸点骨架，抵抗风沙冲蚀和机械摩擦，经过taber磨损500次循环后冰附着强度仍保持25kpa以下。

24、（3）高耐候性：氟碳键高键能（c-f约485kj/mol）赋予主链树脂优异抗紫外降解能力，经过2000小时quva紫外加速老化后保光率大于92%。

25、（4）良好附着力：硅烷偶联剂的烷氧基与无机填料表面缩合、有机官能团与树脂交联网络相互缠绕，实现无机-有机界面化学键合，涂层附着力达0级（划格法）。

1.一种耐候防结冰氟硅复合涂料，其特征在于，按重量份计包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的耐候防结冰氟硅复合涂料，其特征在于，所述疏水型气相二氧化硅的比表面积为150m2/g～250m2/g，原生粒径为15nm～30nm。

3.根据权利要求1所述的耐候防结冰氟硅复合涂料，其特征在于，所述羟基封端高耐候氟素树脂的羟值为40mgkoh/g～60mgkoh/g，氟含量≥25wt%；所述氟改性有机硅树脂为氟烷基改性聚硅氧烷，固含量为60%。

4.根据权利要求1所述的耐候防结冰氟硅复合涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的耐候防结冰氟硅复合涂料，其特征在于，所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体，nco含量为21wt%～22wt%。

6.根据权利要求1任一项所述的耐候防结冰氟硅复合涂料，其特征在于，还包括丙烯酸嵌段共聚物分散剂0.5～1.5份和氟碳改性聚醚流平剂0.2～0.8份。

7.一种权利要求1至6任一项所述耐候防结冰氟硅复合涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的耐候防结冰氟硅复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述固化条件为80℃烘烤固化1小时或常温固化7天，干膜厚度为35μm～50μm。