本發(fā)明屬于融冰領(lǐng)域，尤其是涉及一種鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有防冰技術(shù)常常利用氟碳樹(shù)脂與其他疏水材料混合從而達(dá)到優(yōu)異的防冰粘接效果。氟碳涂料是以氟樹(shù)脂為成膜物質(zhì)的涂料，由于在氟樹(shù)脂大分子鏈中f-c鍵的存在，使得用氟樹(shù)脂為基料配成的氟樹(shù)脂涂料具有許多優(yōu)異的性能。最早的“氟碳涂料”即聚四氟乙烯(ptfe)、聚全氟丙烯(fep)等共聚合物。這類(lèi)材料其獨(dú)特優(yōu)異的耐熱、耐低溫、自潤(rùn)滑性、超耐化學(xué)腐蝕性及化學(xué)穩(wěn)定性能等，而被稱(chēng)為“拒腐蝕、永不粘的特富龍”，除此之外其穩(wěn)定性也比市面上流行的聚氨酯、有機(jī)硅、丙烯酸樹(shù)脂涂料優(yōu)越，因此在許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。比如在建筑物、文物保護(hù)方面使用氟碳涂料可以抵擋風(fēng)雨的侵蝕；應(yīng)用于航空器方面，可作飛機(jī)蒙皮涂料；在船舶涂料方面，可作為防污涂料應(yīng)用。

2、目前現(xiàn)有技術(shù)通常是只利用氟碳材料進(jìn)行防冰，然而冰的形成包含水的直接凝結(jié)，也有水蒸氣直接凝華成冰等途徑，只依靠氟碳材料的疏水能力很難在鐵路列車(chē)高速運(yùn)行的過(guò)程中以及持續(xù)低溫的環(huán)境下抵抗冰的不斷粘附。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提出一種鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層的制備方法，包括如下步驟：

4、(1)將納米sio2加入到無(wú)水乙醇中，攪拌至完全溶解，向其中加入硅烷偶聯(lián)劑，混合均勻后冷凝回流、過(guò)濾、洗滌至中性，干燥后得到疏水化改性sio2；

5、(2)將四氟乙烯和苯乙烯磺酸鈉在隔絕氧氣的環(huán)境下加入引發(fā)劑，在加熱的條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后得到四氟乙烯與苯乙烯磺酸鈉聚合物；

6、(3)將稀土納米顆粒與所述的四氟乙烯與苯乙烯磺酸鈉聚合物分散在無(wú)水乙醇中并經(jīng)加熱回流、洗滌、過(guò)濾后得到改性稀土納米顆粒；

7、(4)將所述的改性稀土納米顆粒分散在無(wú)水乙醇中并攪拌，向其中加入硅烷偶聯(lián)劑并升溫回流、洗滌后得到氟改性的稀土納米顆粒漿料；

8、(5)將所述的疏水化改性sio2溶解在溶劑中并噴涂在鐵板表面，并進(jìn)行烘干，形成疏水化改性sio2涂層；

9、(6)將氟碳樹(shù)脂和固化劑混合均勻后用醋酸丁酯稀釋并在所述的疏水化改性sio2涂層上進(jìn)行一次噴涂，在室溫下晾干后將改性稀土納米漿料進(jìn)行二次噴涂，然后在室溫下?lián)]發(fā)、烘干后得到所述的鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層。

10、進(jìn)一步，所述的步驟(1)中的納米sio2、硅烷偶聯(lián)劑與無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為20-25:68-73:84-88；所述的步驟(1)中的硅烷偶聯(lián)劑為kh560；所述的步驟(1)中的冷凝回流步驟的溫度為60-80℃，時(shí)間為4-6小時(shí)。

11、無(wú)水乙醇為納米sio2改性過(guò)程以及稀土納米顆粒改性過(guò)程中的反應(yīng)溶劑。主要起到將水性二氧化硅微球以及親水稀土納米粒子和油性硅烷偶聯(lián)劑溶解在同一體系中的作用，其次可以在改性后用無(wú)水乙醇進(jìn)行洗滌使疏水二氧化硅呈中性。

12、進(jìn)一步，所述的步驟(2)中的四氟乙烯、苯乙烯磺酸鈉與引發(fā)劑的質(zhì)量比為45-52:100-105:3-6；所述的步驟(2)中的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、為偶氮二異庚睛或偶氮異丁氰基甲酰胺中的至少一種；所述的步驟(2)中的加熱步驟的溫度為75-90℃。

13、進(jìn)一步，所述的步驟(3)中的稀土納米顆粒與所述的四氟乙烯與苯乙烯磺酸鈉聚合物的質(zhì)量比為99-104：99-102；所述的步驟(3)中的稀土納米顆粒為氧化釤和/或氧化鈰；所述的步驟(3)中的稀土納米顆粒的粒徑為70-100nm；所述的步驟(3)中的加熱回流步驟的溫度為60-86，時(shí)間為9小時(shí)。

14、所述的稀土納米顆粒為具有光熱性質(zhì)的稀土粒子，組成為具有紅外吸收效果的氧化釤和紫外吸收效果的氧化鈰。

15、所述的四氟乙烯與苯乙烯磺酸鈉聚合物為改性稀土納米粒子的位阻增加劑及化學(xué)改性劑，選擇此種聚合物是因?yàn)榛撬峄軌蚓哂懈玫哪脱趸?、耐酸性等比羧酸?lèi)等表面活性劑更為優(yōu)異，而氟結(jié)構(gòu)的添加能夠帶來(lái)更強(qiáng)的疏水性。同時(shí)苯環(huán)結(jié)構(gòu)和聚合物的位阻可以使材料規(guī)則排列增加材料利用率。

16、進(jìn)一步，所述的步驟(4)中的改性稀土納米顆粒與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為50-215：443；所述的步驟(4)中的硅烷偶聯(lián)劑為kh550；所述的步驟(4)中的升溫回流步驟的溫度為60-85℃，時(shí)間為2小時(shí)。kh550作為稀土納米粒子改性的硅烷偶聯(lián)劑，具有與kh560相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，便于改性后的稀土納米粒子能夠很好地通過(guò)相互作用嵌入超疏水表面。

17、進(jìn)一步，所述的步驟(5)中的疏水化改性sio2與溶劑的質(zhì)量比為1-2：4-6；所述的步驟(5)中的烘干步驟的溫度為50-65℃；所述的溶劑為醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯或二氯甲烷中的至少一種。所述的醋酸丁酯為噴涂作為稀釋劑。

18、進(jìn)一步，所述的步驟(6)中的氟碳樹(shù)脂、固化劑與醋酸丁酯的質(zhì)量比為8-12:0.6-1.3:47-52；所述的步驟(6)中的固化劑為聚異氰酸酯；所述的步驟(6)中的烘干步驟的溫度為50-65℃。

19、一種使用所述的制備方法制備得到的鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層。

20、所述的鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層的應(yīng)用，所述的防冰融冰涂層在融冰領(lǐng)域中的應(yīng)用。

21、二氧化硅本身具有疏水性，用kh560改性后的二氧化硅疏水性能更好，同時(shí)二氧化硅表面的空隙隨著氟碳樹(shù)脂層的附著變小，形成了比氟碳-二氧化硅更優(yōu)異的超疏水結(jié)構(gòu)。含氟表面活性劑具有高表面活性、高耕熱穩(wěn)定性及高化學(xué)穩(wěn)定性。它的含氟烴基既憎水又憎油。含氟表面活性劑的高表面活性是由于其分子間的范華引力小造成的,活性劑分子從水溶液中移至溶液表面所需的張力小,導(dǎo)致了活性劑分子在溶液表面大量的張集,形成強(qiáng)烈的表面吸附,而這類(lèi)化合物不僅對(duì)水的親和力小,而且對(duì)碳氧化合物的親和力也較小,因此形成了既憎水又憎油的特性。

22、含氟結(jié)構(gòu)除了具有非常優(yōu)異的疏水性，還具有較大的空間位阻。氟原子的范德華半徑只比氫原子大一些，比其它元素的原子半徑小，而且由于相鄰氟原子的相互排斥，使氟原子不在同一平面內(nèi)，主鏈中氟原子沿碳鏈作螺旋分布，把碳鏈嚴(yán)密地包裹住了，這樣使得原子很難嵌入，因此使得氟原子之間同樣具有很大的排斥力。這就意味著氟碳改性的二氧化硅樹(shù)脂用量大大縮小，節(jié)省了成本的同時(shí)卻能起到比其他疏水材料更好的效果。這種較大的空間位阻給予稀土納米粒子更多的添加空間，從而使吸熱融冰效果更好。

23、鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層的優(yōu)異性能關(guān)鍵在于將本就具有疏水性質(zhì)的氟碳樹(shù)脂和二氧化硅與同時(shí)具有紫外和紅外光熱效應(yīng)的氧化鈰與氧化釤的協(xié)同融合，氟碳樹(shù)脂與改性二氧化硅的混合填補(bǔ)了二氧化硅微球之間的大空隙，從而使超疏水表面形成的空氣膜更加致密，有效防止水對(duì)涂層表面的潤(rùn)濕作用，改性二氧化硅的疏水鏈也使疏水結(jié)構(gòu)更加粗糙，有利于超疏水材料的構(gòu)建。此外稀土氧化物，氧化釤和氧化鈰的加入不僅可以吸收太陽(yáng)光產(chǎn)熱除冰，更進(jìn)一步降低了涂層表面冰的附著力，可使積冰在陽(yáng)光的照射下，僅依靠風(fēng)力、重力等自然條件除去。本發(fā)明中對(duì)只有氟碳樹(shù)脂的涂層和氟碳-改性二氧化硅樹(shù)脂與氟類(lèi)表面活性劑改性的稀土氧化物的共混涂層進(jìn)行了冷凍時(shí)長(zhǎng)測(cè)試來(lái)表征其防冰性能，并在相同冷凍時(shí)間內(nèi)用同一光源照射進(jìn)行融化時(shí)間測(cè)試來(lái)表征其融冰性能。

24、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

25、本發(fā)明所述的鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層利用了氟碳樹(shù)脂的優(yōu)異特性將其與改性后的二氧化硅和改性后的稀土氧化物進(jìn)行多層噴涂，其中稀土氧化物采用了氧化鈰和氧化釤的混合物，這兩類(lèi)氧化物具有產(chǎn)量大、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，并且同時(shí)吸收紫外和紅外光，使其能夠在環(huán)境下吸收更廣泛的太陽(yáng)能，從而達(dá)到快速吸熱融冰的效果。

26、本發(fā)明所述的鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層將二氧化硅進(jìn)行疏水化改性，氟碳的引入填補(bǔ)了二氧化硅微球之間的空隙，使超疏水材料表面形成的空氣膜更加致密，增強(qiáng)了防止水凝結(jié)在車(chē)體上的能力，同時(shí)改性二氧化硅的疏水基團(tuán)也與氟碳的疏水性起到協(xié)同作用；除此之外在超疏水結(jié)構(gòu)中還通過(guò)共混方法加入了同時(shí)能夠吸收紫外和紅外波段的稀土氧化物，氧化鈰和氧化釤，它們不但有產(chǎn)量大、成本低的特點(diǎn)，更是利用其自身特有的吸收性能將太陽(yáng)能中的熱量轉(zhuǎn)化為熱量，即便在車(chē)體上有冰的粘附，也會(huì)在光照條件下快速融化。本發(fā)明利用滴水結(jié)冰測(cè)試證實(shí)了在相同條件下鐵路用氟碳改性二氧化硅共混稀土氧化物防冰融冰涂層具有比氟碳復(fù)合硅樹(shù)脂涂層更強(qiáng)的防冰性能，還在相同光源照射下通過(guò)計(jì)算冰層脫落的時(shí)間表征了二者的融冰能力，證實(shí)了本發(fā)明的這種涂層可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)冰層的快速脫落。