灌注二甲基亚砜溶液的透明抗冰抗霜薄膜及其制备方法和应用

喷涂装置;染料;涂料;抛光剂;天然树脂;黏合剂装置的制造及其制作,应用技术1.本发明属于抗冰材料技术领域，具体来说涉及一种灌注二甲基亚砜溶液的透明抗冰抗霜薄膜及其制备方法和应用。背景技术：2.材料表面结冰结霜会给我们带来众多不便，造成经济损失，甚至也有可能影响我们人类社会的正常运行，使我们生命财产受到损害。材料表面结冰结霜在航空、电力、日常生活等各个领域都会产生不利因素。例如，在航空领域，飞机表面的积冰会改变飞机的形状，从而导致飞机失去稳定性，还很容易对飞机发动机和风力涡轮机等设备造成严重损坏。在交通方面，汽车、火车、高铁的任何一个设备结冰，都有可能会影响人们的出行。在电力方面，高压输电线表面结冰会导致输电网络断裂，严重影响日常用电。所以，如何防覆冰就成为了人们日益增长的焦点问题。3.目前，材料表面防覆冰方法主要有两大类：主动防冰方法和被动防冰方法。这两种方法分别是防止表面结冰和在结冰后清除表面结冰的两种主要策略。传统的被动防冰方法，包括电热法、化学法、机械法，因为这些方法成本高、效率低、费时费力，或不利于环境，所以主动防冰涂层已经成为人们选择抗冰的主流方法。主动防冰涂层可以有效延缓和抑制结冰，甚至通过风或重力等外力就可以清除积冰。4.目前，虽然国内外针对抗冰抗霜所制备的主动防冰防霜涂层的方法已有大量研究，取得了一定的进展，但在透明性方面，由于大多数材料表面粗糙，发生漫反射导致不透明，严重影响了其在实际中的广泛应用。技术实现要素：5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种灌注二甲基亚砜溶液的透明抗冰抗霜薄膜，该透明抗冰抗霜薄膜为表面具有dmso性质的膜结构。6.本发明的另一目的是提供上述的透明抗冰抗霜薄膜的制备方法。7.本发明的另一目的是提供上述透明抗冰抗霜薄膜在抗冰抗霜中的应用。8.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。9.一种灌注二甲基亚砜溶液的透明抗冰抗霜薄膜的制备方法，包括以下步骤：10.将涂膜溶液旋涂在基底上，得到透明抗冰抗霜薄膜，其中，所述涂膜溶液包括聚乙烯醇(pva)和二甲基亚砜，其中，按质量份数计，所述聚乙烯醇和二甲基亚砜的比为1：(3～10)。11.在上述技术方案中，所述涂膜溶液还包括水，按质量份数计，所述聚乙烯醇、二甲基亚砜和水的比为1:(3～10):(0.1～6)。12.在上述技术方案中，制备涂膜溶液的步骤为：将聚乙烯醇和二甲基亚砜混合，于100～120℃搅拌10～20h直至得到澄清溶液。13.在上述技术方案中，制备涂膜溶液的步骤为：将聚乙烯醇和二甲基亚砜混合，于80～130℃搅拌6～15h，再加入水，于80～130℃搅拌6～10h，直至得到澄清溶液。14.在上述技术方案中，所述旋涂的转速为300～600r/min，旋涂的时间为500～900s。15.在上述技术方案中，旋涂后静置至少12小时。16.在上述技术方案中，所述基底为玻璃、铝片或镍片。17.上述透明抗冰抗霜薄膜在抗冰抗霜中的应用。18.在上述技术方案中，所述透明抗冰抗霜薄膜的水接触角为25～35°。19.在上述技术方案中，所述透明抗冰抗霜薄膜在-10℃、相对湿度60％的环境下，抗霜时间至少为60min。20.在上述技术方案中，所述透明抗冰抗霜薄膜的冰粘附强度为19～31kpa。21.在上述技术方案中，所述透明抗冰抗霜薄膜在300～800nm内的透光率大于85％。22.上述制备方法获得的透明抗冰抗霜薄膜。23.相比于现有技术，本发明的有益效果包括：24.(1)本发明透明抗冰抗霜薄膜易制备，不需要多种药品，只需聚乙烯醇和不同比例的二甲基亚砜通过简单的旋涂法即可获得。25.(2)抗冰抗霜性能杰出。利用dmso分子与水分子中-oh的键合从而抑制水分子之间形成氢键结冰成核的机制，透明抗冰抗霜薄膜表面冰粘附强度低，抗霜时间长。26.(3)透明抗冰抗霜薄膜整体透明性好，在日常生活及工农业生产中具备使用价值。附图说明27.图1为实施例1所得透明抗冰抗霜薄膜的表观接触角测量示意图；28.图2为实施例1所得透明抗冰抗霜薄膜的抗霜情况过程图；29.图3为进行冰粘附强度测试的装置结构示意图；30.图4为实施例1所得透明抗冰抗霜薄膜和未覆盖透明抗冰抗霜薄膜基底的粘附强度；31.图5为实施例1所得透明抗冰抗霜薄膜的照片；32.图6为实施例1所得透明抗冰抗霜薄膜的透光率。具体实施方式33.下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。34.下述实施例所采用的基底的尺寸为2.5cm×2.5cm，厚度为1mm，在旋涂前，对基底进行清洁：用洗衣粉水通过毛刷清洗基底表面，以清除基底表面的灰尘和工业废料，再用玻璃清洗剂(武汉市尚美净商贸有限公司)通过超声清洗器(昆山市超声仪器有限公司kq250e)清洗30min，之后分别用乙醇和超纯水各超声清洗10min，最后将其放入鼓风干燥箱中60℃烘干10h，使基底表面洁净。35.聚乙烯醇颗粒为阿拉丁生化科技股份有限公司购买的pva-117颗粒。36.纯二甲基亚砜为上海麦克林生化科技有限公司购买，纯度99％。37.实施例138.一种灌注二甲基亚砜溶液的透明抗冰抗霜薄膜的制备方法，包括以下步骤：39.准备透明的玻璃作为基底，采用匀胶机(北京创世威纳科技有限公司sc-1b)在基底上将涂膜溶液以300r/min的转速旋涂600s，室温20～25℃静置12小时，在基底上得到透明抗冰抗霜薄膜，其中，涂膜溶液为聚乙烯醇(pva)和二甲基亚砜的混合物，其中，按质量份数计，聚乙烯醇和二甲基亚砜的比为1:9。制备涂膜溶液的步骤为：将聚乙烯醇和二甲基亚砜混合，用磁力搅拌器于110℃搅拌12h直至得到澄清溶液。40.实施例241.一种灌注二甲基亚砜溶液的透明抗冰抗霜薄膜的制备方法，包括以下步骤：42.准备透明的玻璃作为基底，采用匀胶机(北京创世威纳科技有限公司sc-1b)在基底上将涂膜溶液以300r/min的转速旋涂600s，室温20～25℃静置12小时，在基底上得到透明抗冰抗霜薄膜，其中，涂膜溶液为聚乙烯醇(pva)、二甲基亚砜和水的混合物，其中，按质量份数计，聚乙烯醇、二甲基亚砜和水的比为1:3:6。制备涂膜溶液的步骤为：将聚乙烯醇和二甲基亚砜混合，用磁力搅拌器于110℃搅拌12h，再加入水，于120℃搅拌6h，直至得到澄清溶液。43.对实施例1～2所得透明抗冰抗霜薄膜作为待测样品进行性能测试。44.将实施例1～2所得透明抗冰抗霜薄膜进行接触角测试，实施例1透明抗冰抗霜薄膜所得测试结果如图1所示。使用光学接触角测量仪(optical contact angle meter kruss-dsa100)，选用3μl的水滴，在常温下，进行接触角测试。45.将实施例1～2所得透明抗冰抗霜薄膜进行抗霜测试，使用低温测试冷台(德国kruss公司kruss-dsa100)和恒温恒湿箱(东莞市环瑞环境测试设备公司rhp-408bt)，设置环境温度为20℃，相对湿度为60％，低温测试冷台的温度为-10℃，将待测样品放置在低温测试冷台上，每间隔十分钟拍照并记录具体情况，实施例1透明抗冰抗霜薄膜所得测试结果如图2所示。46.如图3所示，测试冰的粘附强度在恒温恒湿箱(东莞市环瑞环境测试设备公司)内进行测试，将待测样品放置在-15℃的恒温恒湿箱内的平台上，待测样品的表面放置一个上下端均开口的比色皿(1mm×1mm×25mm)，将1ml的水灌入比色皿(比色皿由于与平台相贴，比色皿内的水不会漏出)，冷却5小时，使其充分结冰后，用高精度测力计(浙江乐清公司nk-20)测试冰的粘附强度。47.冰的粘附强度测试具体操作为使用高精度测力计的力探针推动待测样品表面冷冻住的比色皿做匀速直线运动，剪切速度为500μm/s，记录推动的峰值，则为分离冰柱的剪切力f，通过公式τ＝f/a，计算出冰的粘附强度τ。冰的粘附强度所用公式τ＝f/a，其中f是每个待测样品测试过程中的最大剪切力，a是比色皿内的冰与透明抗冰抗霜薄膜表面的接触面积。48.将实施例1～2所得的透明抗冰抗霜薄膜进行透光率的测试。由双光束紫外可见分光光度计(日立高新事务所u-3900)对待测样品进行透光性测试。待测样品测试过程中选择的波长范围为300-800nm，主要测试可见光波段的透光率，实施例1透明抗冰抗霜薄膜所得测试结果如图6所示。49.具体表征和测试结果如下：50.图1为所述实施例1中透明抗冰抗霜薄膜的水的表观接触角测量示意图，透明抗冰抗霜薄膜的表观接触角为34.13°，属于亲水表面。实施例2中透明抗冰抗霜薄膜的表观接触角为28.76°(并未在图中示出)。51.图2为所述实施例1中透明抗冰抗霜薄膜的抗霜情况过程图。所制得的透明抗冰抗霜薄膜有着优异的抗霜性能，在100min时才会开始结霜。实施例2中透明抗冰抗霜薄膜的在60min时开始结霜，未经过涂膜的玻璃在10min以内开始结霜。52.图4为所述实施例1中透明抗冰抗霜玻璃冰粘附强度的性能图，由图可知，所制得的透明抗冰抗霜薄膜有着极低的冰粘附强度，冰粘附强度为19.32kpa，属于疏冰表面，不经过涂膜的空白玻璃的冰粘附强度为163.63kpa。实施例2中的透明抗冰抗霜薄膜冰粘附强度为30.04kpa(未在图中示出)。53.图5为实施例1中透明抗冰抗霜薄膜的表观透明性图，由图可知，本发明透明抗冰抗霜薄膜具有很好的透明性。54.图6为实施例1所得透明抗冰抗霜玻璃的透光率情况图，由图可知，所制得的透明抗冰抗霜薄膜整体透光率大于85％，在550nm处的透光率为88.7％，为原始玻璃透光率的96％，透明性良好。在日常生活及工农业生产中具备使用价值。实施例2的透明抗冰抗霜薄膜整体透光率大于90％，在550nm处的透光率为90.5％，为原始玻璃透光率的98％。55.以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。









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