CN115232507B - 具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料及其制备方法，该方法包括如下步骤：将红磷、碘溶于无水乙醇中，加入碳纳米管后超声处理，得到碳纳米管混合液；在2～5℃下，向碳纳米管混合液中加入正硅酸乙酯，反应后加入硅烷偶联剂，继续反应，得到疏水性光热复合材料；升至室温，向疏水性光热复合材料中加入IPN聚合物，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。本发明在保持优异表面疏水性能的基础上，一方面通过采用碳纳米管负载红磷和碘，显著提高了超疏水涂层材料的光热转换效率；另一方面通过IPN聚合物对P/I2@CNTS进行包覆，赋予超疏水涂层材料声热转换功能，使其能够利用环境声音进一步提升表面温度，极大提升了防冰和除冰功能。

Description

具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及超疏水涂层材料领域，特别是一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料及其制备方法。
背景技术
超疏水性质的表面主要由微纳结构和低表面能物质构成，由于水珠在超疏水表面的接触面积非常小，能够有效的抑制表面的氯化、腐蚀、霜冻、电流传导等现象，从而使超疏水表面具有广泛的应用场景。例如，在水滴滴落的场景下，由于水滴不能在超疏水的表面稳定停留，当倾斜角大于5度时水滴便会自然滚落而不会附着，同时会带走表面的灰尘和污垢，使表面具有自清洁功能；超疏水表面应用于风力发电叶片上时，能够减少覆冰量，减少能量消耗，提高安全系数；超疏水表面应用于船舶上，能够减少船舶行驶过程中的阻力，并提升其抗腐蚀的能力。
现有超疏水涂层主要利用表面的超疏水性，来实现延缓表面结冰以及加快融化后水珠滚落的效果，而涂层表面的温度并未发生明显变化，这就使其在面对极低温度条件时仍会结冰，并不会起到防冰和除冰的作用。此外，一些新型光热效应和超疏超亲相结合的防冰和除冰功能涂层，在冰雪气候和刮风下雨的恶劣条件下，其光热效应不能得到显著发挥，使得也难以发挥出较好的防冰和除冰效果。故亟需提供一种新超疏水涂料设计方式用于解决现有技术中所存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料及其制备方法，用于解决现有技术中超疏水涂层防冰和除冰效果不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明所提供的第一解决方案为一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法，具体包括如下步骤：S1，将红磷、碘溶于无水乙醇中，加入碳纳米管后超声处理，得到碳纳米管混合液；S2，在2～5℃下，向碳纳米管混合液中加入正硅酸乙酯，反应1～1.5h后加入硅烷偶联剂，继续反应3～4h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS；S3，升温至室温，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
优选的，红磷、碘、碳纳米管的质量比为0.1：(0.8～1.2)：(9～12)。
进一步优选的，红磷、碘、碳纳米管的质量比为0.1：1：10。
优选的，碳纳米管、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的比例为20g：(2.8～3.2)mL：(6～8)mL。
进一步优选的，碳纳米管、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的比例为20g：3mL：7mL。
优选的，硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH590中任意一种。
优选的，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：(0.85～1.15)。
进一步优选的，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1。
优选的，IPN聚合物为聚硅氧烷/丙烯酸树脂互穿网络聚合物、聚氨酯互穿网络聚合物、改性环氧树脂/异氰酸酯互穿网络聚合物中的任意一种。
为解决上述技术问题，本发明所提供的第二解决方案为一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料，该具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料由前述第一解决方案中具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法制得，该具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料应用时涂覆于塑料或金属表面。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料及其制备方法，在保持优异表面疏水性能的基础上，一方面通过采用碳纳米管负载红磷和碘，显著提高了超疏水涂层材料的光热转换效率；另一方面通过IPN聚合物对P/I2@CNTS进行包覆，赋予超疏水涂层材料声热转换功能，使其能够利用环境声音进一步提升表面温度，使超疏水涂层材料在-50℃的极冷环境下仍不结冰，极大地提升了超疏水涂层材料在极冷条件下的防冰和除冰功能。
附图说明
图1是本发明中具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料一实施方式的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
对于本发明所提供的第一解决方案，具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法，具体包括如下步骤：
S1，将红磷、碘溶于无水乙醇中，加入碳纳米管(简称CNTS)后超声处理，得到碳纳米管混合液。本步骤中，红磷、碘、碳纳米管的质量比优选为0.1：(0.8～1.2)：(9～12)，进一步优选的，红磷、碘、碳纳米管的质量比为0.1：1：10。
S2，在2～5℃下，向碳纳米管混合液中加入正硅酸乙酯，反应1～1.5h后加入硅烷偶联剂KH550，继续反应3～4h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。本步骤中，碳纳米管、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的比例为20g：(2.8～3.2)mL：(6～8)mL，进一步优选的，碳纳米管、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的比例为20g：3mL：7mL。
S3，升温至室温，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。本步骤中，IPN聚合物为聚硅氧烷/丙烯酸树脂互穿网络聚合物、聚氨酯互穿网络聚合物、改性环氧树脂/异氰酸酯互穿网络聚合物中的任意一种，在其他实施方式中，可根据实际情况选择类似的互穿网络聚合物材料作为这一组分，在此不作限定；碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：(0.85～1.15)，进一步优选的，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1。
对于本发明所提供的第二解决方案，具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料由前述第一解决方案中具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法制得。如图1所示，本发明中具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料在保持良好超疏水性的基础上，通过引入红磷和碘，赋予了材料对光的增强作用，提高了光热效能，利用光热转换效应进一步提升材料的防冰和除冰功能；并且通过包覆IPN还赋予了材料声热转换功能，充分利用恶劣气候下风雨的噪声，将噪声转化为热能，再与涂层的超疏水表面相结合，更进一步提高了材料的防冰和除冰功能；即在保持材料良好超疏水性的同时，通过增强材料的光热效能和声热效能，显著增强材料的防冰和除冰功能，使材料能够应用于更恶劣更低温的环境条件。本发明中具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料应用时，涂覆于塑料或金属表面将涂层以喷，刷或滚涂等一般涂敷工艺下，涂敷在塑料或金属表面。通过实验发明，该材料涂覆后在-50℃的大气条件下，涂层表面温度为8℃，表面不结冰；而将表面强制结冰后，再放置到25℃的环境中，在300秒内，表面冰融化滚落；即材料涂覆后能够在更低温环境下保持优异的防冰除冰功能，同时结冰后更易融化。
具体地，对上述具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备过程和机理进行详细阐述：
首先，在S1步骤中，本发明将具有光增强作用的红磷与具有光热特性的碘在共溶剂无水乙醇中复合，负载在有一定光热和吸声功能的纳米碳管中，得到了具有光增强作用的光热复合材料P/I2@CNTS。其中，P、I2、CNTS的相对比例需要严格控制，若P和I2相对于CNTS偏多，则会过量填充CNTS孔隙，从而影响后续光热复合材料的疏水效果；若P和I2相对于CNTS偏少，则会使P的光增强效果不足，同时I2的光热效应所转化的热量也会偏低。
其次，在S2步骤中，将P/I2@CNTS烷基化处理，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。其中，硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH590中任意一种，优选KH550作为硅烷偶联剂，其原因在于，在烷基化反应过程中KH550所提供的氨基能够碳纳米管表面结合，进一步提升表面疏水效果。其中，硅烷偶联剂的相对比例过多或过少，均会降低疏水性光热复合材料P/I2@CNTS，故硅烷偶联剂与CNTS的相对比例也需要严格控制。
最后，在S3步骤中，采用互穿网络高分子IPN做交联树脂，得到了具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料P/I2@CNTS@IPN；由于P和I2负载在纳米碳管的内壁上，经高分子聚合物交联后，通过交联网状结构将P/I2@CNTS进行包覆，一方面CNTS与IPN复合结构能够赋予所制备的超疏水涂层材料以声热转换功能，使其能够利用环境声音进一步提升表面温度；另一方面能够限定P和I2运动范围，不至于P和I2在分别发生光热转换和声热转换过程中组分散失，即IPN的包覆结构能够使P和I2能够长久稳定地发挥光声热振动。其中，IPN与CNTS的相对比例也会对最终涂料产品的效果产生影响。若IPN相对于CNTS比例过低，其一，会降低CNTS与IPN复合结构所带来的的声热转换效率；其二，会影响IPN与P/I2@CNTS包覆后涂层的机械性能，使包覆后涂层的机械强度降低；其三，会影响IPN与P/I2@CNTS的包覆效果，会使IPN包覆结构对P和I2的约束效果降低，从而使P和I2在光热转换的运动过程中更容易散失，进而降低材料的稳定性和光热转换效率。若IPN相对于CNTS比例过高，交联网状密度过大，则会使P/I2@CNTS的疏水效果降低；故在实际制备过程中，也需要严格控制IPN与CNTS的配比。
下面通过具体的实施例和对比例对上述超疏水涂层材料的效果进行表征和分析，其中下列实施例与对比例均选择聚硅氧烷/丙烯酸树脂互穿网络聚合物作为IPN聚合物。
实施例1
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
实施例2
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.1g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(1)的红磷添加量改为0.1g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例3
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.15g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(1)的红磷添加量改为0.15g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例4
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.25g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(1)的红磷添加量改为0.25g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例5
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与1.2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(1)的碘添加量改为1.2g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例6
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与1.8g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(1)的碘添加量改为1.8g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例7
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与2.8g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(1)的碘添加量改为2.8g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例8
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入5mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(2)的硅烷偶联剂KH550添加量改为5mL，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例9
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入8mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(2)的硅烷偶联剂KH550添加量改为8mL，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例10
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入10mL硅烷偶联剂KH550，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(2)的硅烷偶联剂KH550添加量改为10mL，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例11
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物15g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(3)的IPN聚合物添加量改为15g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例12
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物22g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(3)的IPN聚合物添加量改为22g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
实施例13
本实施例的制备步骤如下：
(1)将0.2g红磷与2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物30g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本实施例中仅将步骤(3)的IPN聚合物添加量改为30g，其他制备工艺与实施例1保持一致。
对比例1
(1)将0.2g红磷溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本对比例中仅加入红磷而不加入碘，所制备产物为P@CNTS@IPN，其他制备工艺与实施例1保持一致。
对比例2
(1)将2g碘溶于400mL无水乙醇中，加入碳纳米管20g，超声处理30min，得到碳纳米管混合液。
(2)降温至3℃，向碳纳米管混合液中加入3mL正硅酸乙酯，反应1h后加入7mL硅烷偶联剂，继续反应3h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS。
(3)升温至室温(25℃)，向疏水性光热复合材料P/I2@CNTS中加入IPN聚合物20g，碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料。
与实施例1的制备步骤对比，本对比例中仅加入碘而不加入红磷，所制备产物为I2@CNTS@IPN，其他制备工艺与实施例1保持一致。
对实施例1～13与对比例1～2中制备超疏水涂层材料的原料进行统计，如表1所示。
表1
红磷/g 碘/g 碳纳米管/g 硅烷偶联剂/mL IPN/g
实施例1 0.2 2 20 7 20
实施例2 0.1 2 20 7 20
实施例3 0.15 2 20 7 20
实施例4 0.25 2 20 7 20
实施例5 0.2 1.2 20 7 20
实施例6 0.2 1.8 20 7 20
实施例7 0.2 2.8 20 7 20
实施例8 0.2 2 20 5 20
实施例9 0.2 2 20 8 20
实施例10 0.2 2 20 10 20
实施例11 0.2 2 20 7 15
实施例12 0.2 2 20 7 22
实施例13 0.2 2 20 7 30
对比例1 0.2 - 20 7 20
对比例2 - 2 20 7 20
实验1
将上述实施例1～13与对比例1～2中制备超疏水涂层材料涂覆于相同材质的塑料板表面，室温环境(25℃)下滴加水滴后测量各个样品的接触角；然后吹干表面水滴，将所有样品置于-50℃的大气条件下，对各个样品的表面温度，以及结冰状况进行测试统计，统计结果如表2所示，其中升温量表示样品表面温度与环境温度的差值。
表2
Figure BDA0003768591270000131
基于表2中实施例1～4的测试数据可以看出，红磷加入量偏少时，热转换效率不足，表面仍会结冰；随着红磷加入量的增加，样品表面升温量呈递增趋势，即样品表面涂层的光热转换效率呈递增趋势，但红磷加入量超过一定量后，升温量逐渐趋于稳定，所以当红磷与碳纳米管的比例为0.1:10时(实施例1)，就已经具有较好的结冰效果。而对于对比例1～2的测试数据来说，由于两个样品没有引入红磷或碘，使其升温量远不如其他实施例，从而难以在极冷环境下表现出防冰除冰效果。
基于表2中实施例1、5～7的测试数据可以看出，碘加入量偏少时，热转换效率不足，表面仍会结冰；随着碘加入量的增加，样品表面升温量呈递增趋势，碘加入量超过一定量后，升温量的增量逐渐趋缓，反而会过度填充碳纳米管的微孔结构，使接触角减小，从而使样品表面的疏水性能；由此可知，若需要保证疏水性和光热转换效率两方面都具有较好的效果，则需要严格控制碘的加入量。
基于表2中实施例1、8～10的测试数据可以看出，硅烷偶联剂的相对比例会对样品的接触角产生影响，硅烷偶联剂过多或者过少均会使样品表面的疏水性降低，则需要保持适宜比例的硅烷偶联剂，才能保证具有较好的表面疏水性。
基于表2中实施例1、11～13的测试数据可以看出，随着IPN相对占比的逐渐增大，升温量呈逐渐上升的趋势，说明随着IPN相对占比的增大，所表现出的声热转换效率逐渐升高，从而能够在极冷条件下表现出更优异的防冰和除冰功能。但当实施例13中IPN相对占比过高时，样品表面接触角出现了显著降低，说明IPN相对占比过高不利于保持材料的疏水性；而对于实施例11来说，IPN相对占比偏低时，样品表面接触角和升温量均出现了降低，这是因为CNTS与IPN复合结构的声热转换效率的降低以及包覆效果的削弱，导致了表面疏水性和热转换性能的降低。则需要保证材料疏水性和低温防冰两方面的效果，就需要控制IPN占比，不能使其过高或过低。
实验2
将上述实施例1与对比例1～2中制备超疏水涂层材料涂覆于相同材质的塑料板表面，用极冷条件使各个样品表面强制结冰，然后将三组样品置于室温条件(25℃)下，对各个样品完全融化时长进行测试，测试结果如表3所示。可以看出，实施例1样品的融化时长要远低于对比例1和对比例2，进一步说明P/I2@CNTS@IPN材料能够显著提升光热转换效率，使融化时间显著缩短。
表3
完全融化时长/min
实施例1 5
对比例1 15
对比例2 14
区别于现有技术的情况，本发明提供一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料及其制备方法，在保持优异表面疏水性能的基础上，一方面通过采用碳纳米管负载红磷和碘，显著提高了超疏水涂层材料的光热转换效率；另一方面通过IPN聚合物对P/I2@CNTS进行包覆，赋予超疏水涂层材料声热转换功能，使其能够利用环境声音进一步提升表面温度，使超疏水涂层材料在-50℃的极冷环境下仍不结冰，极大地提升了超疏水涂层材料在极冷条件下的防冰和除冰功能。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将红磷、碘溶于无水乙醇中，加入碳纳米管后超声处理，得到碳纳米管混合液；
S2，在2~5 ℃下，向所述碳纳米管混合液中加入正硅酸乙酯，反应1~1.5h后加入硅烷偶联剂，继续反应3~4h，得到疏水性光热复合材料P/I2@CNTS；
S3，升温至室温，向所述疏水性光热复合材料中加入IPN聚合物，搅拌反应，得到具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料；
所述红磷、碘、碳纳米管的质量比为0.1：（0.8~1.2）：（9~12）；
所述碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：（0.85~1.15）；
所述碳纳米管、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的比例为20g：（2.8~3.2）mL：（6~8）mL；
所述IPN聚合物为聚硅氧烷/丙烯酸树脂互穿网络聚合物、聚氨酯互穿网络聚合物、改性环氧树脂/异氰酸酯互穿网络聚合物中的任意一种。
2.根据权利要求1中所述具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，所述红磷、碘、碳纳米管的质量比为0.1：1：10。
3.根据权利要求1中所述具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的比例为20g：3mL：7mL。
4.根据权利要求1中所述具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH590中任意一种。
5.根据权利要求1中所述具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管与IPN聚合物的质量比为1：1。
6.一种具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料，其特征在于，所述具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料由权利要求1~5中任一所述具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料的制备方法制得，所述具有光热和吸声功能的超疏水涂层材料应用时涂覆于塑料或金属表面。
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