憎冰涂料的研究，第2部分 - 188bet搏金宝,188金宝搏bet官网

编者按:第1部分本文发表于2020年1月号。

正如本文第1部分所提到的，在冬季经常下雪的寒冷国家，冰的积累是一个令人担忧的问题。冰雪会影响道路、户外建筑和交通，并使维护变得困难。积冰可以被称为一个全球性问题，因为它不仅会造成巨大的开支，还会妨碍功能和安全。从根本上说，冰雪使道路变得危险，扰乱了道路运输。机械故障，绝缘体闪络和电力中断可能是冰积累在结构上的后果。由于对飞机发动机的影响，以及升力诊断性能和燃油效率的降低，航空业面临着许多问题。根据现有的统计数据，1998年至2007年期间，俄克拉荷马州和加拿大东部的暴风雪造成了重大损失。在美国，1993年至2004年期间，冰雪造成135架飞机坠毁，171人伤亡。1959年至1994年，美国有140座通讯塔因大雪倒塌。降雪也会影响风力涡轮机的发电量。

已经设计了各种方法来处理与冰雪有关的问题，如机械除冰、加热、除冰剂和防冰涂料。在所有这些方法中，疏冰涂料被广泛认为是解决这一问题的方法。例如，在波音公司的Byrd的一系列专利中，一种制造聚硅氧烷(酰胺脲)防冰涂层的工艺在航空领域获得了关注。

防冰涂料是一种永久性的表面处理，有助于防止冰附着，保护暴露的表面免受冰雪的有害影响。该层是一种耐用，廉价和简单的方法来保护基材。防冰涂料是一种被动保护方法，因此消除了对外界因素的依赖，如热或机械劳动。这些涂层的固有物理特性，如低摩擦系数和较少的水接触角，有助于击退表面的冰。

理想的防冰涂层应该降低或消除冰的附着强度，排斥进入的小液滴，并防止在涂层表面形成冰。为此目的，各种类型的涂料正在使用。这些疏冰涂料是疏水、亲水、粘弹性橡胶和含氟化合物的溶胶-凝胶基。

防冰涂料的好处

防冰涂料提供了一种有价值的解决方案，有以下几个优点:

提高安全;
降低维护成本;
减少能源消耗;
环境友好;
简单方便。

憎冰涂料具有广泛的优点和用途，可应用于航空、风力涡轮机、交通运输(飞机、船舶、火车和汽车)、太阳能、热交换器以及北极油气勘探等各个领域。

从提供一种简单的被动预防冰雪灾害的角度出发，研制和设计了防冰涂料。在开发这些涂料时遵循以下原则:

利用化学纳米技术最小化自由表面能;
纳米结构表面组织抗粘附基团;

构成坚韧的防冰涂层部分的特性是:

极低的冰附着力;
半透明，重量轻;
简单的应用程序;
低自由表面能;
Superhydrophobicity;
静水接触角。

防冰涂料的顶级公司

今天，有各种各样的公司参与生产商用的防冰涂料。以下是该领域的一些顶级公司:

自适应表面技术

技术:滑技术

应用程序:工业和医疗应用

Adaptive Surface Technologies公司开发了滑溜溜的液体注入多孔表面(slip)技术，该技术可以创造光滑、异常排斥和强大的自清洁表面。该公司使用了哈佛大学工程与应用科学学院和威斯生物工程研究所开发的技术。他们的产品包括光滑，坚固，自清洁，和特别排斥的材料涂层解决方案的一系列表面。该涂层技术的灵感来自于滑溜溜的猪笼草，是基于纳米结构的多孔材料和润滑液体。该涂层可应用于各种表面，如塑料，金属，纺织品，光学和陶瓷。

伯特立

技术:HeatCoat™电阻加热涂层技术

应用程序:无人机飞机，包括控制面和发动机入口

设计:FAA 14 CFR附录C第25部分;符合MIL-STD 704F飞机电源

巴特尔设计了一种功能强大的电阻加热涂层，用于飞机上的冰防护，体积小，重量轻。这种高导电性的加热碳纳米管涂层符合飞机表面。它通过使用智能控制和传感器减少冰的积累，而不影响飞行性能。此外，该技术还能适应突发天气条件，其选择性、自主操作确保了无人机的安全性。它可以直接喷涂或使用层压膜，并可用于新的设计或改造模型。

CG²NanoCoatings公司。

技术:纳米技术

应用程序:在较大的表面上，即使相对较小的冰附着减少也是有价值的

CG²纳米涂料旨在利用纳米级别的不同物理和化学性质，作为小型化学反应器，保护表面。CG²纳米涂料公司开发了一种经济且易于应用的防冰涂料。与裸露的铝相比，涂层减少冰的附着系数为4倍。纳米级技术首先激活纳米颗粒，然后将它们与表面结合，形成保护层。涂层与表面牢固结合，减少冰的积累。

生态涂料有限公司

技术:3000系列防冰涂料。

应用程序:钢，铝，玻璃纤维和大多数油漆表面

生态涂料公司设计了一种防冰涂料，它能像新上蜡的表面一样防水。该涂层具有抗粘性能，并利用水的高接触角来减少接触面积。其效果是水的重量将其从表面拉离，从而减少了冰的积聚。防冰涂层耐用，无毒，耐污，易清洁，耐路面盐化学腐蚀。通过滚筒或喷雾涂抹很简单。它甚至是活跃的单涂层非多孔表面。由于其众多的优点，该涂层被广泛应用于各种表面，包括通信塔、风车、电缆、天线、微波圆顶、桥梁、火车车厢、船舶等。

Equinor ASA(前挪威国家石油公司)

技术:碳纳米管技术

应用程序:风力涡轮机、航空、路面、海洋、北极勘探、电力传输等。

Equinor ASA(前挪威国家石油公司)是一家挪威能源公司，开发了一种用于防冰和除冰表面的纳米涂层。该公司的目标是提供一种超疏水、自清洁、纳米结构的涂层。该技术主要关注冰的成核、凝结、超疏水性、表面纳米结构和尽可能低的冰对表面的粘附。本研究详细研究了表面性质与冰的疏冰性和各种冰类型的相关性。研究结果是一种不使用油的光滑涂层，具有极低的冰附着力。

植物涂料

技术:AVIRAL技术

应用程序:军用航空航天、风力涡轮机、桥梁、铁路、通信塔等。

Flora涂料开发了一种涂料，在非常寒冷和潮湿的气候中提供显著的疏冰和疏水性。涂层通过强大的拒水性能和水与表面的高角度抑制冰的成核。该技术不仅可以减少冰的成核，还可以防止恶劣天气条件下的大气腐蚀。作为DTRA项目的一部分，美国海军和陆军已经对AVIRAL涂层进行了评估和报告。

弗劳恩霍夫科学家

技术:针对特定技术任务定制的涂层系统

应用程序:风力涡轮机、飞机等。

夫琅和费IFAM是一家欧洲的研究机构，在粘合技术，表面，成型和功能材料方面进行持续的研究。188金宝搏bet官网化学家、涂层技术人员、生物学家和技术人员与工业和其他研发伙伴密切合作，开发定制的和有效的防冰解决方案。该研究所已经开发出疏水涂料和可加热涂料，并使用了一些技术，比如在涂料中加入凝固点抑制剂，以及从防冻蛋白中提取多肽。它已经开发了自己的冰室来进行测试。

弗劳恩霍夫游戏

技术:利用等离子技术制备纳米和微结构涂层

应用程序:飞机机翼、风力涡轮机、太阳能电池板、建筑部件、电线、纺织品、运动器材、冰箱

夫琅和费IGB是一家专注于研究和实施的机构。该组织已经开发了各种抗冰涂层，可用于减少表面的大规模结冰。在联邦教育和研究部资助的“Nanodyn”联合项目中，Fraunhofer IGB开发了防水的微纳米结构层，其上的水即使在零下温度下也保持液态。因此，冰的形成在很大程度上被阻止了。即使水结冰，与没有涂层的表面相比，防冰技术也能减少90%以上的冰附着。该小组还致力于通过等离子技术在自粘塑料箔上附着结构化的防冰涂层，创造出一种可以层压组件的防冰膜。

通用电气全球研究

技术:“纳米质感”的超疏水涂层

应用程序:喷气发动机、风力涡轮机等。

GE全球研究中心已经在超疏水表面使用纳米颗粒配制了防冰涂料。这些“纳米质感”的超疏水涂层具有极强的防水性能，可以防止冰的形成以及冰对表面的粘附。与非涂层表面相比，该技术还将水的冻结时间推迟了80秒。对于易结冰机器的操作者来说，这种延迟可能意味着极大的效率提高和成本节约。

HygraTek有限责任公司

技术:冰层分层传播涂层

应用程序:航空航天、海军应用等。

HygraTek LLC提供极低的冰附着值小于5kPa的涂层技术。该可喷涂涂层是透明的，易于应用和粘结广泛的表面，如玻璃，聚合物，金属，陶瓷等。进行科学研究，分析冰对各种表面的粘附性，以开发一种具有最低冰粘附值的防冰涂料。

KISS聚合物有限公司

技术:KISS-COTE^®技术或自粘聚合物

应用程序:航空、航海等。

KISS聚合物有限责任公司已经开发了光滑，防水，无毒，不粘防冰涂层的一系列表面。这种涂层只有一分子厚，很滑，但很干，水会在那里凝结和流失。此外，该涂层可应用于钢，铝，塑料，大理石，瓷砖，树脂，天然和合成纤维。这种涂层很容易在室温下以喷雾或凝胶的形式涂抹。由于涂层能够忍受极冷的温度，它被NASA用于航空航天。

卢娜创新

技术:Gentoo疏水疏冰涂料技术

应用程序:航空航天、航天、海洋、石油抽采和钻探、特种化工加工

Luna开发了一系列耐用的、易于应用的疏水涂层，可以排斥金属表面的水。这些疏水涂层已经在许多透明基质上证明了防雨和冲刷的有效性。这种涂层能有效地去除水分，同时具有很高的耐磨性。该公司的科学家还开发了防冰和/或除冰(防冰)的改良配方。通过他们的授权合作伙伴UltraTech International, Luna一直在营销他们的产品Gentoo，用于疏水和恐冰应用。Gentoo是硅烷改性聚氨酯与四乙氧基硅烷交联的组合，在醇溶剂中可能是金属催化剂。

Nanohmics

技术:超疏水表面的纳米压印光刻技术

应用程序:商用飞机、船舶等。

Nanohmics已经开发出一种可以在超疏水表面上进行印迹的磁带。该材料可以单独工作，也可以与主动除冰/防冰技术一起工作，以提高效率。该公司使用纳米压印光刻技术将超疏水表面形貌蚀刻到硬涂层材料的表面。使用专有的沉积方法，将硬涂层以健壮的超疏水胶带的形式沉积在柔性基底上，使材料直接应用于需要冰保护的表面。

NanoSonic公司。

技术:HybridShield纳米复合技术

应用程序:船舶，汽车，高速公路屏障，多面

NanoSonic公司提供了一种易于应用的防冰涂层气溶胶喷雾罐，适用于多种类型的表面。涂层是持久的，并显示极低的冰附着随着吸积温度的降低。该涂层技术使用两部分流控树脂，提高了环境耐久性。它还以经济的速度展示了防冰、生态抵抗和防腐蚀的结合。美国海军已广泛使用该产品。

Nanovere科技有限责任公司

技术:Nano-Clear^®三维纳米结构涂层

应用程序:聚碳酸酯，非视觉玻璃，花岗岩和石材

Nanovere技术有限责任公司的Nano-Clear VV-300涂层为新型聚碳酸酯、非视觉玻璃、花岗岩和石材提供永久性共价键。这种高光泽的多功能涂层提高了光学清晰度，提供了显著的耐划伤性，水，污垢和冰的排斥，耐化学药品，紫外线和耐热性。涂层深入到油漆或氧化表面的小孔中，形成高交联的致密/坚硬的涂层表面。该公司使用专有的3D纳米结构聚合物。

NBD纳米

技术:RepelShell^®涂层

应用程序:玻璃和金属

NBD Nano已经开发了各种疏水涂层，创造了超排斥的表面。由于交联密度，该涂层提供了优异的表面拒水性和耐久性，并提供了最小的冰粘附性。

NEI公司

技术:NANOMYTE^®SuperAi和SuperAi- uvp涂层技术

应用程序:风力涡轮机、架空高压电线、运输、船舶等

NEI公司的NANOMYTE涂层赋予底层基板防冰性能，减少冰附着高达80%。纳米复合涂层是坚硬和透明的，提供光滑和有光泽的表面，低雾霾。单组分涂层可以通过刷涂、喷涂或擦拭的方式进行，不需要底漆或固化。这项技术的重点是开发一种能够承受反复除冰的表面。

Opus材188金宝搏bet官网料技术

技术:冰商涂装技术

应用程序:航空工业

Opus材188金宝搏bet官网料技术公司开发了一种被动防冰涂层，可以抑制表面冰的形成和积累。该层采用纳米技术和新的添加剂，以提高表面的保护质量。该技术提供了完整的防冰、除冰和防冰涂层，持久、自清洁和有光泽。

X-Therma Inc .)

技术:XT-Vivo™低温保护剂和低温保存剂

应用程序:医学领域

X-Therma专注于在医疗领域实施最新的科学突破技术。该公司使用纳米科学来创造新分子，并将纳米科学与低温生物学结合使用。该公司旨在为可移植器官、干细胞和再生药物提供有效、安全、长期的生物存储。该技术是一种无毒、超有效、化学定义的、长期生物库和更安全运输的理想稳定解决方案。该公司的XT-Vivo™产品被开发为一种无dmso，无血清，无蛋白质，最先进的冰阻断保存解决方案。

防冰涂料面临的挑战

防冰涂料制造商面临着一些挑战。这些问题包括:

机械强度;
化学稳定性;
难于修理的;
适用于所有表面的所有类型;
在高湿度条件下的性能。

结论

作为一种应对冰雪和极端天气条件相关问题的被动方式，对防冰涂料的需求和需求正在稳步上升。除冰装置能耗高，维护费用高，是除冰装置越来越受欢迎的原因。此外，人们正在广泛研究除冰盐和化学物质对环境的影响。这些化学物质对土壤、湖泊、河流、地下水位和废水的长期影响正在被考虑在内，以开发更好的防冰涂料。公司和研究机构正在联合或单独进行广泛的研究，为这种环境设计更好的、对环境友好的工业涂料。

参考文献

1.Norman R. Byrd，聚硅氧烷(酰胺脲)防冰涂层，美国专利6,797,795 B2。

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13.https://www.bsee.gov/sites/bsee.gov/files/tap-technical-assessment-program/597ab.pdf

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