结构涂层，其中所述纳米颗粒用化学方法结合到所述孔隙表面 上。10. 如权利要求1所述的结构涂层，其中所述纳米颗粒用物理方法结合到所述孔隙表 面上。11. 如权利要求1所述的结构涂层，其中所述硬化材料包括选自下组的一种交联聚合 物，该组由以下各项组成：聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、包括脲-甲醛树脂和苯酚-甲醛 树脂的酚醛树脂、氨基甲酸乙酯、硅氧烷、以及它们的组合。12. 如权利要求1所述的结构涂层，其中所述基体进一步包括选自下组的一种或多种 添加剂，该组由以下各项组成：填料、着色剂、UV吸收剂、消泡剂、增塑剂、粘度调节剂、密度 调节剂、催化剂、以及清除剂。13. 如权利要求1所述的结构涂层，其中所述纳米颗粒包括选自下组的一种纳米材料， 该组由以下各项组成：二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锌、碳、石墨、聚四氟乙烯、聚苯乙 烯、聚氨酯、硅酮、以及它们的组合。14. 如权利要求1所述的结构涂层，其中所述纳米颗粒是用一种疏水材料进行表面改 性的，该疏水材料选自烃类、卤代烃类、氟碳化合物、硅烷、硅氧烷、硅氮烷、或它们的组合。15. -种用于抑制水的润湿和冻结的结构涂层的涂层前体，所述涂层前体包括： (a) -种可硬化材料，该可硬化材料能够形成用于结构涂层的基本上连续的基体； (b) 分散在所述可硬化材料内的多个离散模板，其中所述离散模板具有的长度尺度为 从约50纳米至约10微米，并且其中所述离散模板选自聚合物、无机盐、它们的表面改性衍 生物、或它们的组合；以及 (c)分散在所述可硬化材料内的具有约250纳米或更小的平均尺寸的多个纳米颗粒， 其中所述纳米颗粒由与所述离散模板不同的材料组成。16. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述离散模板均匀地分散在所述可硬化材料 内。17. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述纳米颗粒均匀地分散在所述可硬化材料 内。18. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述纳米颗粒具有从约10纳米至约100纳米 的平均粒径。19. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述多个纳米颗粒中的至少一部分被设置在 所述离散模板的表面上或邻近这些表面。20. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述纳米颗粒用化学和/或物理方法结合到 所述离散模板上或与所述离散模板相关联。21. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述可硬化材料是选自下组的一种可交联聚 合物，该组由以下各项组成：聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、包括脲-甲醛树脂和苯酚-甲 醛树脂的酚醛树脂、氨基甲酸乙酯、硅氧烷、以及它们的组合。22. 如权利要求15所述的涂层前体，所述涂层前体进一步包括用于所述可硬化材料的 有效量的溶剂，其中所述溶剂选自下组，该组由以下各项组成：水、醇类、酮类、有机酸类、烃 类、乙酸烷基酯、以及它们的组合。23. 如权利要求15所述的涂层前体，所述涂层前体进一步包括选自下组的一种或多种 添加剂，该组由以下各项组成：填料、着色剂、UV吸收剂、消泡剂、增塑剂、粘度调节剂、密度 调节剂、催化剂、以及清除剂。24. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述离散模板为由一种或多种烯键式不饱和 前体合成的聚合物，这些烯键式不饱和前体选自下组，该组由以下各项组成：乙烯、取代烯 烃、卤代烯烃、1，3-二烯、苯乙烯、a -甲基苯乙烯、乙烯酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯 腈、丙烯酰胺、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吡咯烷酮、以及它们的低聚物或组合。25. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述离散模板为选自下组的聚合物，该组由 以下各项组成：聚（乳酸）、聚（乳酸-共-乙醇酸）、聚（己内酯）、聚（羟丁酸）、聚（癸 二酸）、以及它们的组合。26. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述离散模板为选自下组的聚合物，该组由 以下各项组成：聚（乙烯醇）、聚（乙二醇）、壳聚糖、淀粉、纤维素、纤维素衍生物、以及它们 的组合。27. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述离散模板为选自下组的无机盐，该组由 以下各项组成：碳酸钙、氯化钠、溴化钠、氯化钾、氟化锡（II)、氧化铁、以及它们的组合。28. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述离散模板是用选自下组的一种化合物进 行表面改性的，该组由以下各项组成：脂肪酸、硅烷、烷基膦酸酯、烷基膦酸、烷基羧酸酯、以 及它们的组合。29. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述纳米颗粒包括选自下组的一种纳米材 料，该组由以下各项组成：二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锌、碳、石墨、聚四氟乙烯、聚苯 乙烯、聚氨酯、硅酮、以及它们的组合。30. 如权利要求15所述的涂层前体，其中所述纳米颗粒是用一种疏水材料进行表面改 性的，该疏水材料选自烃类、卤代烃类、氟碳化合物、硅烷、硅氧烷、硅氮烷、或它们的组合。31. -种用于制造抑制水的润湿和冻结的结构涂层的方法，所述方法包括： (a) 制备一种均匀的流体悬浮液，该流体悬浮液包含⑴一种可硬化材料；（ii)分散在 所述可硬化材料内的多个离散模板，其中所述离散模板具有的长度尺度为从约50纳米至 约10微米，并且其中所述离散模板选自聚合物、无机盐、它们的表面改性衍生物、或它们的 组合；以及（iii)分散在所述可硬化材料内的具有约250纳米或更小的平均尺寸的多个纳 米颗粒，其中所述纳米颗粒由与所述离散模板不同的材料组成； (b) 将所述流体悬浮液施用到表面上； (c) 将所述流体悬浮液固化或硬化以形成连续的基体；并且 (d) 从所述连续基体提取所述离散模板的至少一部分以产生分散在所述基体内的多个 多孔空隙，其中所述多孔空隙具有的长度尺度为从约50纳米至约10微米，并且其中所述多 孔空隙提升表面粗糙度以抑制水的润湿。32. 如权利要求31所述的方法，其中所述可硬化材料是选自下组的一种可交联聚合 物，该组由以下各项组成：聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、包括脲-甲醛树脂和苯酚-甲醛 树脂的酚醛树脂、氨基甲酸乙酯、硅氧烷、以及它们的组合。33. 如权利要求31所述的方法，其中所述流体悬浮液进一步包括用于所述可硬化材料 的有效量的悬浮液溶剂，其中所述悬浮液溶剂选自下组，该组由以下各项组成：水、醇类、酮 类、有机酸类、烃类、乙酸烷基酯、以及它们的组合。34. 如权利要求31所述的方法，其中所述纳米颗粒包含选自下组的一种纳米材料，该 组由以下各项组成：二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锌、碳、石墨、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、 聚氨酯、硅酮、以及它们的组合，其中所述纳米颗粒是任选地用一种疏水材料进行表面改性 的，该疏水材料选自烃类、卤代烃类、氟碳化合物、硅烷、硅氧烷、硅氮烷、或它们的组合。35. 如权利要求31所述的方法，其中所述离散模板为由一种或多种烯键式不饱和前体 合成的聚合物，这些烯键式不饱和前体选自下组，该组由以下各项组成：乙烯、取代烯烃、卤 代烯烃、1，3_二烯、苯乙烯、a-甲基苯乙烯、乙烯酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯腈、丙 烯酰胺、N-乙烯基咔挫、N-乙烯基吡咯烷酮、以及它们的低聚物或组合。36. 如权利要求31所述的方法，其中所述离散模板为选自下组的聚合物，该组由以下 各项组成：聚（乳酸）、聚（乳酸-共-乙醇酸）、聚（己内酯）、聚（羟丁酸）、聚（癸二酸）、 以及它们的组合。37. 如权利要求31所述的方法，其中所述离散模板为选自下组的聚合物，该组由以下 各项组成：聚（乙烯醇）、聚（乙二醇）、壳聚糖、淀粉、纤维素、纤维素衍生物、以及它们的组 合。38. 如权利要求31所述的方法，其中所述离散模板为选自下组的无机盐，该组由以下 各项组成：碳酸钙、氯化钠、溴化钠、氯化钾、氟化锡（II)、氧化铁、以及它们的组合。39. 如权利要求31所述的方法，其中所述离散模板是用选自下组的一种化合物进行表 面改性的，该组由以下各项组成：脂肪酸、硅烷、烷基膦酸酯、烷基膦酸、烷基羧酸酯、以及它 们的组合。40. 如权利要求31所述的方法，其中步骤（b)包括喷涂、浸涂、流延、或它们的组合。41. 如权利要求31所述的方法，其中步骤⑷包括用一种提取溶剂或反应物处理来自 步骤（c)的所述连续基体以溶解所述离散模板，其中所述提取溶剂或反应物包含选自下组 的一种化合物，该组由以下各项组成：水、醇类、醛类、酮类、醚类、乙酸酯类、烃类、硅氧烷、 酸类、碱类、以及它们的组合。42. -种用于制造抑制水的润湿和冻结的结构涂层的方法，所述方法包括： (a) 制备一种均匀的流体悬浮液，该流体悬浮液包含⑴一种可硬化材料；（ii)分散在 所述可硬化材料内的多个离散模板，其中所述离散模板具有的长度尺度为从约50纳米至 约10微米，并且其中所述离散模板选自聚合物、无机盐、它们的表面改性衍生物、或它们的 组合；以及（iii)分散在所述可硬化材料内的具有约250纳米或更小的平均尺寸的多个纳 米颗粒，其中所述纳米颗粒由与所述离散模板不同的材料组成； (b) 将所述流体悬浮液施用到表面上； (c) 将所述流体悬浮液固化或硬化以形成连续的基体；并且 (d) 从所述连续基体提取所述离散模板的至少一部分以产生分散在所述基体内的多个 多孔空隙，其中所述多孔空隙具有的长度尺度为从约50纳米至约10微米，并且其中所述多 孔空隙提升表面粗糙度以抑制水的润湿； 其中所述结构涂层包括一个或多个层，每个层包括所述连续基体、所述多个多孔空隙、 以及设置在所述多孔空隙的孔隙表面上的所述多个纳米颗粒，以抑制水的异相成核；并且 其中所述结构涂层具有从约5微米至约500微米的厚度。
【专利摘要】披露了具有去湿和防冰特性的耐用的、抗冲击的结构涂层。这些涂层具有自相似结构，该自相似结构具有两个特征尺寸，这些特征尺寸被调整为影响在表面处水的润湿和水的冻结。去湿和防冰性能在一种包括多个层的结构涂层中同时实现，其中每个层包括(a)一种连续基体；(b)分散在该基体内的多个多孔空隙，以抑制水的润湿；以及(c)在孔隙表面上的多个纳米颗粒，这些纳米颗粒抑制水的异相成核。这些结构涂层使用低成本的且轻质的材料，这些材料能够在大面积上快速喷涂。如果表面在使用过程中受到损坏，新材料将暴露与被去除的涂层表面相同的涂层表面，以延长寿命。
【IPC分类】C09D201/00, B05D1/36, C09K3/18, C09D7/12
【公开号】CN105121589
【申请号】CN201380075397
【发明人】亚当·格罗斯, 安德鲁·诺瓦克, 威廉·卡特
【申请人】Hrl实验室有限责任公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2013年3月16日
【公告号】US20140272301, WO2014143069A1