制造超疏水/超亲油涂料、环氧树脂、及复合物的方法_3

文档序号:8515711阅读:来源:国知局
面由该疏水部分主导。该前体可为单一分子,或具有具不同η值全氟化部分的分子混合物。当该前体为分子混合物时,优选分子量分布窄,典型为泊松分布或更窄的分布。
[0060]SAM前体可具有非氟化疏水部分,只要其容易遵循该多孔颗粒的高度纳米结构化的表面并展现足以展现所欲疏水性质的低表面能即可。尽管以上文表明的氟化SAM前体为佳,在本发明的某些具体实例中,可使用硅酮和相当于该氟化SAM前体R基团的烃。关于SAM前体和方法论的其它细节可在已经以引用形式并入本文的专利申请案中找到。
[0061]本文中,“油”倾向于指代在室温如23至28°C为稳定、非挥发性液体的非极性流体。本文中所使用的油应不能压缩且不具备水溶性或在水中的溶解度极低,如0.01g/L或0.001g/L或更低的溶解度。例示性油包括非挥发性直链和支链烷烃、烯烃及炔烃;直链和支链烷烃、烯烃及炔烃的酯;聚硅氧烷;及其组合。
[0062]通过纳米孔18锁定及/或处于纳米孔18内部的油16可为非营养油。本文中,术语“非营养”用以指代不被微生物如细菌、真菌等或活体有机体作为营养源消耗的油。例示性非营养油包括,但不限于,聚硅氧烷。
[0063]现在已经揭露,本文的超亲油颗粒及表面比不包括本文所揭示被锁定油的等同颗粒和表面涂层保持更长时间的超疏水性质。尽管对于实践本发明并非必需,据信下述讨论对于本发明超亲油颗粒及涂层超乎预料的杰出耐久性的机理提供有用的深入观察。水是地球上最强力且最具破坏性的化合物之一,尤其当表面被暴露在外部环境的水中时。因此,随着时间流逝,水可破坏先前技术颗粒的表面特征,并找到进入或环绕先前技术颗粒的路径。
[0064]已经做出本文中揭示的探索,一种对于先前技术颗粒性质的耐久性受限的可能解释为,随着时间流逝,锁定在先前技术颗粒内的空气被水替代。反之,现在据信当油被锁定在该颗粒的纳米孔内时,存在两种相对于先前技术的改善。第一,该油具有更高的表面张力和密度,因此近乎不可能以水替代锁定在多孔颗粒纳米孔内的油(即,空气比油更容易被被水替代)。此外,不可压缩的油提供支撑并降低纳米规格特征的应力,从而有助于提供颗粒的超疏水性质。
[0065]例如,若油存在于多孔颗粒的纳米孔中,该油吸收一部分由波浪、雨滴、风裹挟的颗粒等施加到该纳米特征上的力。这降低了该纳米刻蚀所吸收的力及/或施加到该纳米特征上的应力/应变,从而最小化或防止纳米特征的挠曲,而该挠曲可能最终破坏该纳米特征。因此,业经出乎预料的发现,锁定在多孔颗粒纳米孔中的油的存在产生了超疏水颗粒及具有格外耐久的超疏水、抗腐蚀及防污性质的表面。
[0066]油可被锁定在多孔颗粒的全部或几乎全部的纳米孔及/或表面纳米孔内。例如,油可锁定在本文所揭示超亲油颗粒的至少70%,至少80%,至少90%,至少95%,至少97.5%,或至少99%的纳米孔及/或表面纳米孔中。锁定在单个颗粒中的油可以是连续油相。或者,本文所揭示的超亲油颗粒可包括由油相完全包围的内部空气相。
[0067]为了维持超长耐久的超亲油性质,所希望的可为,当该超亲油性质暴露在使用环境中时,锁定在超亲油颗粒内的油并不蒸发。例如,该油可为在周边环境条件下不蒸发的油。例示性油可具有至少120 °C,或至少135 °C,或至少150 °C,或至少175 °C的沸点。
[0068]某些具体实例中,较佳形成含有超亲油颗粒的涂覆溶液,其中,被锁定的油在涂层形成后蒸发。例如,该油可为当暴露在周边环境条件下时蒸发的油。例示性油可具有135°C或更低,或120°C或更低,或100°C或更低,或80°C或更低的沸点。
[0069]本文中,“周边环境条件”通常指超亲油材料可暴露于其中的天然出现的陆地或水体条件。例如,浸没在世界各地的湖泊、河流及海洋中,以及黏附在世界范围内的人造结构上。例示性周边环境条件包括(i) 一个大气压下自_40°C至45°C的温度范围,和(ii)标准温度及压力。
[0070]如图5所述,本文所揭示的组合物可为包括超亲油颗粒10、溶剂22及粘合剂24的超亲油涂覆溶液20。该超亲油颗粒10可为该溶液的0.01至20wt%,该溶液的0.05至1wt %,或该溶液的0.1至5wt %。该粘合剂24可为该溶液的0.01至20wt %,该溶液的0.05至1wt %,或该溶液的0.1至5wt %。该溶剂22可为该溶液的99.98至60wt %,或该溶液的99.9至80wt%,或该溶液的99.8至90wt%。
[0071]某些实施例中,该粘合剂可溶解在溶剂22中,或以粘合剂颗粒形式如通过悬浮聚合所形成的那些悬浮在溶剂22中。图5说明了一具体实例,其中,该粘合剂溶解在溶剂22中,故该粘合剂未在图中显示。
[0072]可用于本文所揭示组合物及方法的粘合剂可以是能将本文所揭示的超亲油颗粒耐久地偶联至基板材料的任何材料。例示性粘合剂包括,但不限于,聚氨酯、聚氯乙烯、水泥、环氧树脂及其组合。
[0073]可用于本文所揭示组合物及方法的溶剂可以是可用于悬浮超亲油颗粒并悬浮或溶解本文所揭示粘合剂的挥发性溶剂。该挥发性溶剂可在室温下挥发。因此,当将超亲油涂覆溶液施加至基板时,该溶剂蒸发,造成溶剂及粘合剂在该超亲油颗粒与基板表面间的界面处浓缩。这一机制防止该粘合剂覆盖该颗粒的纳米结构特征,是独特、耐久的超亲油性质的主要原因。
[0074]例示性溶剂包括挥发性醇,如甲醇、乙醇等;丙酮;挥发性直链和支链烷烃、烯烃及炔烃,如己烷、庚烷及辛烷;及其组合。本文中,挥发物指在室温下快速蒸发的流体。例如,当作为薄片铺展在表面上时,在不足5分钟内蒸发的流体。
[0075]本发明也可为包括粘合剂层26的超亲油涂层24,其中,复数个超亲油颗粒10被偶联至粘合剂层26并自后者延伸。粘合剂层26可以是连续的或不连续的,且可将超亲油颗粒10偶联、固定及/或永久性粘附至基板28。足够部分的超亲油颗粒10可自粘合剂层26延伸,颗粒10的超亲油性质也通过超亲油涂层24展现。同样,超亲油颗粒10可以足以令涂层24展现超亲油性质的量及分布存在。超亲油涂层24可展现超亲油性质,如接触角大于150°,从而当其暴露于环境中时的耐久性长。
[0076]如图10所示,粘合剂层26可包括某些包埋及/或封装在其中的经包埋超亲油颗粒10。在这些例子中,除非且直至粘合剂层26中形成裂纹,被封装的超亲油颗粒10可实质上为惰性。如果形成裂纹,先前包埋的超亲油颗粒10可变为暴露以创建超亲油裂缝表面,该表面可防止水通过该裂纹渗透至下方基板28,如铝。该机制进一步增强涂层24的抗腐蚀性质及该抗腐蚀性质的耐久性。
[0077]还揭示制造超亲油颗粒的方法。该方法可包括提供复数个多孔颗粒,以及将油锁定在该多孔颗粒的纳米孔中。可通过令锁油溶液与该多孔颗粒接触而将油锁定在纳米孔中。该锁油溶液可包括油、表面活性剂、或两者。
[0078]例示性表面活性剂包括挥发性醇,如甲醇、乙醇等;丙酮;挥发性直链和支链烷烃、烯烃及炔烃,如己烷、庚烷及辛烷;及其组合。本文所揭示的可用作溶剂的组合物亦可用作表面活性剂。
[0079]被锁定的油应不与该表面活性剂互混,且该表面活性剂应具有本质上低于该油的粘度。因为高粘度流体如相关的非挥发性油不能渗透入纳米孔中,该表面活性剂的关键特征是,该锁油溶液的有效粘度降低至可渗透该纳米孔的范围。一旦锁油溶液渗透该孔,则表面活性剂挥发,留下油锁定在纳米孔中。
[0080]通常,油与表面活性剂的比应令该锁油溶液的粘度足够低,以渗透入多孔颗粒的纳米孔中。油可以是锁油溶液的0.01至100wt%,锁油溶液的0.01至20wt%,锁油溶液的0.05至1wt %,或锁油溶液的0.1至5wt%。若存在表面活性剂,则表面活性剂可以是锁油溶液的99.99至80wt%,锁油溶液的99.95至90wt%,或锁油溶液的99.99至95wt%。
[0081]本发明还涉及形成超亲油涂层24的方法。该方法可包括将涂覆溶液施加至基板28的表面30。该涂覆溶液可包括其中置有复数个多孔颗粒12或超亲油颗粒10的溶剂22。该方法还可包括以疏水涂层14涂覆多孔颗粒12的表面19,以及将油16锁定在多孔颗粒12的纳米孔18内。
[0082]疏水涂层14的沉积及油锁定步骤可出现于将涂覆溶液施加至基板28的表面30上之前或之后。该疏水涂层14可在锁定步骤之前涂覆在多孔颗粒12上。
[0083]该涂覆溶液也可包括粘合剂。该涂覆溶液可以是超亲油涂覆溶液,其包括0.01至20wt%的超亲油颗粒;0.01至20wt%的粘合剂;以及60至99.98wt%的溶剂。或者,该涂覆溶液可包括0.01至20wt%的多孔颗粒(即,未锁定油且可具有或不具有超疏水涂层);0.01至20wt%的粘合剂;以及60至99.98wt%的溶剂。该涂覆溶液可包括本文所揭示的任何其它比例,且该颗粒是超亲油的、超疏水的或亲水的。
[0084]取得的这一锁定效应令我们进一步创建整体超疏水涂覆材料。如果油、溶剂、
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