耐久的超疏水涂层转让专利
申请号 : CN201380062223.4
文献号 : CN104822777B
文献日 : 2019-02-22
发明人 : J·T·辛普森
申请人 : UT-巴特勒有限责任公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种超疏水涂层,包含:
热固性树脂;以及
多个两亲性颗粒,其中,每一个该两亲性颗粒包含:至少一个超疏水区域;
至少一个亲水区域;以及
多孔芯;
其中,该多孔芯是亲水的;
其中,每一个该两亲性颗粒具有三维纳米纹理化结构;
其中,该多个两亲性颗粒通过至少一个亲水区域共价键结至该热固性树脂;
其中,该热固性树脂部分地渗入该三维纳米纹理化结构中,且该多个两亲性颗粒机械地结合至该热固性树脂;
其中,该多个两亲性颗粒的至少一部分被包埋在该热固性树脂中,从而被该热固性树脂围绕;
其中,该热固性树脂并不填充所包埋的该多个两亲性颗粒的孔,故该多个两亲性颗粒的三维纳米纹理化结构得以保存;
其中,每一个该两亲性颗粒的直径为0.1至20μm;
其中,该多个两亲性颗粒与该热固性树脂的体积比介于1:1与1:25之间;以及其中,该多个两亲性颗粒使得该热固性树脂的至少一个表面为超疏水。
2.如权利要求1所述的超疏水涂层,其中,该热固性树脂是疏水的。
3.如权利要求1所述的超疏水涂层,其中,每一个该两亲性颗粒包含疏水涂层,该疏水涂层遵循每一个该两亲性颗粒表面,从而保存该纳米纹理化结构。
4.如权利要求3所述的超疏水涂层,其中,每一个该两亲性颗粒包含硅藻土颗粒。
5.如权利要求1所述的超疏水涂层,其中,该多孔芯是硅酸盐。
6.如权利要求5所述的超疏水涂层,其中,该硅酸盐被蚀刻以提供该纳米纹理化结构。
7.如权利要求1所述的超疏水涂层,其中,每一个该两亲性颗粒的孔体积的小于50%填充有该热固性树脂。
8.如权利要求1所述的超疏水涂层,其中,每一个该两亲性颗粒的直径为1至20μm。
9.如权利要求1所述的超疏水涂层,其中,每一个该两亲性颗粒的直径为10至20μm。
10.如权利要求1所述的超疏水涂层,其中,该至少一个超疏水区域包含选自氟化单体、石蜡烃单体、及其组合所组成组的化学部分。
11.如权利要求10所述的超疏水涂层,其中,该氟化单体是(十七氟-1,1,2,2-四氢癸基)三氯硅烷。
12.如权利要求10所述的超疏水涂层,其中,该石蜡烃单体是烷基系硅烷。
13.如权利要求1所述的超疏水涂层,其中,该至少一个亲水区域包含选自由包含至少一个官能团的硅烷所组成组的化学部分。
14.如权利要求13所述的超疏水涂层,其中,该至少一个官能团的硅烷选自(3-环氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷、(3-三甲氧基硅丙基)二乙三胺、及其组合所组成的组。
15.一种生产两亲性颗粒的方法,该方法包含,令多个包含氧化硅的颗粒与具有至少一种超疏水硅烷及至少一种偶联剂两者反应,以形成多个两亲性颗粒,其中,每一个该两亲性颗粒包含至少一个超疏水区域、多孔芯及至少一个亲水区域;其中,该多个两亲性颗粒的至少一部分被包埋在热固性树脂中,从而被该热固性树脂围绕;以及其中,该热固性树脂部分地渗入三维纳米纹理化结构中,且该多个两亲性颗粒机械地结合至该热固性树脂。
16.如权利要求15所述的方法,其中,该反应在单个阶段中出现。
17.如权利要求15所述的方法,其中,该反应在第一阶段及第二阶段出现,其中,在第一阶段过程中,该多个包含氧化硅的颗粒与至少一种超疏水硅烷反应,而在第二阶段过程中,该多个包含氧化硅的颗粒与至少一种偶联剂反应。
18.如权利要求15所述的方法,其中,该至少一种超疏水区域包含选自氟化单体、石蜡烃单体、及其组合所组成组的化学部分。
19.如权利要求18所述的方法,其中,该氟化单体是(十七氟-1,1,2,2-四氢癸基)三氯硅烷。
20.如权利要求15所述的方法,其中,该偶联剂是(3-环氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷。
21.如权利要求15所述的方法,其中,该偶联剂是(3-三甲氧基硅基丙基)二乙三胺。
22.如权利要求15所述的方法,其中,该至少一个亲水区域包含选自由包含至少一个官能团的硅烷所组成组的化学部分。
23.如权利要求22所述的方法,其中,该至少一个官能团的硅烷选自(3-环氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷、(3-三甲氧基硅丙基)二乙三胺、及其组合所组成的组。
24.一种生产超疏水涂层的方法,该方法包含将多个两亲性颗粒分散于包含聚合物粘合剂的溶液中,其中,每一个该两亲性颗粒包含至少一个超疏水区域、多孔芯及至少一个亲水区域;
其中,该聚合物粘合剂包含多个能共价键结至每一个该两亲性颗粒的至少一个亲水区域的官能团;
其中,该多个两亲性颗粒的至少一部分被包埋在热固性树脂中,从而被该热固性树脂围绕;以及其中,该热固性树脂部分地渗入三维纳米纹理化结构中,且该多个两亲性颗粒机械地结合至该热固性树脂。
说明书 :
耐久的超疏水涂层
技术领域
背景技术
耐久性的先天性缺失。这一耐久性的缺失由超疏水颗粒本身造成,这些颗粒不仅排斥水,通
常也排斥能用以将它们粘附到多种表面的粘合剂。因此,为了克服对粘合剂的排斥力,往往
需要加入大量粘合剂。但是出现了下述问题,在某些例子中,通过接触令该超疏水颗粒具有
超疏水性所需的纳米规格的表面形貌,找到超疏水颗粒所需的粘合剂的量摧毁了涂层的超
疏水行为。
表面下方的颗粒的纳米孔和纳米纹理化表面被下方涂覆材料堵塞,典型令它们变得非超疏
水。
至该基板。
存在需求以将超疏水颗粒束缚在多种表面上,从而所得涂层耐久且保留其超疏水特征。
发明内容
粒可包埋在该树脂内。根据某些具体实例,树脂不完全填充超疏水颗粒的孔,因此,该超疏
水颗粒的三维表面形貌得以保存。
貌。根据多个具体实例,当以疏水涂层涂覆硅藻土颗粒时,该硅藻土颗粒甚至在以疏水涂层
涂覆后仍可保留其纳米结构表面形貌。根据多个具体实例,任何或全部超疏水颗粒可具有
多孔芯。该超疏水颗粒的多孔芯可以是亲水的。硅藻土是一种天然亲水的多孔芯的实例。超
疏水颗粒的多孔芯可以是硅酸盐。可蚀刻该硅酸盐以提供纳米结构表面形貌。
天然分泌物获得的材料。
可通过任何已知方法测量,包括直接法、光学法、计算机断层成像法、吸液法、水蒸发法、压汞法、气体膨胀法、热孔隙度测定法、及冰冻孔隙度测定法。
能环绕并包埋该超疏水颗粒,同时不完全填充该超疏水颗粒的孔。
树脂颗粒的直径可大于该超疏水颗粒的孔径,但通常不超过该超疏水颗粒直径的4倍。该树
脂颗粒的直径可大于该超疏水颗粒的平均孔径,但通常不超过该超疏水颗粒直径的10倍。
根据其它具体实例,该树脂颗粒的直径可大于该超疏水颗粒的平均孔径,但通常不超过该
超疏水颗粒直径的2倍。
体粉末也可包括复数个树脂颗粒。该树脂颗粒可包括树脂材料,其在固化时能环绕该超疏
水颗粒并将该颗粒包埋在树脂内,但不完全填充该超疏水颗粒的孔。该前体粉末可施用至
该表面。树脂可固化以将该树脂键合至该表面并环绕该超疏水颗粒及/或将该颗粒包埋在
树脂内。
可为0.1至20μm之间或约为1μm。该超疏水颗粒的直径可为10至20μm之间。超疏水颗粒与树脂的体积比可为1:4至1:20之间,或1:1至1:4之间。超疏水颗粒与树脂的体积比可为1:5至
1:7之间,或1:1.5与1:2.5之间。超疏水颗粒与树脂的体积比可为约1:6或约1:2。可在将前
体粉末施加至表面之前,将一层树脂颗粒施加至该表面。可通过经典喷洒制程将该前体粉
末施加至该表面。
上;或多种纺织品中如衣物中。
附图说明
具体实施方式
因此,至少部分超疏水颗粒被树脂完全封装或被树脂环绕。本文中,术语“包埋”意指牢固地密封在周围物质中。因此,术语“包埋”不仅包括能被该树脂完全环绕或封装的颗粒,也包括仅部分地封装、密封或环绕在周围树脂中的颗粒。根据多个具体实例,超疏水涂层可包括复
数个超疏水颗粒,该颗粒包括一些被完全包埋的颗粒和一些被部分包埋的颗粒。被完全包
埋的颗粒整体停留在树脂层内,因此,它们的全部侧面均被树脂环绕。被部分包埋的颗粒的
一部分表面积突出在树脂层表面之外。该突出的、被部分包埋的颗粒可赋予该涂层表面以
超疏水性。被完全包埋的颗粒令涂层在其表面被磨损或打磨移除后仍保持为超疏水。当将
涂层表面磨损或打磨移除时,可移除一些或全部被部分包埋的颗粒,但可令一些或全部被
完全包埋的颗粒暴露在该涂层表面。随后,暴露的颗粒可赋予该涂层表面以超疏水性。
由于该树脂并未完全填充孔或完全覆盖该超疏水颗粒,该超疏水颗粒的三维表面形貌得以
保存。该树脂能熔融,并与超疏水(superhydrophobic,SH)颗粒掺混而不完全填充该超疏水
颗粒的孔及/或不覆盖该超疏水颗粒的全部纳米纹理化表面。根据某些具体实例,超疏水颗
粒可排斥树脂以在每一超疏水颗粒的多孔芯内保存一定体积的空气。树脂填充该超疏水颗
粒孔的程度应在后文中更详细地定义。
合并以形成良好结合的涂层,该涂层表面为超疏水且当通过诸如打磨外表面而将该外表面
磨损除去时仍为超疏水。
特征。根据过个具体实例,超疏水颗粒如超疏水纳米纹理化氧化硅粉末(例如,超疏水硅藻
土)可共价键结至一种或多种聚合物粘合剂,如聚氨酯或环氧树脂。随后,该聚合物粘合剂
可根据已知方法键结至多种基板。
以提供纳米结构表面形貌。根据某些具体实例,该超疏水颗粒可包含一个或多个硅藻土颗
粒。可通过施加疏水涂层,将该多孔芯及/或多孔芯材料的表面化学性从亲水变为疏水。该
疏水涂层可遵循该多孔芯材料的表面,以保存纳米结构表面形貌。
或上限可选自0.05、0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、
9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、
19、19.5、20、20.5、21、21.5、22、22.5、23、23.5、24、24.5、及25μm。例如,根据某些优选具体实例,任意或全部超疏水颗粒的直径及/或超疏水颗粒的平均直径可为自0.1至20μm,自1至
20μm,或自10至20μm。
0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、
0.16、0.17、0.18、0.19、0.2、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.3、
0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.4、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、
0.46、0.47、0.48、0.49、及0.5ml/g。例如,根据某些优选具体实例,任意或全部超疏水颗粒的孔体积及/或超疏水颗粒的平均孔体积可为0.1至0.3ml/g。
可选自0.5、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、
110、115、及120m2/gm。例如,根据某些优选具体实例,任意或全部超疏水颗粒的表面积及/
2
或任意或全部超疏水颗粒的平均表面积可为1至100m/gm。
化硅(当硼酸盐已经被蚀刻除去时)组成。根据多个具体实例,这些经微分蚀刻的旋节超疏
水粉末可用作超疏水颗粒。
超疏水颗粒。
结至该聚合物粘合剂,之后,该粘合剂可结合至几乎任何类型的基板。
型含有自80%至95%的氧化硅,而锻制氧化硅典型含有大约>96%的氧化硅。对于本申请案
的目的,术语“富硅”包括任意以重量计包括大于或等于50%的氧化硅的组合物。根据本申
请案,“富硅”组合物可具有其量处于具有下限及/或上限的范围内的氧化硅。该范围可包括或不包括下限及/或上限。该下限及/或上限可选自,以重量计,50、51、52、53、54、55、56、57、
58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、
83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、及100%。例如,根据某些优选具体实例,根据本申请案,以重量计,“富硅”组合物可具有其量为50%至100%的氧化硅。
限。该下限及/或上限可选自10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、
27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、及40达因(dynes)/cm。例如,根据某些优选具体实例,根据多个具体实例,低表面能位点可具有小于25达因/cm的表面能或自18至25达
因/cm的表面能。
或不包括下限及/或上限。该下限及/或上限可选自40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、
51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、
76、77、78、79、及80dynes/cm。例如,根据某些优选具体实例,根据多个具体实例,高表面能位点可具有自50达因/cm至约73达因/cm的表面能。该亲水区域的官能团可共价键结至聚合
物粘合剂。对于本发明的目的,“共价键结”指一化学键,其涵盖共享一份子内原子间的一对电子。图2提供了具有疏水位点和亲水位点的富硅粒子分子的例示性化学结构。疏水位点的
集落主导了颗粒表面,这是颗粒甚至在存在亲水位点的情况下仍展现超疏水性质的原因。
低表面能(超疏水)位点或基于以甲基(CH3)封端的亚甲基(CH2)序列,或基于以甲基(CH3)封
端的氟碳(CF2)序列。偶联剂由可交联基团如胺(NH2)或环氧环(C2H3O)组成。
二乙三胺(C10H27N3O3Si),如图4b所示。
疏水性。依据最终用途,通过与水滴的接触角测得的一个或多个颗粒的超疏水性程度可处
于具有下限及/或上限的范围内。该范围可包括或不包括下限及/或上限。该下限及/或上限
可选自150、150.5、151、151.5、152、152.5、153、153.5、154、154.5、155、155.5、156、156.5、
157、157.5、158、158.5、159、159.5、160、160.5、161、161.5、162、162.5、163、163.5、164、
164.5、165、165.5、166、166.5、167、167.5、168、168.5、169、169.5、170、170.5、171、171.5、
172、172.5、173、173.5、174、174.5、175、175.5、176、176.5、177、177.5、178、178.5、179、
179.5、及180度。例如,根据某些优选具体实例,以及最终用途,一个或多个颗粒可具有通过与水滴的接触角测得的超疏水程度处于150度至180度范围内。
盖具有下限及/或上限的范围内的表面积的超疏水位点。该范围可包括或不包括下限及/或
上限。该下限及/或上限可选自0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、
8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、
18.5、19、19.5、20、20.5、21、21.5、22、22.5、23、23.5、24、24.5、25、25.5、26、26.5、27、27.5、
28、28.5、29、29.5、30、及30.5%的整体颗粒表面积。例如,根据某些优选具体实例,根据多个具体实例,超疏水颗粒可具有覆盖颗粒全部表面积的1至20%范围内的表面积的超疏水
位点。
因。换言之,未被超疏水位点覆盖的表面积可由亲水位点覆盖,如上所述,该亲水位点可用
于将该颗粒结合至基板或粘合剂材料。该基板可以是任意基板,包括但不限于,玻璃、金属
及木质表面。根据多个具体实例,超疏水颗粒可具有覆盖具有下限及/或上限的范围内的表
面积的亲水位点。该范围可包括或不包括下限及/或上限。该下限及/或上限可选自60、
60.5、61、61.5、62、62.5、63、63.5、64、64.5、65、65.5、66、66.5、67、67.5、68、68.5、69、69.5、
70、70.5、71、71.5、72、72.5、73、73.5、74、74.5、75、75.5、76、76.5、77、77.5、78、78.5、79、
79.5、80、80.5、81、81.5、82、82.5、83、83.5、84、84.5、85、85.5、86、86.5、87、87.5、88、88.5、
89、89.5、90、90.5、91、91.5、92、92.5、93、93.5、94、94.5、95、95.5、96、96.5、97、97.5、98、
98.5、99、及99.5%的颗粒全部表面积。例如,根据某些优选具体实例,根据多个具体实例,超疏水颗粒可具有覆盖颗粒全部表面积的与97%范围内的表面积的亲水位点。
可解释为50%至80%的外表面积覆盖率。该外表面积定义为可完全环绕给定颗粒的最小球
体的表面积。
剂位点的对应表面积比。
据,这将促进将该颗粒共价键结至聚合物粘合剂。
层。可通过下述增强该涂层的粗糙度:
层(强结合及弱结合)的蒸发,然而,在70摄氏度的平衡使得强结合在粒子表面的小量水的
吸收。在退火制程中,未定量强结合及弱结合的水的量。不具水或具有小量水的微米级颗粒
在功能化后展现若静电(范德华)力,并形成较不明显的聚集,而该聚集有利于破坏粘合剂
表面并创造超疏水突起。颗粒退火的另一益处为移除颗粒表面的有机污染物。
实。
有键结至每一颗粒不同部位的疏水硅烷和亲水硅烷两者的另一优点为,功能化氧化硅自身
自组装,因此该颗粒的亲水部份键结至基板(或粘合剂),同时该颗粒的疏水部份并不键结
至基板(或粘合剂)且保持游离状态以令所涂覆的表面为超疏水。
602内。超疏水颗粒601可部分或完全包埋在聚合物粘合剂602的表面下。除了包埋在聚合物
粘合剂602内之外,该复数个超疏水颗粒601的一个或多个可在给定超疏水颗粒601与聚合
物粘合剂602之间的一个或多个点共价键结至聚合物粘合剂602。聚合物粘合剂602可结合
至基板603的表面。
颗粒700中的一个或多个超疏水颗粒可共价键结至聚合物粘合剂701。聚合物粘合剂701可
结合至基板701的表面。
脂、及热塑性许了。UV可固化树脂特佳用于某些目的,因为它们可容许涂覆多种热敏性基
板,如塑料、蜡、或任何可能在用于其它树脂的固化温度下熔融或软化的材料。根据某些具
体实例,可能有利的是使用可商购的静电粉末涂覆树脂的疏水树脂(如FEP),包括热固性树
脂、热塑性树脂、及UV可固化树脂。也可采用多种类型树脂的组合。
商标下售卖的那些、及其共聚物和混合物。
200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、
5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000、9500、10000、10500、11000、11500、12000、
12500、13000、13500、14000、14500、15000、15500、16000、16500、17000、17500、18000、
18500、19000、19500、20000、20500、21000、21500、22000、22500、23000、23500、24000、
24500、及25000nm。例如,根据某些优选具体实例,超疏水粉末颗粒具有在自20nm至20微米,或自100nm至15微米的直径。
35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、及120μm。例如,根据某些优选具体实例,树脂颗粒的直径可为1至100μm之间。
400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、
2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3400、
3500、3600、3700、3800、3900、4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600、4700、4800、4900、
5000。例如,根据某些优选具体实例,树脂颗粒的直径可以1至5000的系数大于超疏水颗粒
的孔径。该树脂颗粒可为如氧化硅孔径(约20nm孔径)一样小,也可如该孔径的5000倍(即,
100微米)一样大。
0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、
2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、及4.5。例如,根据某些优选具体实例,树脂颗粒的直径可以0.1至0.4的系数大于超疏水颗
粒的直径。
但通常不超过超疏水颗粒直径的10倍。
1:5.25、1:5.5、1:5.75、1:6、1:6.25、1:6.5、1:6.75、1:7、1:7.25、1:7.5、1:7.75、1:8、1:
8.25、1:8.5、1:8.75、1:9、1:9.25、1:9.5、1:9.75、1:10、1:10.25、1:10.5、1:10.75、1:11、1:
11.25、1:11.5、1:11.75、1:12、1:12.25、1:12.5、1:12.75、1:13、1:13.25、1:13.5、1:13.75、
1:14、1:14.25、1:14.5、1:14.75、及1:15。例如,根据某些优选具体实例,该超疏水涂层中,超疏水颗粒与树脂的体积比可为1:1与1:10之间。超疏水颗粒与树脂的体积比可为1:1.5与
1:5之间。超疏水颗粒与树脂的体积比可为约1:4。
6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、
33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、
58、59、及60%。例如,根据某些优选具体实例,任何或全部超疏水颗粒的孔体积的小于50%填充有树脂。
树脂颗粒小得多。例如,树脂颗粒尺寸典型为,直径从约30微米至100微米可变,而超疏水硅藻土的直径典型自0.5微米至15微米可变。这意味着相同体积的超疏水硅藻土和树脂粉末
由明显较多的SHDE颗粒组成且将含有重量上多得多的树脂。
脂材料在固化时能将该超疏水颗粒包埋入树脂中但并不完全填充该超疏水颗粒的孔。
10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、及
125nm。例如,根据某些优选具体实例,超疏水氧化硅纳米颗粒可具有自1nm至100nm的直径。
超疏水氧化硅纳米颗粒典型为球形或接近球形,其尺寸为具有小于100nm的直径。氧化硅颗
粒可具有小至几纳米的直径,但往往聚结为尺寸以微米计的复合颗粒。
1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400、
2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3400、3500、3600、3700、3800、3900、
4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600、4700、4800、4900、5000、5100、5200、5300、5400、及
5500nm。例如,根据某些优选具体实例,颗粒聚结体的直径可为200nm至5微米。
130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、
225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、及300华氏度。例如,根据某些优选具体实例,该基板随后可在100华氏度至250华氏度范围内的温度预热。这一
温度范围可与固化温度范围的低端值相对应。该预热步骤可令基板在树脂固化之前达到树
脂的固化温度。
275、280、285、290、295、300、305、310、315、320、325、330、335、340、345、350、355、360、365、
370、375、380、385、390、395、400、405、410、415、420、425、430、435、440、445、450、455、460、
465、470、475、480、485、490、495、及500华氏度。例如,根据某些优选具体实例,一旦基板处于固化温度的10华氏度范围内,该温度可提升之正常固化温度范围,该范围可为250华氏度
至450华氏度。一旦处于固化范围,可将该温度保持一定时间。该一定时间可处于具有下限
及/或上限的范围内。该范围可包括或不包括下限及/或上限。该下限及/或上限可选自5、6、
7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、及30分钟。例如,根据某些优选具体实例,该时间可为约10至15分钟。由于基板典型已经处于或接近该固
化温度,温度的这一增加轻易地增加了基板温度并令树脂充分结合至基板。
板的热质量和超疏水颗粒如超疏水硅藻土的绝缘属性将会阻止该基板在树脂固化之前被
加热至固化温度。结果将会是未结合的超疏水树脂膜,该膜可简单地自基板脱落。
体粉末也可包括复数个树脂颗粒。该树脂颗粒可包括树脂材料,该材料在固化时能将超疏
水颗粒包埋在树脂中,但并不填充该超疏水颗粒的孔或完全覆盖颗粒表面。该前体粉末被
施加至该表面。固化树脂以将树脂结合至该表面并将超疏水颗粒包埋在树脂中。
围可包括或不包括下限及/或上限。该下限及/或上限可选自175、180、185、190、195、200、
205、210、215、220、225、230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、
300、305、310、315、320、325、330、335、340、345、350、355、360、365、370、375、380、385、390、
395、400、405、410、415、420、425、430、435、440、445、及450华氏度。例如,根据某些优选具体实例,该热基板温度可在200华氏度至400华氏度范围内的温度维持一定时间。该时间可处
于具有下限及/或新上线的范围内。该范围可包括或不包括下限及/或上限。该下限及/或上
限可选自5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、
29、及30分钟。例如,根据某些优选具体实例,该时间可为约10至15分钟。
的温度。如果该基板在指定的固化时间内无法达到固化温度(因为该SH氧化硅粉末掺混
物),则涂层可能无法充分结合至基板。
及/或上限。该下限及/或上限可选自175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、
230、235、240、245、250、255、260、265、270、275、280、285、290、295、300、305、310、315、320、
325、330、335、340、345、350、355、360、365、370、375、380、385、390、395、400、405、410、415、
420、425、430、435、440、445、及450华氏度。例如,根据某些优选具体实例,该热基板的温度可维持在200华氏度至400华氏度的范围内。
用其它纳米结构超疏水粉末,如氧化硅纳米颗粒、及微分蚀刻旋节分解硼硅酸盐玻璃粉末。
也可能是不同类型的超疏水颗粒的混合物。
脂;及复数个超疏水颗粒。每一超疏水颗粒可具有定义复数个孔的三维纳米结构表面形貌。
至少一部分的超疏水颗粒可包埋在树脂内或化学键结至树脂以被该树脂环绕。根据多个具
体实例,该树脂并不填充所包埋的超疏水颗粒的孔,故该超疏水颗粒的三维表面形貌得以
保存。恢复超疏水表面的方法可包含简单磨损该超疏水表面以暴露所包埋的超疏水颗粒。
常比典型的树脂颗粒小得多。例如,树脂颗粒尺寸典型为,直径从约30微米至100微米可变,而超疏水硅藻土的直径典型自0.5微米至15微米可变。这意味着相同体积的超疏水硅藻土
和树脂粉末由明显较多的SHDE颗粒组成且将含有重量上多得多的树脂。
为“水珠”。因为SH粉末的排斥效应,这些水珠通常将不会彼此合并。同样效应可出现在根据多个具体实例的固化粉末树脂中,以形成树脂珠。每一树脂珠可覆盖有复数个超疏水且亲
树脂的颗粒。“亲树脂的”颗粒是具有不被液体树脂润湿的表面的颗粒。在一些例子中,希望形成树脂珠。基于与水珠为何不能融合在一起相同的理由,树脂珠典型不能结合至基板或
与其它树脂珠结合。对于其它应用,应通过限制与树脂掺混的超疏水颗粒(如,氧化硅粉末)
的量而避免树脂珠的形成。
1:4.25、1:4.5、1:4.75、1:5、1:5.25、1:5.5、1:5.75、1:6、1:6.25、1:6.5、1:6.75、1:7、1:
7.25、1:7.5、1:7.75、1:8、1:8.25、1:8.5、1:8.75、1:9、1:9.25、1:9.5、1:9.75、1:10、1:
10.25、1:10.5、1:10.75、1:11、1:11.25、1:11.5、1:11.75、1:12、1:12.25、1:12.5、1:12.75、
1:13、1:13.25、1:13.5、1:13.75、1:14、1:14.25、1:14.5、1:14.75、1:15、1:15.25、1:15.5、
1:15.75、1:16、1:16.25、1:16.5、1:16.75、1:17、1:17.25、1:17.5、1:17.75、1:18、1:18.25、
1:18.5、1:18.75、1:19、1:19.25、1:19.5、1:19.75、1:20、1:20.25、1:20.5、1:20.75、1:21、
1:21.25、1:21.5、1:21.75、1:22、1:22.25、1:22.5、1:22.75、1:23、1:23.25、1:23.5、1:
23.75、1:24、1:24.25、1:24.5、1:24.75、及1:25。例如,根据某些优选具体实例,超疏水涂层中超疏水颗粒与树脂的体积比可为1:8与1:15之间,对应重量比为约1:3至1:10。超疏水颗
粒与树脂的体积比可为1:1.5与1:5之间,或约1:4。
1:2.25、1:2.5、1:2.75、1:3、1:3.25、1:3.5、1:3.75、1:4、1:4.25、1:4.5、1:4.75、1:5、1:
5.25、1:5.5、1:5.75、1:6、1:6.25、1:6.5、1:6.75、1:7、1:7.25、1:7.5、1:7.75、1:8、1:8.25、
1:8.5、1:8.75、1:9、1:9.25、1:9.5、1:9.75、1:10、1:10.25、1:10.5、1:10.75、1:11、1:
11.25、1:11.5、1:11.75、1:12、1:12.25、1:12.5、1:12.75、1:13、1:13.25、1:13.5、1:13.75、
1:14、1:14.25、1:14.5、1:14.75、1:15、1:15.25、1:15.5、1:15.75、1:16、1:16.25、1:16.5、
1:16.75、1:17、1:17.25、1:17.5、1:17.75、1:18、1:18.25、1:18.5、1:18.75、1:19、1:19.25、
1:19.5、1:19.75、1:20、1:20.25、1:20.5、1:20.75、1:21、1:21.25、1:21.5、1:21.75、1:22、
1:22.25、1:22.5、1:22.75、1:23、1:23.25、1:23.5、1:23.75、1:24、1:24.25、1:24.5、1:
24.75、及1:25。例如,超疏水涂层中超疏水颗粒与树脂的重量比可为约1:3至约1:9。
为约1:8。如果该超疏水颗粒很小如直径为10微米,且树脂为50微米,则优选的超疏水颗粒
与树脂的重量比可为1:20。换言之,如果超疏水颗粒具有较小的直径,则将需要以重量计或
体积计的更少的超疏水颗粒以避免或降低树脂珠的形成。
收并保持静电荷,实际上比干燥的树脂粉末本身更好。一旦掺混粉末静电粘附至该接地基
板,即在烘箱中使用该粉末树脂固化温度范围的低端值温度加热该基板。对于热固性
Vulcan炭黑树脂,固化温度为320华氏度,这一温度比正常低温固化温度低20华氏度。通常,该固化温度比制造商建议的最低固化温度低20华氏度。
中良好的树脂与基板的粘合。该预加热步骤由下述组成:将经涂覆的基板加热之略低于树
脂固化温度低端值的温度。采用比制造商建议的最低固化温度低20华氏度的温度。在
Vulcan炭黑(VB)的例子中,使用320华氏度的预热温度。将该预热温度保持适宜的一段时间
如10分钟。一旦该基板被预热,即将烘箱温度提升至正常固化温度(对于VB,400华氏度加热
20分钟)。
加轻易增加金属基板的温度并令树脂重复结合至基板。
该基板上。一旦两层粉末层静电粘合至该基板,即以与前述相同的方式将两层一起固化。该
第二种方法提供对于基板的良好结合,并增加整体涂层耐久性,同时维持高质量的超疏水
表面和一定程度的耐磨损性。
膜,该膜可轻易自基板脱落。
些固化树脂并不流入多孔纳米纹理化结构如孔中。一旦被固化,进入孔中的树脂将SHP机械
地保持在原地,将超疏水颗粒有效地结合至表面并位于该表面之下。
(满载)次泰伯尔循环后仍显示超疏水行为。
0 165°
10 160°
50 158°
100 158°
200 155°
300 153°
400 151°
450 153°
如来自PPG的PCM90133黑色环氧树脂粉末,以及氟聚合物粉末树脂如来自PPG的PD800012粉
末氟碳烤漆AAMA2605。
SHDE掺混物涂覆的铝板上进行泰伯尔磨损测试。在超过100次泰伯尔(最小负载)循环后,这
些板维持其超疏水性。
程度上的增强(相对于裸树脂)。在另一个极端(即,树脂与SHDE的比约为零,即该掺混物全
部为),除了在SHDE层与第一树脂施加层的界面处,大部分SHDE粉末并未结合至涂层。结果
为非常超疏水的表面但不耐久。换言之,少量磨损将移除表面结合的SHDE。一旦其被移除,
则该表面不再超疏水。
创造了体积性SH效应,其中,通过轻微磨损移除某些涂层材料暴露了新鲜的(未完全堵塞)
SHDE材料,因此被磨损的表面保留SH。
目的,术语“良好超疏水行为”指当根据多个具体实例将该掺混物施加至基板时,所得超疏
水涂层与水滴的接触角在150度至175度范围内,且滑落较在0.1度至15度范围内。
氧化硅系超疏水粉末轻易地传输紫外辐射,当SHDE与UV可固化粉末掺混时,将不会遭遇固
化降解。UV固化将会需要UV辐射渗透所喷洒的树脂层足够深,以固化全部树脂层。根据多个
具体实例,由于该超疏水粉末传输(即不吸收)UV辐射,任何将会固化不含超疏水粉末的树
脂层的UV辐射也将会固化含有超疏水粉末的相同树脂层。
为。根据ASTM D 4060的泰伯尔磨损测试显示,在多达200(满载)次泰伯尔循环后显示超疏
水行为。更具体地,在CS-10轮上的磨除力为75g。泰伯尔磨损测试的结果总结在表2和图8
中。