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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberCN105102558 A
Publication typeApplication
Application numberCN 201480019897
PCT numberPCT/US2014/013355
Publication date25 Nov 2015
Filing date28 Jan 2014
Priority date30 Jan 2013
Also published asEP2951252A1, US9056987, US20140208978, WO2014120662A1
Publication number201480019897.0, CN 105102558 A, CN 105102558A, CN 201480019897, CN-A-105102558, CN105102558 A, CN105102558A, CN201480019897, CN201480019897.0, PCT/2014/13355, PCT/US/14/013355, PCT/US/14/13355, PCT/US/2014/013355, PCT/US/2014/13355, PCT/US14/013355, PCT/US14/13355, PCT/US14013355, PCT/US1413355, PCT/US2014/013355, PCT/US2014/13355, PCT/US2014013355, PCT/US201413355
InventorsJ.莫汉桑德, 萨梅尔阿尔温德卡博尔, 苏博德德什潘德
Applicant伊利诺斯工具制品有限公司
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: SIPO, Espacenet
超疏水涂层
CN 105102558 A
Abstract
提供了一种超疏水涂层组合物,所述涂层组合物是用于玻璃、金属和塑料以及汽车漆面,可手动分配并且可以容易地涂覆到一些基底上的高度耐用的超疏水透明涂层。此外,本发明的超疏水涂层是用户友好的,因为涂布在室温下发生,并且可以由正常的手动喷涂的方法来涂覆。涂层的实施例在30分钟内干燥,并且产生以备用的超疏水效应。在诸如太阳能板、风力涡轮机表面、家用部件、金属涂布的家具、船舶设备零件、海上运动设备(如快艇挡风玻璃)、汽车挡风玻璃、汽车塑料部件、汽车车身以及航空航天应用的各种应用中,所述涂层有助于排斥水滴、露滴以及尘粒。
Claims(22)
1. 一种超疏水涂层组合物,包括: 疏水剂;以及 粘结剂或蚀刻化学品。
2. 如权利要求1所述的超疏水涂层组合物,其中其进一步包括溶剂。
3. 如权利要求1所述的超疏水涂层组合物,其中所述疏水剂包括二氧化硅或钛的有机 改性的纳米颗粒。
4. 如权利要求1所述的超疏水涂层组合物,其中所述粘结剂包括由多元醇和异氰酸酯 构成的聚氨酯。
5. 如权利要求1所述的超疏水涂层组合物,其进一步包括二氧化硅或钛的有机改性的 纳米颗粒作为所述疏水剂并且包括聚氨酯作为粘结剂。
6. 如权利要求1所述的超疏水涂层组合物,其中其进一步包括表面添加剂。
7. 如权利要求6所述的超疏水涂层组合物,其中所述表面添加剂包括有机硅改性的聚 丙烯酸酯。
8. 如权利要求2所述的超疏水涂层组合物,其中所述溶剂包括二甲苯、乙酸丁酯、甲苯 或乙酸乙酯。
9. 如权利要求1所述的超疏水涂层组合物,其中所述疏水剂以0. 1至10重量份数的量 存在,所述粘结剂以〇. 1至10重量份数的量存在,溶剂以75至94重量份数的量存在,并且 表面添加剂以0. 1至8重量份数的量存在。
10. 如权利要求1所述的超疏水涂层组合物,其中其包括疏水剂和蚀刻化学品。
11. 如权利要求10所述的超疏水涂层组合物,其中所述疏水剂包括硅烷。
12. 如权利要求11所述的超疏水涂层组合物,其中所述硅烷包括烷基硅烷。
13. 如权利要求12所述的超疏水涂层组合物,其中所述烷基硅烷包括甲基硅烷、直链 ^经基硅烷、氣化烷基硅烷或环烷基硅烷。
14. 如权利要求所述的超疏水涂层组合物,其中所述蚀刻化学品包括硫酸、磷酸或氯硅 烷。
15. 如权利要求10所述的超疏水涂层组合物,其中所述溶剂包括硅酮油。
16. 如权利要求15所述的超疏水涂层组合物,其中所述硅酮油包括无环和/或环状二 甲基硅酮油,如六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基环戊硅氧烷或八甲环四硅氧烷。
17. 如权利要求15所述的超疏水涂层组合物,其中所述硅酮油的范围在2至10厘斯。
18. 如权利要求10所述的超疏水涂层组合物,其中所述疏水剂以0. 05至20重量份数 的量存在,所述蚀刻化学品以〇. 05至10重量份数的量存在,并且所述溶剂以70至99. 8重 量份数的量存在。
19. 一种用于制备超疏水涂层组合物的过程,包括: 通过将多元醇树脂溶解在80%的溶剂中来制备基体树脂溶液; 将表面添加剂添加到所述树脂溶液; 将疏水纳米颗粒添加到剩余的20 %溶剂中;以及 将硬化剂以基体:硬化剂1:1的比率添加到上述溶液。
20. 如权利要求19所述的过程,其中所述溶剂包括二甲苯、乙酸丁酯、甲苯或乙酸乙 酯,所述疏水纳米颗粒包括有机改性的二氧化硅或钛,并且所述硬化剂包括异氰酸酯。
21. -种用于制备超疏水涂层组合物的过程,包括: 将蚀刻化学品添加到溶剂以及将如硅烷的疏水剂添加到上述混合物。
22. 如权利要求21所述的过程,其中所述溶剂包括硅酮油,所述疏水剂包括硅烷,并且 所述蚀刻化学品包括硫酸、磷酸或氯硅烷。
Description
超疏水涂层

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 此申请是要求2013年1月30日提交的印度临时申请序号412/CHE/2013的优先 权权益的非临时申请,兹以引用方式引入该临时申请的内容。

技术领域

[0003] 本发明涉及具有内置的荷叶效应的反应性且高度耐用的超疏水涂层,所述涂层用 于涂覆在包括用于需要拒水的各种应用的金属、塑料和玻璃的基底上。还披露了生产这些 涂层的过程和使用所述涂层来使得表面疏水的方法。

背景技术

[0004] 在如同汽车、航空航天和船舶设备的工业中,表面涂层不仅在保护部件防腐蚀方 面而且在增强美感方面都起到至关重要的作用。在这些应用中,塑料、金属和玻璃表面的老 化是主要问题。各种外部因素如固体(尘粒、燃烧的碳氢化合物等)和液体(水分、化学制 品、泥水等),在日常生活中影响基底。此问题对于金属而言更加严重,通常当水滴在表面干 燥时,由于矿物质沉积而留下水印或水渍时,当其进一步与水和氧气接触时可导致腐蚀单 元形成。以类似的方式

[0005] 塑料和玻璃表面也面临在水蒸发之后的污点或水印的问题,这进一步影响被涂布 的塑料部件的美观和挡风玻璃的透明视觉。然而,此固体、液体或气体吸附或可湿性现象是 任何表面不可避免的,并且需要额外的体力工作和时间来清理那些基底。基于材料的物理 和化学不均匀性,需要对各种材料的可湿性的理解。

[0006] 市面上存在许多用来从需要脱水的表面拒水的产品。然而,这些可用的拒水涂层 具有如上述会话中论述的某些缺点。

[0007] 美国专利公开2011/0206925(Kissel等人)教导了基于聚合物气凝胶的超疏水涂 层,该涂层可通过三步过程来实现。根据此发明,需要通过在150C下加热3个小时来退火 作为表面处理,以固化基底上的涂层,并且接触角可以仅高达140。

[0008] 美国专利公开2011/0177252 (Kanagasbapathy等人)公开了一种制备超疏水涂层 的方法,所述涂层包括含有助粘剂基团和低表面能基团的倍半硅氧烷的疏水纳米颗粒。涂 层被涂覆在已经油漆好的/涂有蜡的金属/木材/玻璃/陶瓷表面上。在所公开的方法中, 并非与基底反应,并且就长期耐久性而言较差。

[0009] 美国专利公开2011/0159299 (Linforf等人)公开了一种疏水涂层涂覆,其中涂覆 步骤包括通过等离子体的表面处理。Linforf等人进一步公开了高达120的水接触角。然 而,所公开的组合物的疏水层需要等离子体表面处理。

[0010] 美国专利公开2009/0064894 (Baumaret等人)教导了 一种本质上不透明的基于水 的疏水自清洁涂层组合物。然而,此发明的涂层组合物不耐久。

[0011] 美国专利公开2007/0141306 (Kasai等人)公开了一种用于制备超疏水涂层的过 程,其中公开了在浸入水中持续1小时的周期之后的沉积的0. 02mL水滴的25或更小的滑 动角/滚动角。此公开的涂层的缺点是在浸入水中持续1小时的周期之后的剥离效应。

[0012] 因此,需要一种缓解如以上所提及的现有技术的所有问题的改进的疏水涂层。

发明内容

[0013] 本发明的实施例提供了一种超疏水涂层组合物,所述涂层组合物是用于玻璃、金 属和塑料以及汽车漆面,可手动分配并且可以容易地涂覆到许多基底上的高度耐用的超疏 水透明涂层。此外,本发明的超疏水涂层是用户友好的,因为涂布在室温下发生,并且可以 由正常的手动喷涂的方法来涂覆。所述涂层的实施例在30分钟内干燥,并且产生以备用的 超疏水效应。在诸如太阳能板、风力涡轮机表面、家用部件、金属涂布的家具、船舶设备零 件、海上运动设备(如快艇挡风玻璃)、汽车挡风玻璃、汽车塑料部件、汽车车身以及航空航 天应用的各种应用中,所述涂层有助于排斥水滴、露滴以及尘粒。

[0014] 本发明的实施例提供了包括疏水剂、粘结剂或蚀刻化学品的超疏水涂层组合物。 超疏水涂层组合物可以进一步包括溶剂。在某些其他实施例中,超疏水涂层组合物可以进 一步包括溶剂和表面添加剂。

[0015] 在一个实施例中,超疏水涂层组合物可以包括二氧化硅或钛的有机改性的纳米颗 粒作为疏水剂,以及聚氨酯作为粘结剂,所述聚氨酯是由作为基体的多元醇和作为硬化剂 的异氰酸酯形成的。超疏水涂层组合物可以进一步包括溶剂,所述溶剂可以包括二甲苯、乙 酸丁酯、甲苯或乙酸乙酯。组合物可以进一步包括表面添加剂,所述表面添加剂可以是有机 娃(silicone)改性的聚丙稀酸酯。

[0016] 在一个实施例中,超疏水涂层组合物可以包括0. 1至10重量份数的量的疏水剂和 0. 1至10重量份数的量的粘结剂、75至94重量份数的量的溶剂以及0. 1至8重量份数的 量的表面添加剂。

[0017] 在一个实施例中,超疏水涂层组合物可以包括硅烷作为疏水剂,以及硫酸、磷酸、 氯硅烷等作为蚀刻化学品。

[0018] 在一个实施例中,超疏水涂层组合物可以包括0. 05至20重量份数的量的疏水剂、 0. 05至10重量份数的量的蚀刻化学品以及70至99. 8重量份数的量的溶剂。

[0019] 本发明的实施例还提供了一种用于制备超疏水涂层组合物的过程,包括以下步 骤:通过将多元醇树脂溶解在80%的溶剂中来制备基本树脂溶液;将表面添加剂添加到树 脂溶液;将疏水纳米颗粒添加到剩余的20%溶剂中;以及以基体与硬化剂1:1的比率将硬 化剂添加到上述溶液。

[0020] 在用于制备超疏水涂层组合物的另一个过程中,该过程包括以下步骤:将蚀刻化 学品添加到溶剂;以及将如硅烷的疏水剂添加到上述混合物。

[0021 ] 在本发明的组合物的实施例所提供的优点中,包括:

[0022] 非常高的超疏水性--高接触角和低滑动角;在接触角和水滚动效应方面的耐久 性,该耐久性即使在持续暴露于流水5个小时之后并且在使得涂层经受湿磨损试验之后也 极佳;在涂覆涂层之前涂层不需要任何额外的表面处理并且可以在室温下涂覆;与其他产 品相比在涂覆之后不需要强制干燥;以及涂层具有约99%透明度。

附图说明

[0023] 结合附图将更好地理解本发明的以上概述以及以下详细描述。为了辅助解释本发 明的目的,在附图中示出当前优选并且被认为是说明性的实施例。然而,应当理解,本发明 并不局限于其中所示的精确布置和机构。在附图中:

[0024] 图1是湿磨损耐久性试验结果的图解表示;

[0025] 图2A示出了在用于配制剂A和B的涂布的薄膜上的5yL水滴的接触;

[0026] 图2B示出了在用于配制剂B的涂布的薄膜上的5yL水滴的接触角;

[0027] 图3A是在各个表面上的本发明的涂层组合物的超疏水效应的一系列摄影视图, 所述表面包括用于表面涂布有本发明的涂层的I)玻璃II)铝以及IIDABS塑料;

[0028] 图3B是在各个表面上的本发明的涂层组合物的超疏水效应的一系列摄影视图, 所述表面包括用于未涂布的表面的I)玻璃II)铝以及IIDABS塑料;

[0029] 图4A是涂布的玻璃面板上的蜂蜜效应的摄影视图;

[0030] 图4B是未涂布的玻璃面板上的蜂蜜效应的摄影视图;以及

[0031] 图5是汽车车身面板的摄影视图,所述汽车车身面板在涂布侧与未涂布侧之间具 有隔缝。

具体实施方式

[0032] 为了以下详细描述的目的,应当理解,本发明可以假定各种替代变型和步骤顺序, 除非另有明确相反说明。此外,除了在任何操作实例中或者在另有指示的地方,在说明书中 使用的所有数值表达,例如成分的量,应当理解为在所有实例中由术语"约"修饰。应注意, 除非另有说明,否则此说明书和随附权利要求中给出的所有百分比指代总组合物中的重量 百分比。

[0033] 因此,在详细描述本发明之前,应当理解,本发明并不限于具体例示的体系或过程 参数,所述体系或过程参数当然可以变化。还应当理解,本文使用的术语是仅用于描述本发 明的具体实施例的目的而并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

[0034] 必须注意,如此说明书和随附权利要求中所使用,单数形式"一种(a/an) "和"所 述(the)"包括复数指示物,除非上下文另有明确指示。因此,例如,对一个"硅烷"的提及 可以包括两个或更多个这类硅烷。除非另有定义,否则本文使用的所有技术和科学术语具 有与本发明涉及的领域的普通技术人员通常理解的意义相同的意义。

[0035] 为了以下详细描述的目的,应当理解,本发明可以假定各种替代变型和步骤顺序, 除非另有明确相反说明。此外,除了在任何操作实例中或者在另有指示的地方,在说明书中 使用的所有数值表达,例如成分的量,应当理解为在所有实例中由术语"约"修饰。应注意, 除非另有说明,否则此说明书和随附权利要求中给出的所有百分比指代总组合物中的重量 百分比。

[0036] 因此,在详细描述本发明之前,应当理解,本发明并不限于具体例示的体系或过程 参数,所述体系或过程参数当然可以变化。还应理解,本文使用的术语是仅用于描述本发明 的具体实施例的目的而并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

[0037]定义

[0038] 如本文所使用的术语"超疏水"指代超级疏水或者形成超级疏水的性质,即极其难 以润湿。使用由固体基底表面上的液滴形成的接触角作为特定固体的润湿能力的定量测定 的概念也一直是熟知的。润湿是当使得液体与固体表面在一起时由于分子间相互作用产生 的、液体维持与固体表面接触的能力。润湿的程度(可湿性)通过黏合力与内聚力之间的 力的平衡来确定。如果水滴与基底表面的接触角大于90,则通常认为是疏水的。例如,存 在液滴在其上具有高接触角的材料,诸如石蜡上的水,对其而言接触角为约107。许多应 用需要具有至少150并且优选地至少165的高接触角的疏水涂层。这类涂层称为超疏 水涂层。

[0039] 如本文所使用,术语"接触角"或"静态接触角"称为去离子水的静态液滴与液滴 所处的平坦水平面之间的角度。在液体/蒸汽界面遇到固体表面时,接触通常使用液体来 测量,并且通过液体来量化固体表面的可湿性。接触角越高,表面与液体之间的疏水相互作 用越大。滑动角或滚落角被定义为样品表面与在重力的影响下液滴在其上开始滑动离开样 品表面的水平面之间的角度。如果液体完全铺开在表面上并且形成薄膜,则接触角是零度 (0 )。随着接触角增大,抗润湿性增大,接触角增大至理论上的最大值180时,液体在表 面上形成球形滴。术语"防湿"用来描述对特定参考液体具有高抗润湿性的表面;"疏水"是 用来描述其中参考液体是水的抗润湿表面的术语。接触角越高,表面与液体之间的疏水相 互作用就越大。

[0040] 如本文所使用,术语"防湿"和"疏水"指代与参考液体产生大于90的接触角的 表面。由于润湿行为部分地取决于参考液体的表面张力,所以给定表面对于不同的液体可 以具有不同的抗润湿性(且因此形成不同的接触角)。

[0041] 如本文所使用,术语"基底"并不被构造为限于任何形状或尺寸,因为其可以是具 有至少一个表面的抗润湿性有待改变的一层材料、多个层或块体。

[0042] 如本文所使用,术语"疏水"的特征在于对于水的接触角大于90,这意味着水滴 不会润湿表面。

[0043] 如本文所使用,术语"超疏水性"指代在室温下对于去离子水的接触角等于或大于 150,并且"自清洁"指代滑动角小于5。

[0044] 液滴的滚动和杂质颗粒的去除取决于表面的疏水性和不同的微观结构所导致的 表面的粗糙度两者。莲属植物由于叶面被小的纳米尺寸的突出、凸起或隆脊覆盖而呈现出 自清洁性质。这类表面由于纳米尺寸的不规则物而呈现出超疏水特征,其导致水滴的接触 角超过150并且滚落或滑动角小于10。因此它们通常被称为呈现出"荷叶效应"。 [0045] 如本文所使用,术语"荷叶效应"是最初在荷叶上观察到的自然发生的效应,并且 其特征在于具有随机的粗糙表面和低接触角滞后,这意味着水滴不能润湿穗状花序之间的 微观结构空间。这允许空气留在结构内部,从而产生由空气和固体组成的异质表面。因此, 水与固体表面之间的黏合力超低,从而允许水容易滚落,并且提供"自清洁"现象。

[0046] 莲属植物由于叶面被细小的纳米尺寸的突出、凸起或隆脊覆盖而呈现出自清洁性 质。表面由于自身纳米尺寸的不规则物而呈现出超疏水特征通常被称为呈现出"荷叶效 应"。利用涂覆在表面上的纳米尺寸的不规则物的超疏水涂层形成抗润湿并且抗灰尘和污 染物的粘附的高接触角。

[0047] 荷叶效应是能够产生超疏水表面的熟知技术。有趣的是,那些表面由天然地不疏 水的纳米颗粒构成。疏水性质是由于纳米尺寸(nanoscale)。重要的是,纳米颗粒使得能够 产生超疏水表面。同样重要的是,纳米颗粒提供了急剧减少可供灰尘接触的表面积的纳米 结构表面。

[0048]如本文所使用,术语"涂层"意味着涂覆在基底的部分或所有暴露表面的沉积层。[0049]如本文所使用,术语"吸附原理"基于以下事实:涂层薄膜由于溶剂的蒸发而固化, 并且纳米颗粒稳固地吸附在基底表面上以按照产生较高接触角和防水性的所需设定性质 发挥作用。

[0050] 本发明的实施例提供一种超疏水涂层组合物,所述涂层组合物是用于玻璃、金属 和塑料以及汽车漆面,可手动分配并且可以容易涂覆到许多基底上的高度耐用的超疏水透 明涂层。此外,本发明的超疏水涂层是用户友好的,因为涂布在室温下发生,并且可以由正 常的手动喷涂的方法来涂覆。所述涂层的实施例在30分钟内干燥,并且产生以备用的超疏 水效应。在诸如太阳能板、风力涡轮机表面、家用部件、金属涂布的家具、船舶设备零件、海 上运动设备(如快艇挡风玻璃)、汽车挡风玻璃、汽车塑料部件、汽车车身以及航空航天应 用的各种应用中,所述涂层有助于排斥水滴、露滴以及尘粒。

[0051] 本发明的实施例提供了包括疏水剂、粘结剂或蚀刻化学品的超疏水涂层组合物。 超疏水涂层组合物可以进一步包括溶剂。在某些其他实施例中,超疏水涂层组合物可以进 一步包括溶剂和表面添加剂。

[0052] 在一个实施例中,超疏水涂层组合物可以包括二氧化硅或钛的有机改性的纳米颗 粒作为疏水剂,以及聚氨酯作为粘结剂,所述聚氨酯由作为基体的多元醇和作为硬化剂的 异氰酸酯形成。超疏水涂层组合物可以进一步包括溶剂,所述溶剂可以包括二甲苯、乙酸丁 酯、甲苯或乙酸乙酯。组合物可以进一步包括表面添加剂,所述表面添加剂可以是硅酮改性 的聚丙烯酸酯。

[0053] 根据本发明的涂层组合物如同荷叶一样排斥水并且提供约160的接触角和约 2的滑动角。根据本发明的超疏水涂层可以基于吸附化学途径或基于反应化学来制备。

[0054] 因此,在本发明的一个实施例中,涂层组合物基于吸附化学,并且涂层组合物包括 粘结剂和作为填充物的疏水剂。

[0055] 在一个实施例中,粘结剂包括聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸、聚酯或硅酮树 脂等。通常,粘结剂以〇. 1至10重量份数的量添加,在其他实施例中,以约〇. 5至7重量份 数的量添加,并且在其他实施例中,以约〇. 1至5重量份数的量添加。

[0056] 在一个实施例中,粘结剂可以是聚氨酯。粘结剂可以是包括聚酯多元醇树脂作为 基体和预聚异氰酸酯作为硬化剂的双组份体系。粘结剂的一个成分包括聚酯多元醇基体树 脂和疏水纳米颗粒的复合物,并且另一个成分包括硬化剂树脂。

[0057]

[0058] 如本文所使用的聚氨酯(PU)可以被定义为由有机单元链接合氨基甲酸酯(尿烷) 链所构成的聚合物。聚氨酯聚合物通过将异氰酸酯与多元醇反应来形成。用来制造聚氨酯 的异氰酸酯和多元醇每个分子均含有平均两个或更多个官能团。

[0059] 如本文所使用的多元醇可以被定义为具有可用于有机反应的多个羟基官能团的 化合物。具有两个羟基的分子是二元醇,具有三个羟基的分子是三元醇,并且具有四个羟基 的分子是四元醇,以此类推。诸如甘油、季戊四醇、乙二醇和蔗糖的单体多元醇通常用作聚 合多元醇的开始点。聚合多元醇通常用来产生其他聚合物。聚合多元醇与异氰酸酯反应以 制造聚氨酯。聚合多元醇通常是聚醚或聚酯。常见聚醚二醇是聚乙二醇、聚丙二醇和聚(四 亚甲基醚)二醇。聚醚多元醇占工业上使用的聚合多元醇的约90% ;其余是聚酯多元醇。 根据本发明的反应性多元醇具有羟基功能性,其在与理想配比过剩的聚异氰酸酯反应时提 供NCO封端的聚氨酯预聚物。本文有效的适合的多元醇说明性地包括具有分子量从850到 3000的聚酯多元醇,及其组合。多元醇通常以约0. 1至5重量份数的量存在于预聚物组合 物中,在其他实施例中以约〇. 5至3. 5重量份数的量存在,甚至更优选地以约0. 1至2. 5重 量份数的量存在。

[0060] 本文所使用的异氰酸酯可以是二异氰酸酯或者是每分子具有两个或多于两个的 高反应性异氰酸酯的-N=C= 0部分的聚异氰酸酯。聚异氰酸酯包括具有至少两个异氰酸 酯组的任何适合的异氰酸酯,所述异氰酸酯组说明性地包括脂肪族_、芳香族_、脂环族_、 芳基脂肪族_、芳基烷基_、烷基芳香基-异氰酸酯,CTDI)甲苯二异氰酸酯,(HDI)环己烷二 异氰酸酯,及其混合物。本文实施中的适合的异氰酸酯官能单体说明性地包括HDI等以及 其混合物。异氰酸酯单体通常以约〇. 1至5重量份数的量存在于预聚物组合物中,在其他 实施例中以约0. 5至3. 5重量份数的量存在,甚至更优选地以约0. 1至2. 5重量份数的量 存在。

[0061] 如以上所示的聚氨酯化学品是基于异氰酸酯组与含有活性氢的化合物的反 应。-NCO部分将容易地与附着到比碳负性更强的原子上的氢原子反应。此聚合反应将形成 聚氨酯结构的三维网络。基体多元醇树脂与硬化剂的优选比率是约1:1。

[0062] 在一个实施例中,疏水剂包括二氧化硅或钛的有机改性的纳米颗粒。在某些实施 例中,疏水剂以0. 1至10重量份数的量存在,优选地以0. 1至7重量份数的量存在,并且更 优选地以0. 5至4重量份数的量存在。

[0063] 在一个实施例中,有机改性的二氧化硅纳米颗粒(OMSP)被用作疏水剂,其在实现 超疏水性方面起到重要作用。这些纳米颗粒优选通过使用聚二甲基硅氧烷基进行表面处 理。纳米颗粒为配制剂赋予超疏水性。疏水纳米颗粒在超声处理下分散在聚酯多元醇树脂 中。颜料颗粒的颗粒尺寸范围优选地在约20nm至500nm,并且更优选地为IOnm至500nm〇 聚酯多元醇树脂和OMSP的浆料与预聚异氰酸酯硬化剂根据化学计量比例进一步混合。此 聚酯多元醇树脂包括OH基,并且聚氨酯硬化剂包括在链中的NCO基,它们彼此化学反应以 形成聚合物网络。OH基增强锚定趋势(anchoringtendency)以及与基底的粘合强度。 [0064] 在某些实施例中,超疏水涂层组合物可以进一步包括表面添加剂,所述表面添加 剂可以是羟基官能化硅酮改性的聚丙烯酸酯。这可以定向到涂层表面中并且由于其OH-功 能性而交联到聚合物网络中,这增进了灰尘释放和便于清洁。通常,表面添加剂以0. 1至8 重量份数的量添加,在其他实施例中以〇. 5至5重量份数的量添加,并且在其他实施例中以 0. 1至3重量份数的量添加。

[0065] 涂层组合物可以进一步包括溶剂。所述溶剂可以优选地选自二甲苯、乙酸丁酯、甲 苯或乙酸乙酯。溶剂有助于涂层体系达到从喷枪转移到基底表面,并且改进了流变和流平 性质。通常,溶剂以75至94重量份数的量添加,在其他实施例中以约80至90重量份数的 量添加,并且在其他实施例中以约85至94重量份数的量添加。

[0066] 上述涂层组合物提供了疏水性的增加,改进基底润湿、流平、表面滑移、防水性 (防白性(blushresistance))、防堵性质以及耐气候性。还可以使用添加剂来改进抗涂鸦 性质。

[0067] 以下提供疏水涂层组合物的实施例:

[0068] 配制剂A包括:0. 1至10份的粘结剂;0. 1至10份的疏水剂;0. 1至8份的表面添 加剂以及75至94份的溶剂。配制剂A是低成本配制剂的双组份(twopack)涂层体系,其 具有极好的柔软性和基底(如ABS塑料和铝)上的黏合值。已经观察到,配制剂A对湿磨 损试验展示出良好的耐久性。

[0069] 本发明的实施例提供了一种用于制备超疏水涂层组合物的过程,其包括以下步 骤:

[0070] -通过搅拌(约800rpm,约5分钟)将多元醇树脂溶解在80 %的溶剂中来制备基 体树脂溶液

[0071] -在搅拌下(约800rpm,约5分钟)将表面添加剂添加到树脂溶液

[0072] -在超声处理下(振幅约20%,时间:约4分钟)将疏水纳米颗粒和剩余的20% 溶剂添加在同一溶液中

[0073] 以及

[0074] -将硬化剂(以硬化剂与基体的1:1重量比)添加到基体溶液并且完全混合持续 约2分钟

[0075] 这样制备出的溶液可以通过喷涂方法来涂覆在基底上。涂层薄膜由于化学交联而 固化,并且被稳固地吸附在基底表面上以按照以下所需设定性质发挥作用:产生较高接触 角和斥水性。这称为化学吸附路线,因为其基于以下事实:涂层薄膜由于化学交联而变得固 化,并且被稳固地吸附在基底表面上以按照产生较高接触角和斥水性的所需设定性质发挥 作用。整个体系也称为2K(聚酯多元醇-聚氨酯)涂层的双组分体系。

[0076] 在本发明的另一个实施例中,可以通过反应化学来制备涂层组合物,并且所得的 涂层组合物在接触角和滚水效应、滑动角、透明度以及对湿磨损的耐久性方面呈现出极佳 的结果。因此,超疏水涂层组合物包括硅氧烷和各种硅烷作为溶剂和疏水剂来产生荷叶效 应。根据本实施例的涂层组合物产生5uL水滴下的约160的接触角和14uL水滴下的约 2的滑动角。根据本实施例,本发明的涂层组合物提供包括疏水剂、蚀刻化学品和溶剂的 配制剂。

[0077] 在一个特定实施例中,可以使用硅烷作为疏水剂。硅烷被吸附在通过蚀刻化学品 的作用形成于表面上的凹陷和突出上,并且使得表面变为超疏水表面。

[0078] 如本文所使用的术语"硅烷"被定义为仅由氢和硅原子构成并且唯一地通过单键 键合的饱和化合物。每个硅原子具有4个键(Si-H或Si-Si键),并且每个氢原子与硅原 子连接(H-Si键)。一系列键合的硅原子称为硅骨架或硅骨干。硅原子的数量用来定义硅 烷(例如,Si2-硅烷)的尺寸。甲硅烷基是官能团或侧链,其如同硅烷一样,仅由单键硅和 氢原子构成,例如甲硅烷基(-SiH3)或乙硅烷基。最简单的可能硅烷(母体分子)是硅烷 SiH40

[0079] 如本文使用的硅烷可以是化学式Y-R-Si- (R1)m(-OR2)3ni (2)的有机官能硅烷,其中 Y是羟基或者伯氨基或仲氨基,并且R1和R2是相同或不同的、一价的、可选择地取代的烃基, 其包括1-12个碳原子并且可以穿插有杂原子。本文实施中的硅烷说明性地包括芳香族硅 烧或烷基硅烷。烷基硅烷可以包括诸如甲基硅烷的直链烷基硅烷、氣化烷基硅烷、^经基娃 烧、支链和环烷基硅烷等。

[0080] 通常,疏水剂以0. 05至20重量份数的量添加,在其他实施例中以约0. 01至10重 量份数的量添加,并且在其他实施例中以约〇. 5至4重量份数的量添加。

[0081] 蚀刻化学品用作表面蚀刻剂,并且其是本发明的这个特定的实施例的主成分之 一,其通过将表面与基底表面上的亲水基反应来处理表面,并且被吸附在表面上。在一个实 施例中,蚀刻化学品可以选自如硫酸、磷酸、氯硅烷等的化合物。超疏水涂层组合物包括含 有蚀刻化学品的硅烷,并且可以包括选自由氯硅烷、二氯硅烷、四氯硅烷和三氯单甲基硅烷 构成的群组的一种或多种蚀刻化学品。蚀刻化学品可以0. 05至10重量份数的量添加,在 其他实施例中以约0. 05至6重量份数的量添加,并且在另一实施例中以约0. 05至3重量 份数的量添加。

[0082] 根据实施例的溶剂可以选自硅酮油群组(范围可以在2至10厘斯),并且优选地 是无环和/或环状二甲基硅酮油。溶剂用作体系的载体。在某些实施例中,溶剂以70至 99. 8重量份数的量添加,在其他实施例中以约80至95重量份数的量添加,并且在另一实施 例中以约85至95重量份数的量添加。以下提供根据本实施例的涂层组合物:

[0083] 以下提供用于配制剂B的根据本实施例的优选疏水涂层组合物:

[0084] 配制剂B:

[0085] 蚀刻化学品0• 05至10份

[0086] 疏水剂0• 05至20份

[0087] 溶剂70至99. 8份

[0088] 实施例提供用于制备超疏水涂层组合物的过程,包括以下步骤:将溶剂与蚀刻化 学品混合持续约1分钟并且随后添加疏水剂,并将其混合再持续约5分钟。

[0089] 制造配制剂B时涉及以下过程步骤和参数:

[0090]-将溶剂放入锅中并且开始搅拌(约300rpm)

[0091] _在无水分条件下将蚀刻化学品添加到锅中并且继续搅拌持续约1分钟(锅通过 氮气吹扫以使得其不含水分)

[0092] -将疏水剂添加到锅中并且继续搅拌再持续3分钟

[0093] 配制剂B随后进行到在无水分条件下包装。根据本发明的一个方面,在蚀刻玻璃 的过程之后可以将氟硅烷与玻璃表面进行反应。

[0094] 配制剂B被涂布在各种基底上,如铝、玻璃、ABS塑料和汽车零件的漆面。所有涂 层涂覆都是在室温下进行。涂层的表面可以用酒精来彻底地冲洗以洗掉过剩的疏水剂,这 有助于减少干燥时间。在一个实施例中,可以使用100%乙醇或100%甲醇,或者可以使用 80%乙醇与20%甲醇的混合物作为对于纯甲醇和乙醇的替代。

[0095] 如上所述的过程可以进一步包括添加对于涂层组合物的其他常规添加剂的步骤 和添加本文未明确陈述的其他次要或可选成分的步骤。

[0096] 根据改进的ASTMD2486用单个刮片执行耐久性试验。观察到配制剂A和B比市 售样品更好。还观察到,对于2个刮片和3个刮片的耐久性试验期间的性能比市售样品更 好。观察到的结果如下:

[0097] 超疏水涂层在-30 C到+70 C的宽的温度范围内稳定。

[0098] 在配制剂B中产生"荷叶效应",并且建立160度的接触角连同2的滑动角,其中 透明度为99%。通过图1中引用的比较性能细节,观察到配制剂B就性能而言极佳。

[0099] 由于配制剂B基于反应化学配方,所以与市售样品相比,观察到耐久性因素非常 高并且在湿磨损试验中持续超过14, 000刮擦循环。

[0100] 配制剂B是用户友好的并且可以通过喷涂的方法来容易地涂覆。观察到涂层以及 配制剂B在-30C到+70C稳定。薄膜的固化时间范围是15分钟到1小时持续时间。

[0101] 图2A示出用于配制剂A的涂层薄膜上的5yL水滴的接触角(CA143. 4 )并且 图2B是用于配制剂B的涂层薄膜上的5yL水滴的接触角(CA160 )。

[0102] 图3至5示出透明涂层如何使得水形成为水滴并且从玻璃、铝、ABS、塑料和油漆面 板的表面滚落或弹落。

[0103] 通过反应化学形成使得涂层99%透明(根据UV光谱仪试验),并且通过吸附化学 使得涂层73%透明。

[0104] 表1提供关于配制剂A和B与Aquapel(市售样品)之间比较的试验结果,并且图 1中也示出所述试验结果。

[0105] 表 1

[0106]

[0107] 在本发明的配制剂的实施例呈现与市售样品相比的优点中包括:

[0108] a)本发明的超疏水涂层是用户友好的并且可以在涂覆之前用简单的表面清洁来 涂覆,不需要繁琐的表面制备,如等离子体或电晕处理,

[0109] b)涂层可以在任何环境温度下通过简单的喷涂来涂覆,而不需要强制干燥。

[0110] C)由于产品配方反应性地耦合到玻璃、塑料和金属表面,所以即使在湿磨损条件 下也增加耐久性。

[0111] d)根据UV光谱仪,本发明的涂层是约99%透明

[0112] e)发现就接触角和滚水效应而言的耐久性极佳,即使在持续暴露于流水5个小时 之后并且在使得涂层经受湿磨损试验之后也极佳。

[0113] f)此超疏水配方能够在包括塑料和金属的多种基底上引入荷叶效应,从而提供存 在水接触问题的庞大的涂覆基体。

[0114] 此说明书中提及的任何专利或公开以引用的方式并入本文,就如同每个单独的公 开被特别且单独地指示为通过引用的方式并入。

[0115] 以上描述说明本发明的特定实施例,但是并不旨在对其实践进行限制。以下权利 要求(包括其所有等同内容)旨在限定本发明的范围。

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International ClassificationB08B17/06, C09D175/04, B82Y30/00, C09D7/12, B82Y40/00
Cooperative ClassificationC09D7/1225, B82Y30/00, C09D175/04, C09D7/1275, B82Y40/00, C09D5/00, C09D7/1266
Legal Events
DateCodeEventDescription
25 Nov 2015C06Publication
23 Dec 2015C10Entry into substantive examination