[发明专利]一种不需要全氟化合物或不包含任何氟元素的超疏水气凝胶

说明书

政府权利

本发明根据Sandia公司与美国能源部之间的DE-AC04-94AL85000号协议所开发，并由美国空军科学研究局授予的FA9550-06-C-0033进行资助。美国政府在本项发明当中具有一定的权利。

相关申请

本申请要求美国临时专利申请序列号61/077,145的优先权，其申请于2008年6月30日，在此参考引用其全部内容。

技术领域

本发明的主题是关于保护性涂层，并且更具体地是超疏水涂层。

背景技术

近些年来，据估计防务相关的腐蚀花费大于美国每年总体防务开支的大约7％，并且所估计的腐蚀相关花费的大约20％包含刮擦和重新油漆钢铁结构。由于阻止钢铁腐蚀的花费惊人，开发优于传统涂料的多功能涂料有巨大的需求。例如，排斥水的超疏水表面的制备在金属部件的腐蚀抑制领域，以及在衣物的化学和生物制剂保护领域中，和许多其它应用当中有着巨大的机会。为获得耐腐蚀材料尝试了许多不同的办法。例如，在金属部件上形成双层涂层从而制备出一种耐腐蚀材料。双层涂层可以包括疏水的底层和疏水或超疏水的面层，用于阻止水和/或盐离子穿透涂层的表面。尽管如此，多数的超疏水涂层含氟，而氟可能是非环境友好的并且其制造可能也并非是成本有效的。

因此，有必要克服这些及其它现有技术当中的问题并提供一种坚固并廉价的不含氟的超疏水涂层。

发明内容

根据各种具体实施方案，提供一种制备超疏水涂层的方法。该方法可以包括提供一种采用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成的超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，其中聚硅酸酯凝胶可以包括具有表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙，并且其中流体被置于所述多个孔隙中，该流体包括第一溶剂，烷氧基硅烷酸催化水解的一种或多种反应产物，和未反应的原料。这种方法也可以包括用第二溶剂替代存在于聚硅酸酯凝胶的多个孔隙当中的第一溶剂，其中第二溶剂是与第一溶剂不混溶的，并且采用硅烷化试剂对表面官能团衍生从而形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶。此方法可以进一步包括由表面衍生的聚硅酸酯凝胶在第三溶剂中形成涂料溶液并且施加涂料溶液至基底表面形成超疏水涂层。

依照各种不同的实施方案，提供一种超疏水器件，其包括基底元件和配置到基底元件表面上的一个或多个超疏水涂层，其中至少一个所述一个或多个超疏水涂层具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。一个或多个超疏水涂层可以包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。

依照其它实施方案，提供了一种包含表面的制品，其表面包括至少一个区域，超疏水涂层置于此至少一个区域上，其中超疏水涂层可以具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。超疏水涂层可以包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。

实施方案当中的其它优点将在接下来的描述当中被部分地列出，部分地在描述当中很明显，或可能在本发明的实践当中才体会到。这些优点将通过特别是在所附权利要求当中所指出的基本要素及组合实现和得到。

在前的总体描述和接下来的具体描述应当被理解为只是示例性的和说明性的，而且并不作为对本发明的限制，如所声称的那样。

伴随的附图，插入并组成说明书的一部分，与文字描述一起来阐明本发明的实施方案，用于解释本发明的原理。

附图说明

图1表示按照本教导制备超疏水涂层的方法。

图2图示说明了按照本教导制备的示例的超疏水涂层的部分横截面。

图3图示说明了按照本教导制备的示例制品的部分横截面。

实施方案说明

本发明的实施方案将被详细提及，具体实例如伴随的附图中所说明的那样。只要有可能的话，对所有附图，同一标记编号表示相同或类似部件。