[发明专利]包含离子含氟聚合物和表面荷电的纳米粒子的复合物的基板涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括基板和位于该基板上且包含离子含氟聚合物和表面荷电的纳米粒子的涂层的制品，以及涉及一种制备这种涂层的方法，还涉及该涂层在提高基板的多种性能方面的用途。

背景技术

已知涂布基板是为了赋予涂布的基板所需的性能，例如防水性、耐化学品性、阻燃性(fire retardance)等。然而，目前为止，大多数的概念和涂层仅关注特定性能的提高，而没有考虑赋予基板所需的多种性能以及调节并使这些性能平衡。

例如，将聚酯和/或聚氨酯涂层涂布在膨体聚四氟乙烯(ePTFE)(expandedpolytetrafluoroethylene)基板上以提高对化学品(例如包含在防晒液体、化妆品中的化学品)的耐污染性(US 4,194,041和US 6,074,738)。然而，这些涂层并没有使涂层的其它重要的性能(例如，阻燃性、亲水性、空气渗透性等)最优化。此外，如在EP 615,779中所披露，基于非离子的全氟聚醚类的涂层已经用于改进微孔聚合物基板的疏油性。

对于涂布剂而言，进一步要求其必须具有对基板良好的粘附性从而使其永久发挥功能，而且其不影响或者仅仅很小程度地不利地影响聚合物的固有的性能。

例如，在将微孔聚四氟乙烯(PTFE)膜用于液体过滤的情况下，涂层不能被容易地洗去，并且其不能损害流经孔的流体流。

此外，基于许多基板，特别是氟化的聚合物基板的惰性和低表面能，已知非常难以用离子或带电粒种(ionic or charged species)涂布这些基板的表面，例如，微孔ePTFE。这些基板对离子或带电粒种的粘附性差导致不能应用于许多工业用途。这就意味着在不进行任何化学表面处理(如蚀刻、辐射、激光处理、等离子体活化和/或超临界CO₂预处理)，通常不可能直接且永久地将聚离子(如本征导电聚合物、金属离子、有机离子、荷电的微粒子、盐或其它物质)涂布在这些表面上。然而，特别地，如果将这些化合物涂布在基板上，可以预期这些化合物能赋予特定的性能。

另外，专注于直接对表面进行改性的这些方法(例如蚀刻、等离子体或电晕处理、辐照等，开发这些方法以提高它们的粘附力)对基板具有破坏性且伴随着基板表面脱氟并降低含氟聚合物基板的机械强度。如果基板较薄，基板的机械强度甚至可以进一步降低至基板不能承受表面改性条件的程度。

发明内容

本发明的目的是提供用于聚合物基板的涂层，该涂层可以赋予基板广泛的性能并能够调节这些性能，特别是可以制备具有良好透气性、阻燃性和抗静电性的基板。同时，所述涂层应该对基板具有良好的粘附性、应该易于制备和涂布，并且应该能够平坦和均匀地分布在基板上。

本发明的另一目的是提供位于基板上且包含离子或带电粒种的涂层，通常该基板难以用这些物质进行涂布。

已经惊奇地发现可以通过在聚合物基板上形成涂层实现上述目的，所述涂层包含以复合物形式存在的两种组分，两种组分别为：离子含氟聚合物，即，包含离子基团的氟化聚合物；以及带有与含氟聚醚的离子基团相反的离子电荷的反荷离子试剂，该反荷离子试剂包含表面荷电的纳米粒子。

因此，本发明提供了包括绝缘基板和涂布在其上的涂层的制品，该涂层包含离子含氟聚合物和含有表面荷电的纳米粒子的反荷离子试剂的复合物。

根据本发明的制品可以提供改善的性能。已经惊奇地发现应用本发明可以提高并调节基板的许多不同的性能。根据性能，特别是包含表面荷电的纳米粒子的反荷离子试剂的性能，可以赋予并调节基板的，例如，防热和防爆性(heat and flame protection)、抗静电性、亲水性、疏水性和/或抗菌性。

此外，反荷离子试剂和离子含氟聚合物的组合，以及这些组分形成的复合物导致形成不溶的、耐久的涂层，特别是在含氟聚合物的表面上形成薄层。也就是，本发明使得离子粒种(ionic species)与含氟聚合物表面持久地结合。

由于在涂布前无须对基板进行预处理，本发明允许以非降解的方式对基板功能化。因而可以提供具有额外功能的非常薄的膜，而不损害其机械性能。

又一方面，本发明允许以通过其传输气体和液体的方式可以保持多孔膜的功能。

而且，当使用微孔基板时可以容易地调节制品的空气流动性(air flowproperties)，并且可以调整制品以提供防油等级(oil rating)与同时减少的水吸收的独特的平衡。

在PTFE和ePTFE基板的情况下，特别有利地，所述涂层显示出优异的粘附性和成膜性。