[发明专利]用全氟化合物作为防污剂的表面涂层

说明书

技术领域

本发明涉及全氟化合物作为表面涂层用于防止污垢形成的用途。

本发明还涉及用于制备能够阻止污垢形成的表面涂层的方法，所述方法包括施加全氟化合物的极性溶剂，随后在受控温度下进行热循环。

背景技术

材料在其应用的多种领域中的性质通常取决于表面和界面状况。多种性质（如可湿性和摩擦系数）与任何给定基底的显著特征紧密关联，其还说明基于质量组成，界面的第一原子层在它们的组成和结构上与所期望的十分不同，但是正是这些特性决定了给定材料的表面性质。因此，已经进行了各种尝试以通过用于外部修饰表面（使用各种符合必要规定的涂层）和用于内部修饰（通过直接作用于材料的微观结构）的技术手段来控制和管理材料的表面特性。使用涂层进行表面修饰是近年来已经广泛应用的操作，因为特别是基于特定应用设计的新材料的开发需要更加耗时耗力的过程，其不能由预期的结果证明。然而，通过使用涂层有可能仅修饰（改性）表面，而不以任何方式影响所考虑的材料的质量性质（主体性质，mass properties）。

此外，有时已经认识到污垢问题，换言之“污染”或“结壳”问题，广泛存在于多个工业领域并在设备（例如热交换器、存储器、管道和容器外壳）的成本和维护费用方面导致非常严重的损失。术语“污垢”是指活的生物体（生物污垢），不论动物还是植物，或其他物质在硬表面上积累和沉积的现象。更具体地，其涉及覆盖浸没在水中和海洋环境（海洋污垢）中的物体表面的结壳作用，如船舶外壳、由石头、金属或木材制造的物品和直接被海水浸湿的混凝土结构。这是由于微观生物和其他动物或植物有机体的作用，它们在结构的浸没部分上产生。结垢也是催化剂失活的原因。通常，通过使用具有杀生物作用的防结垢涂料来消除生物结垢，然而，最近响应于最新的立法，开发了解决结垢问题的非杀生物性方法。在工业设备领域（例如，在化学工程领域），术语结垢是指用于运载流体的管道内壁（或内部化学装置）的逐渐污染（例如由悬浮在液体中的颗粒的钙质结壳作用或沉积导致的）。结垢过程对热交换不利，因此降低了整体热交换系数，并且在最严重的情况下可以导致管道膨胀或爆裂。结垢还改变了管道的粗糙度并因此增加流体受到的压降。影响结垢的因素包括流体的温度（水中氧化钙形成的过程在高温下加速）和流体的其他化学和物理性质（如水的硬度），同时管道和/或装置的几何形状（例如，存在弯曲或缩颈）也起到重要作用。

迄今为止，已经考虑了多种操作方法和不同的实施过程以试图解决结垢问题。已经尝试通过仔细选择管道材料或通过增加流速来阻止污垢的形成。如果不可能通过上述对于构造的排布消除或减少污垢形成，有可能使用通常有侵蚀性的步骤和/或产品通过机械或化学清洗来去除沉积物。因此，明显地，现有技术并未提供能够阻止污垢形成的任何简单解决方案。

附图说明

图1：涂覆的金属表面的XPS分析

图2：涂覆的玻璃表面的XPS分析

图3：涂覆并老化的金属表面的XPS分析

图4：涂覆的金属表面的IR分析

图5：涂覆的金属表面的SEM分析

图6：涂覆的金属表面的SEM分析和化学分析

发明内容

因此，在特定条件下在可以提高其性能的涂层存在下对于一些金属，特别是钢的性能研究是令人希望的。目标是在碳钢和不锈钢（AISI304和AISI316）的样品上形成非常薄的涂层或覆盖物（以纳米尺度），以便在各种类型结垢，尤其是沉淀结垢存在下优化这些材料的性能。

本研究的目的是避免钢与有害沉淀物的任何相互作用以及有助于样品表面的洗涤。因此，目标是优化某些参数，如涂层的疏水性、对基底的粘着力和在腐蚀性操作条件下的耐久性。

我们的目标是研究可以为钢基底提供抗结垢的良好保护的保护涂层，对于生产成本具有持续性影响，该目标是优化成本和处理效率。

令人惊奇地，已经发现一些全氟化合物可以成功地用作用表面涂层用来阻止污垢形成。

根据本发明术语“表面”是指金属表面，如碳钢或合金钢、不锈钢或双相不锈钢、镍及其合金、铜及其合金、铝及其合金、钛及其合金、或玻璃表面、塑料材料、或塑料织物或纤维和/或它们的衍生物。

因此，本发明提出至少一种全氟化合物作为防污剂的用途。

全氟化合物具有至少一个，或优选地两个能够与不同表面特异性相互作用的官能团。这样的官能团可以是酰胺、磷酸盐和/或硅烷，优选硅烷。