[发明专利]疏水涂层

说明书

发明领域

本发明涉及用于施加到表面上以在其上产生疏水涂层的组合物的制造。本发明特别涉及包含水解硅烷的这种组合物。

发明背景

干旱、不良灌溉和管道系统不足仅是造成某些地区缺水的一些原因。缺水会造成严重的社会问题，如健康问题，这是在缺乏足量水时清洁应用不足的直接后果。

已经努力用有限量的水清洁表面。实际上，已经研究了试图模拟荷叶表面的表面清洁。例如，已经使用芋头叶作为可表现出荷叶效应的聚苯乙烯结构的模板。这种结构可用于具有超疏水性质的涂层。具有难润湿表面的制品，即具有疏水表面的制品因此是合意的，因为它们在存在低量水时具有自洁性质。此外，在施加后，这种涂层产生使清洁对消费者而言更容易和快捷的表面。

尽管疏水，尤其是超疏水表面是合意的，但产生这种表面的组合物难以制造并可能产生表现出不良自洁的表面——这是例如它们的特征接触角太低和/或它们的特征滑动角太高的直接后果。此外，没有给出生成不改变处理过的表面的外观的超疏水涂层的可靠方法。

越来越有兴趣开发产生表现出对水的高接触角和/或低滑动角的表面的疏水涂层。

US 6,210,750（SAMSUNG CORNING CO LTD）公开了通过一种方法制成的拒水玻璃，所述方法包括：(a) 通过使烷氧基硅烷在有机溶剂中在碱性条件下在水存在下水解和缩聚，制备胶体二氧化硅悬浮液，然后在酸性条件下处理该胶体二氧化硅悬浮液，以获得含有交联球形二氧化硅粒子和线性聚硅氧烷的二氧化硅分散体，(b) 将二氧化硅分散体与由乙酸和醇构成的混合溶剂合并以获得涂料组合物，(c) 在玻璃基底的表面上施加该涂料组合物以由其形成二氧化硅层，(d) 热处理该二氧化硅层以在玻璃基底上提供二氧化硅膜，和(e) 在该二氧化硅膜上施加拒水剂以提供拒水玻璃。

在上述公开中，在涂布二氧化硅膜后，教导了施加热和表面改性处理（例如通过碳氟化合物的表面缩合）的附加步骤以实现所需拒水性。

本发明人已经认识到，需要生成不改变它们在其上施加的表面的外观的涂层。此外，本发明人已经认识到，需要生成这种涂层并可由易得和/或安全的材料配制的组合物，以使消费者可以在家中使用该组合物。

试验和定义

疏水性

“疏水”对本发明而言用于描述被油吸引并倾向于被油溶解（优先于水）的分子或分子部分或具有大于90o的水接触角和/或小于45o的滑动角的表面。本文所用的“高疏水（ultrahydrophobic）”是指具有大于110°的水接触角和小于45o的滑动角。本文所用的“超疏水（superhydrophobic）”是指具有至少140°的水接触角和小于20o的滑动角。本文所用的接触角是指在25℃的温度下水/蒸气界面与固体表面会合的角度。可以用测角仪或其它水滴形状分析系统测量这种角度。本文所用的滑动角是指使10微升水滴在25℃下滑动的表面倾斜角。

低聚物

“低聚物”对本发明而言是指由几个单体单元，例如2至100，更优选2至60个单体单元构成的分子。

水解

“水解”对本发明而言是指与水反应。“可水解”在本文中是指该化合物可与水反应。“水解的”是指该化合物是另一化合物（前体）与水的反应产物。可方便地使用光谱法，如傅里叶变换红外（FTIR）和/或核磁共振（NMR）谱法测定可水解硅烷的水解程度（参见例如A. Beganskiene等人, “FTIR, TEM and NMR Iinvestigations of St?ber Silica Nanoparticles”, Materials Science (MED?IAGOTYRA), 2004, 10, 第287-290页；或D.L. Green等人, “Chemical reaction kinetics leading to the first Stober silica nanoparticles – NMR and SAXS investigation”, Journal of Non-Crystalline Solids, 2003, 315, 第166-179页；这两个文献都全文并入本文作为参考）。

pH

本文中提到的pH值在25℃下测量。