[发明专利]具有改良的耐久性的透明疏水性涂覆材料及其制备方法

说明书

本发明提供了用于玻璃基材、金属基材或者塑料基材的耐用的、透明的、无机‑有机杂化的疏水性涂覆材料。所述涂覆材料通常是由有机聚硅烷(例如，通过氨基甲酸酯键用硅烷官能化的多元醇或者通过脲键用硅烷官能化的多胺，诸如，异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷或者异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷)、无机金属醇盐(例如，硅醇盐，诸如，四乙氧基硅烷或者四甲氧基硅烷)和氟硅烷(例如，(3,3,3‑三氟丙基)三甲氧基硅烷或者九氟己基三甲氧基硅烷)组成的酸催化的缩合反应产物。

政府权益

本发明是在由美国海军空战中心授予的合约号为Nos.N68335-10-C-0523(2765.01)和N68335-12-C-0117(2675.02)的政府支助下进行的。政府享有本发明的某些权益。

技术领域

本文公开的实施例通常涉及涂覆材料，尤其涉及透明和疏水性的涂覆材料。根据本文公开的实施例，所述涂覆材料展现出改良的对磨损和侵蚀环境的耐久性。

背景技术

在诸如汽车或飞机挡风玻璃表面上的甩水性(watershedding)会影响司机或飞行员在恶劣条件下在操作过程中的视野。增强表面甩水能力的常用方法是进行降低挡风玻璃表面能的疏水性表面处理，从而引导水在挡风玻璃表面上形成水珠(bead up)和滚落。各种类型的表面处理，例如，蜡、疏水有机硅聚合物(如RAIN-防水剂)或具有非常高的接触角(contact angles)和极低的滚离角(roll off angles)的超级疏水涂层，已被开发出以改善玻璃、金属或聚合物表面的疏水性。然而，这些已知的表面处理均不耐用。

Kanagasabapathy等人¹的美国专利No.8,338,351公开了一种在具有大于165度的接触角的表面上产生透明、近乎透明和半透明的超级疏水性涂层的涂覆组合物和工艺，该组合物包含疏水性的倍半氧硅烷纳米颗粒，所述纳米颗粒包含附着力促进剂基团和低表面能基团。

Van Benthem等人的美国专利No.8,187,707公开了一种超级疏水性涂层，该涂层展现出大于140度的接触角，其包括覆盆子形状的颗粒，所述颗粒包括一级颗粒和粘附在所述一级颗粒表面的二级颗粒。

Azzopardi等人的美国专利No.6,340,502公开了一种用于疏水性/疏油性涂层的组合物，该组合物含有烷氧基硅烷和卤代硅烷，烷氧基硅烷和卤代硅烷每一个均至少在其一个分子末端具有全氟化的基团，还公开了将该涂层施加到透明基质上的方法。

已知的可以赋予疏水性/疏油性的试剂的例子有，如EP0492417，EP0492545和EP0672779中所述的烷基硅烷。根据这些出版物，这种疏水层可以从含有氟化的有机硅烷(烷基-trilaho-或者三烷氧基硅烷，其烷基至少包含一个末端全氟化的基团)的溶液获得，以无水的有机溶剂被施加到基材的表面。与这些涂层有关的问题之一是这些涂层的耐用度和抗腐蚀性，可以通过这些涂层的逐步脱落得以证明，尤其是通过汽车挡风玻璃雨刷的性能得以证明，这使得必须再次使用疏水涂层。

Wilkes等人的美国专利No.6072018描述了耐磨性无机/有机杂化材料的形成，这种材料由至少一种金属醇盐和低分子量的硅烷官能化的有机物(例如，二级胺或三级胺，脂肪族二元醇，芳香族二元醇或三醇)的溶胶-凝胶(sol-gel)缩合反应而形成。该出版物中公开的材料使得具有异氰酸酯官能化的硅烷的低分子量的化合物功能化，这种材料是耐磨性的，但不是疏水性的。

在本领域对于透明的疏水涂层仍有需要，以提高玻璃基材、聚合基材和金属基材的甩水能力，这种涂层在磨损或者恶劣的环境中(例如，在接触酸、碱或者有机溶剂、雨或者紫外线后)是耐用的。这种所需的涂层在大量的应用中是有用的，这些应用包括作为挡风玻璃、太阳能板、涂料、电子元件等等的透明防护涂层。本文中公开的实施例意在提高这样所需的涂层。

发明内容