[发明专利]无氟防油涂层及其制作方法和用途

说明书

本申请提供了无氟的疏油层，所述层包括一个或多个聚二甲基硅氧烷树脂层。所述层可被置于基底的部分或全部表面上。还提供了制造和使用所述层的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月17日提交的美国临时申请62/486,245的优先权，其公开内容通过引用并入本申请。

发明领域

本公开总体上涉及基于聚合物的疏油涂层。更具体地，本公开涉及基于聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)树脂的疏油涂层。

背景技术

纺织行业承受着巨大的压力，它必须从其产品和供应链中清除所有的有害化学物质。在该化学物质清单上，含氟化合物排在首位。全氟和多氟物质由于具有疏水疏油特性，因此在许多工业应用和消费产品(例如地毯、服装和室内装潢)中极具吸引力。多氟化合物具有抗降解性，并在环境中长期存在。它们会生物蓄积，并且其中一些至少在实验动物中与不良的健康效应有关。

找到基于氟的化合物的替代品并同时保持相同水平的性能和耐用性并非易事。防油涂层可用于多种消费产品和工业应用(例如防潮和自清洁)中。虽然有许多超疏水涂层的实例，但是在高度疏油涂层方面进展有限。许多超疏水涂层被证明是亲油的。另外，与超疏水的状态相反，疏油性可能会根据油的类型而有显著的不同。对某些油呈超疏油性的表面(接触角>150°)可能对具有较低的表面张力的另一种油呈亲油性。

对疏油涂层进行改性的困难源于材料的基本限制。由于烃油表面张力通常在20-36mN/m范围内，因此根据Young方程，光滑的防油基底的表面张力必须小于20mN/m²。具体地说，橄榄油的表面能为～32mN/m，并且根据它们的类型，植物油的表面能通常低至30s mN/m。矿物油是疏油性标准测试(1级)中使用的第一种油，其表面能为31.5mN/m。对低表面能的要求表明，最常用的材料本质上不是疏油性的。只有很少的氟化材料可以满足疏油性的这一先决条件。事实上，迄今为止开发的所有所谓的超疏油涂层都使用具有大量的-CF₂-和-CF₃基团的氟化化合物，例如PTFE、全氟硅烷和全氟聚合物。考虑到材料的固有表面张力的限制，基本上所有以前开发的高疏油涂层都基于具有低表面能的氟化材料。

随着对超疏水材料的开发，可以引入适当的表面粗糙度以增强疏油性。例如，已经提出了凹角结构(re-entrant structures)来制备疏油表面。

表1.有关高度疏油表面的先前工作总结

虽然使用这些凹角结构降低了基底对表面张力的要求，但是凹角结构的制造(通常通过光刻与化学蚀刻相结合)往往很困难且成本高昂，特别是对于柔性基底来说更是如此。对于实际的工业应用，基本上所有以前开发的高疏油涂层仍然基于具有极低表面能的氟化材料。

在使用非氟化材料开发疏油涂层方面所做努力非常有限。常用的PDMS的表面能为约22–24mN/m。因此，PDMS处理(finishing)通常不能提供有效的疏油涂层，因为表面能不够低。另外，由于基底的不同性质，PDMS处理(finishing)在粘合性、均匀性和机械性能方面可能存在问题。