[发明专利]含有具有微米/纳米粗糙度的杂化微球的疏水性涂层

说明书

本文描述了基于疏水性聚合物基质、疏水性纳米颗粒和亲水性纳米颗粒的涂层，其提供耐损伤的疏水性、超疏水性和/或疏雪性能力，其中纳米颗粒可包含改性和未改性的页硅酸盐纳米粘土和改性二氧化硅。本文描述了通过采用上述涂层制造防雪材料的方法。还描述了复合材料表面的微米和纳米粗糙度。

发明人：馨上野、潘光和张彬

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月31日提交的美国临时申请序列号62/678,892的权益，所述申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及疏水性、超疏水性和疏雪性复合材料，包括用于诸如除水剂、除冰剂和除雪剂的所述复合材料的涂层。

背景技术

在许多情况下，水、冰和雪的积聚会产生不良后果。这些问题可能包括由于水侵入造成的腐蚀、由于积水造成的能见度损失，以及道路、车辆和建筑物上的累积的冰和积雪。在诸如汽车、船只和飞机的机动工具的挡风玻璃上，包括刮水器、空气喷射器和诸如偏转器的被动系统的复杂系统被设计用于去除水。在直升机的转子叶片和飞机的前缘和上翼面上积聚的冰会通过改变机翼的形状和/或增加总重量而产生危险条件，从而导致失速或性能损失。此外，沉积的冰可能会突然脱落，导致特性意外变化并可能失去控制。由于失去牵引力，人行道、道路和桥梁上的冰雪积聚本质上是危险的。高速公路立交桥、桥梁和电力线可能会因冰雪落下而造成危险情况，从而导致车辆损坏和下方人员受伤。

雪有很多种，它们具有显著不同的含水量。例如，干雪或小雪包含非常低的含水量，而重雪或湿雪具有高含水量。含水量的显著差异导致在已知疏水性涂层的防雪性能方面产生问题。湿雪在常规疏水性涂层和雪之间产生水层，这允许疏水性涂层与水相互作用，并且由于高水接触角，水层将沿着上层雪层从涂层上滑落。另一方面，干雪具有低含水量，在雪和已知的疏水性涂层之间形成最小至无水层。缺少水层会导致干雪积聚在表面上。

为了防止道路、标牌和电力线路上的冰雪积聚，许多市政当局使用防雪/防冰材料，如氟化树脂基涂层。虽然这些涂层中的一些是可商购的(例如，HIREC100)，但它们的生产成本高，难以使用，并且可能对动物和人类都有害。

因此，一直需要具有改进的疏水性能、降低的成本和低毒性的新型防雪表面涂层。

概述

本公开一般性涉及复合材料。更具体地但非排他地，本公开涉及具有分散在聚合物基质内并突出穿过该聚合物基质的微球的复合材料。在一些实施方式中，本公开涉及包含微米/纳米粗糙表面的复合涂层。在一些实例中，描述了包含聚合物/微球复合材料的疏水性涂层。

一些实施方式包括复合材料，其包含：多个微球，所述微球具有：1)包含第一聚合物的核，和2)包含多个疏水性纳米颗粒并设置在核的表面上的疏水性涂层；第二聚合物，其中所述多个微球至少部分地分散在所述第二聚合物内；其中所述第二聚合物在所述第一聚合物中是不混溶的；并且其中第一表面能高于第二表面能。

一些实施方式包括包含本文所述复合材料的涂层，其中所述涂层是疏水性的、超疏水性的或疏雪性的。

一些实施方式包括制备本文所述复合涂层的方法，包括：将溶剂和表面能小于或等于22mJ/m²的聚合物混合以产生第一液体混合物；将亲水性纳米颗粒混合到第一液体混合物中以形成第二液体混合物；将疏水性纳米颗粒混合到第二液体混合物中以形成第三液体混合物；向第三液体混合物中加入表面能为至少为30mJ/m²的聚合物，形成最终的液体混合物；将陶瓷研磨介质加入最终的液体混合物中并混合至少16小时。

一些实施方式包括表面处理方法，包括将本文所述的复合材料涂覆于需要处理的表面。

附图说明

图1是由疏水性纳米颗粒包封的微球(核中具有和不具有亲水性纳米颗粒)的图示。