[发明专利]防结垢聚合物复合材料

说明书

本公开描述了一种聚合物复合材料，其可包含聚氨酯和官能化聚烷基硅氧烷。本文所述的聚合物复合材料可用于具有和/或增强防结垢活性。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年6月28日提交的美国临时申请序列号 62/691,528、2018年12月26日提交的美国临时申请序列号62/785,171以及2018年12月26日提交的美国临时申请序列号62/785,172的权益，所述申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开描述了可用于防结垢涂料的聚合物复合材料。

背景技术

对具有无污垢特性的表面的需求刺激了用于生物医学、船舶和食品加工应用以及需要自清洁的其它应用中的先进材料的开发。

在生物医学应用中，与植入装置相关的主要问题是在装置表面上形成生物膜以及与生物膜中携带的细菌相关的感染。抗生素通常对生物膜内的细菌无效。因此，需要有效的抗生物膜表面涂层。

在海洋环境中，由于生物结垢，表面会迅速结垢。生物结垢是微生物、植物、藻类和动物在浸入水(例如海水、河水或湖水)中的人造结构中的不希望的积累。目前用于对抗生物结垢的方法包括含有对环境不友好的杀生物剂或污垢释放膜(foul-release film)的涂层，其仅在船或其他船舶移动时除去污垢。

在食品工业环境中，例如新鲜食品加工或啤酒/葡萄酒制造，设备表面的污染是一个问题。食品/饮料制造表面上留下的高营养成分为细菌区提供生长，从而对食品安全和卫生控制构成威胁。通常用于食品加工设备的不锈钢表面可以被改性为超疏水的，但是这种改性通常涉及对环境不友好的氟化材料和复杂的纳米结构。

因此，需要更好的防结垢表面涂层。

概述

本公开描述了新型聚合物复合材料和表面涂层，其有效减少或消除生物材料、有机物质或生物体对表面的附着，特别是对与水接触或在水性环境中的表面的附着。通常，本公开的聚合物复合材料和涂层因其降低或防止生物或有机物质如蛋白质、细菌等对涂布表面附着的能力而被称为“防结垢的”。本公开包括聚合物复合材料，其包含第一聚合物和第二聚合物。在一些实施方式中，第一聚合物是聚氨酯聚合物。在一些实施方式中，第二聚合物是聚硅氧烷聚合物。在一些情况下，聚硅氧烷聚合物是官能化聚硅氧烷聚合物。在一些实施方式中，官能化聚硅氧烷可具有亲水性悬垂侧链。在一些实施方式中，聚氨酯聚合物和官能化硅氧烷聚合物彼此互相混溶。在一些实施方式中，聚氨酯可以是聚氨酯聚合物分散体。在一些实施方式中，官能化聚硅氧烷的亲水性悬垂侧链可包含亚乙基氧或甲醇官能团。在一些实施方式中，官能化聚硅氧烷可包含具有亚乙基氧悬垂侧链的聚硅氧烷与具有甲醇基悬垂侧链的聚硅氧烷的混合物。在一些实施方式中，官能化硅氧烷可基本上分散在整个聚氨酯中。

在一些实施方式中，复合材料还可包含表面活性剂。在一些实施方式中，聚合物复合材料还包含丙烯酸酯聚合物。在一些实例中，聚合物复合材料还包含抗微生物剂。一些实施方式包括银纳米颗粒作为抗微生物剂。其他实施方式包括另外的材料，例如增稠剂或交联剂，以改变混合物的粘度。

一些实施方式包括制备防结垢聚合物复合材料的方法。在一些实施方式中，该方法包括提供聚氨酯水分散体和官能化聚硅氧烷，其中两种聚合物是可混溶的，产生基本均匀分散的共混物。

一些实施方式包括用于防止表面液体污染的方法。在一些实施方式中，该方法包括将本文所述的聚合物复合材料与表面接触并使涂层在表面上形成。一些实施方式包括用于防止表面结垢的方法，其至少包括使表面与本文所述的聚合物复合材料接触的步骤。

在一些实施方式中，防结垢聚合物复合材料具有非常低的液体滑动角。在一些实施方式中，防结垢聚合物复合材料具有非常低的水接触角。在一些实施方式中，防结垢聚合物复合材料相对于未处理的表面具有至少 88％的抗生物膜活性。在一些实施方式中，防结垢聚合物复合材料的抗微生物活性为未涂覆表面的至少1000倍。