[发明专利]用于疏水性膜的涂料组合物和具有疏水性表面的制品

说明书

本发明涉及一种涂料组合物。所述涂料组合物可包含疏水化硅酸铝颗粒、成膜粘结剂和溶剂。所述疏水化硅酸铝颗粒包含孔径为约50或更大的硅酸铝颗粒和所述硅酸铝颗粒的表面上的疏水性涂层。

技术领域

本发明涉及疏水性颗粒的制备和使用，以制备具有难以润湿特性的表面。具体地讲，本发明涉及疏水化硅酸铝颗粒、包含这些疏水化硅酸铝颗粒的涂料组合物、使用这些涂料组合物的难以润湿的涂覆表面以及制备此类难以润湿的表面的方法。

背景技术

常用表面一般被液体诸如水润湿。润湿度是液体中的内聚力与液体和表面之间的粘附力之间相互作用的结果。

在许多情况下，液体对表面的润湿是不期望的。例如，用水润湿表面导致水滴保留在表面上并且它们蒸发，其中悬浮或溶解于水中的固体作为难看的残余物保留在表面上。该问题具体地讲存在于暴露于雨水的表面上。用水润湿表面在很多情况下触发其腐蚀或被微生物和生长物诸如藻类、地衣、藓类、双壳类等侵染。

在用于液体的包装和储存容器的情况下，期望内表面的低润湿性，使得当包装或储存容器倒空时没有或仅有少量的液体剩余。在设备和装置构造领域中，也期望与液体接触的组分的低润湿性。实际上，如果组分的润湿性高，则存在覆盖物和沉积物的形成增加的风险。此外，增加的润湿性通常是液体在管道中的流动阻力增加的结果。

已知亲水性液体对表面的润湿性可通过表面的疏水性涂层而降低。在这种情况下，合适的涂层材料的示例包括疏水性蜡、聚烷基硅氧烷和全氟化聚合物，尤其是极其疏水的聚四氟乙烯(特氟隆)。涂层减小了液体和润湿表面之间的粘附力。

此外，已证明具有结构化的疏水性表面是有利的。这种类型的表面结构通常具有纳米或微米级的规则或不规则的凸起或凹陷。这些结构(通常称为表面粗糙度)邀请空气参与排斥液体诸如水。如由下面的Cassie-Baxter公式所述：

cosθ_CB＝f*cosθ-(1-f)

在该公式中，θ_CB为在涂覆层中用某些疏水性材料制成的粗糙表面的水滴接触角，θ为平滑表面材料本身的水滴接触角，并且f为水接触表面积相对于总表面积的分数，并且因此(1-f)为非接触面积(气穴)相对于总表面积的分数。为了实现接近180°的θ_CB(即，当cosθ_CB接近-1时，cosθ接近0)，期望具有非常小的f值。

超疏水性表面是其上水滴的接触角超过150°的表面，并且普遍地认为超疏水性表面需要疏水性材料和表面粗糙度两者。在自然界中，具有超疏水性和自清洁特性的荷叶的单微结构模型报告于1997年(Barthlott，W.；Neinhuis，C.“Purity of the sacred lotus，or escape from contamination in biological surfaces，”Planta 1997，202(1)，1-8)中，并且其被描述为由微尺度乳突和疏水性表皮蜡引起。

US6683126公开了一种用于制备难以润湿表面的涂料组合物。所述涂料组合物可包含至少一种微细粉末和至少一种成膜粘结剂，所述微细粉末具有疏水性表面和特征在于至少1m²/g的BET表面积的多孔结构，所述成膜粘结剂的特征在于表面张力50mN/m。粉末与粘结剂的重量比为至少1∶4。

US 2009/0018249公开了一种疏水性自清洁涂料组合物。基于所述组合物和溶剂或溶剂混合物的总重量计，该涂料组合物可以至多5.0重量％的有效量包含尺寸在1000纳米至4,000纳米范围内的疏水性热解法二氧化硅。与在未涂覆表面上具有10度至15度接触角的水相比，该涂料组合物导致涂覆表面提供至少165度的接触角。