[发明专利]润湿低表面能基材的方法以及用于该方法的系统

说明书

提供一种用高表面张力液体润湿低表面能基材的方法，该方法至少包括以下步骤：提供表面能在15至45mN/m范围内的低表面能基材，表面张力在大于25至70mN/m范围内的高表面张力液体和表面张力在10至25mN/m范围内的低表面张力流体；使低表面能基材与高表面张力液体接触；在低表面能基材与高表面张力液体接触之前、接触的同时或接触之后，使低表面能基材和高表面张力液体中的至少一者与低表面张力流体蒸气接触；和从低表面能基材去除低表面张力流体蒸气。高表面张力液体可用作涂层材料(例如离子交换材料)的载液，该涂层材料在涂覆方法中将沉积在基材(例如ePTFE)上。还公开了用于这种涂覆方法的系统。

技术领域

本公开涉及用高表面张力液体(例如水/醇混合物)润湿低表面能基材(例如膨胀聚四氟乙烯(ePTFE))的方法。润湿是通过用低表面张力流体进行处理来实现的。高表面张力液体可用作涂层材料的载液，涂层材料在涂覆方法中沉积到基材上，例如包含磺化全氟乙烯基醚基团的四氟乙烯基聚合物沉积到多孔ePTFE基材上，以制造用于质子交换膜燃料电池的膜。还公开了用于此类方法的系统。

背景

润湿是一种现象，其描述了液体与固体表面保持接触的能力，并与两种材料之间的分子相互作用有关。液体相比于固体的表面能越高，润湿性越低，两相之间的接触通常就越少。因此，低表面能固体，例如低表面能基材，例如由聚四氟乙烯(PTFE)和膨胀PTFE(ePTFE)之类的聚合物形成的固体，很难被高表面能液体(也称为高表面张力液体)如水溶液或近水溶液润湿。

因此，在诸如涂覆、浸渍、吸附或吸收相关方法的过程中出现问题，这些过程需要低表面能基材与高表面张力液体之间的接触。由于液体对固体的润湿不足和/或液体对固体的润湿速度慢得无法接受，此类过程可能难以进行。因此，需要提供一种用高表面张力液体润湿低表面能基材的改进方法及其相应的系统。

这个问题可以通过向高表面张力液体中加入添加剂来缓解，例如表面活性剂和其他可以降低液体表面张力的化合物，从而提高液体对低表面能基材的润湿性。然而，除了降低液体的表面张力之外，此类添加剂有可能破坏液体的其他特性。

例如，在涂覆过程中，固体可以与含有涂层材料的载液接触以将涂层材料沉积到固体表面上。当载液是高表面张力液体时，可以用添加剂对其进行处理，添加剂例如是另一种液体或固体，用于降低高表面张力液体的表面张力以改善对低表面能固体的润湿性。然而，添加剂在高表面张力载液中的存在可能会改变载液的其他性质，改变载液中涂层材料的稳定性，或者在除去溶剂后添加剂可能与涂层材料一起留在固体上。

例如，添加剂的存在可能降低载液中涂层材料的最大加载量，例如由于降低了载体材料在载液中的溶解度或分散性。这导致可沉积的涂层材料的最大浓度降低，从而可能必须重复涂覆过程以在固体上获得所需数量的涂层材料，例如单位面积加载量的涂层重量或密度。此外，添加剂的存在也可能改变载液的粘度，例如通过引起载体材料胶凝、增加载液的粘度和使涂覆过程复杂化而导致这种变化。

此外，为了降低载液的表面张力而引入的添加剂，例如表面活性剂，在除去载液后可能会与涂层材料一起沉积在固体上。

因此需要提供一种改进的涂覆方法，特别是一种用高表面张力液体涂覆低表面能基材的改进方法。这种方法可以使高表面张力液体的一种或多种其他性质(即高表面张力液体的除了表面张力以外的性质，例如其粘度或涂层材料的最大加载量)的改变最小化，或避免在基材上沉积不希望的添加剂。作为替代或附加方式，这种方法可以加快用高表面张力液体涂覆低表面能基材的速率。

发明内容

在第一方面，提供了一种用高表面张力液体润湿低表面能基材的方法，该方法至少包括以下步骤：

-提供表面能在15至45mN/m范围内的低表面能基材，表面张力在大于25至70mN/m范围内的高表面张力液体，和表面张力在10至25mN/m范围内的低表面张力流体；

-使低表面能基材与高表面张力液体接触；