[发明专利]具有涂覆有临时超疏水膜的亲水表面的制品及获得其的方法

说明书

本发明涉及表面涂覆有纳米结构临时超疏水膜的制品，所述纳米结构临时超疏水膜与水的静态接触角为至少140°并包含用疏水剂功能化的纳米颗粒，其中在将所述纳米结构临时超疏水膜涂覆在所述表面上之前，已经用疏水剂对纳米颗粒进行了功能化。在用所述纳米结构临时超疏水膜涂覆之前，所述制品的表面与水的静态接触角小于60°。根据本发明的处理可用于为具有亲水表面的光学制品提供防雨功能。

本发明涉及涂覆有提供超疏水性能的临时纳米结构膜的制品、其制造的涂覆方法以及这种超疏水膜的用途，尤其是在光学技术领域中并且特别是用于眼科镜片。这些膜包含基于用疏水剂功能化的纳米颗粒的纳米结构层。

越来越多的趋势是寻求通过在其表面上沉积几纳米或几微米厚的涂层来功能化由无机或有机玻璃制成的制品，以便根据预期用途赋予给定特性。因此，可以提供减反射、耐磨、耐刮擦、耐冲击、防雾或抗静电层。

非常多载体如塑料材料和玻璃受到如下缺点的影响：当它们的表面温度下降到低于环境空气的露点时变得被雾覆盖。在这些表面发展的雾化归因于光通过水滴扩散而导致透明度的降低，这可能引起实质性不适。

为了防止在非常潮湿的环境中形成任何雾，也就是说在载体上凝结非常少的水滴，已知将亲水性溶液施加到防雾前体涂层的表面上。该技术方案例如在本申请人名下的专利申请WO 2011/080472和WO 2013/013929中披露。防雾涂层前体是通过接枝至少一种有机硅烷如CH₃O-(CH₂CH₂O)_6-9-(CH₂)₃Si(OCH₃)₃形成在制品外表面上的亲水性涂层，具有小于或等于5nm的厚度和大于10°且小于50°的与水的静态接触角。这样的防雾涂层是在将表面活性剂施加到前体涂层的表面上之后获得的。它是临时涂层，因为它可以通过简单的擦拭操作去除，但很容易更新。

然而，在雨中，即使在亲水表面上，水滴的流动也会由于图像畸变而导致强烈的视觉不适。雨滴会附着在这种表面上，且虽然雨滴会散开，但这需要足够的时间来导致光学畸变和视觉影响。

当材料的表面很难被水润湿时，就可以说它是超疏水的。此类表面具有非常高的接触角，通常在140°以上。荷叶就是这种情况。鸭子羽毛也是如此，从水中出来时保持干燥。

虽然这种现象已知多年，但直到最近才得到研究。Barthlott在WO 96/04123中首次描述了当微米或亚微米级别的粗糙度与疏水特性相结合时，表面如何变得超疏水。从那时起，通过使用纳米纤维、纳米颗粒、网状基材、棉纤维，或通过溶胶-凝胶工艺、表面聚合或结晶创建微米或纳米结构，形成范围从140°至几乎180°的超疏水涂层并将这种超疏水涂层施加到表面的方法已被广泛描述。

表面的润湿性取决于化学性质(表面材料的化学性质)和物理形貌，尤其是表面粗糙度。众所周知，光滑疏水表面与水的静态接触角通常小于115°，但当疏水表面变得粗糙时，它会产生超高的疏水特性(即水接触角≥115°)。静态水接触角可能会急剧增加至140°，并且甚至更高(超疏水表面)。

与高静态水接触角相关的粗糙度会降低水在疏水表面上扩散的能力：水滴只停留在凸起的顶部，并且与疏水表面只有极小的接触面积，因为它们聚集成几乎球形的珠粒。液滴因此被排斥，并且在暴露于水之后表面保持干燥。

透明度和粗糙度通常是矛盾的特性，并且因此很难找到技术解决方案来制备既透明又超疏水的光学表面，而没有不利于良好视觉的扩散。

提供超疏水润湿特性的已知技术通常倾向于使该功能永久化，主要目的是获得机械耐久性。

此外，当具有高粗糙度的具有超疏水润湿特性的表面被污垢(如指纹)污染时，通过简单的擦拭表面很难去除污垢。污垢往往位于粗糙度内，特别是在像柱或蛾眼的纳米压印的结构中。