聚合物涂层制造技术

本发明专利技术通过将聚合物溶液的微细的气溶胶（Ｎ）施涂在基底（３０）上，并与此同时将能源（３８）施用于所施涂的溶液上进行溶液施涂来制备聚合材料的涂层，尤其是薄膜。当所述聚合物是交联的时，所述能源有助于聚合物的交联。所述优选的能源为火焰（３８），它可以任选地或者适宜地和聚合物喷雾一起沉积原料。本发明专利技术一个特别的方面涉及制备聚酰亚胺薄膜。至于本发明专利技术的另一方面，可以使用共沉积方法将薄的聚硅氧烷涂层用于玻璃和其它基底上。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请的主题物质部分是根据国家标准与技术协会合同No.ATP 70NANB8H4071进行研制的。据此可知美国政府享有本专利技术的权利。本专利技术涉及聚合物，尤其是薄膜涂层的沉积以及沉积其上的涂层。
技术介绍
美国专利nos.6,013,318、5,997,956、5,863,604、5,858,465和5,652,021以及美国专利申请no.09/067,975涉及燃烧化学蒸气沉积(CCVD)或者受控气氛化学蒸气沉积(CACVD)方法。这些方法是开放气氛，通常是大气压沉积技术。这些方法适于涂覆任意尺寸的基底，因为所述基底无需像常规化学蒸气沉积(CVD)方法一样限制在某一室或者炉内。在这些方法中，通过以一定压力使前体溶液流过直径狭窄的针状体或者喷嘴来实现化学前体溶液的雾化。上述申请中的介绍参考结合于此。上面参考的美国专利申请No.09/067,975说明了某些聚合物，如聚四氟乙烯和聚酰亚胺，利用CCVD或CACVD火焰的沉积。这两种聚合物相对热稳定，虽然两者在燃烧过程中会分解。本文使用CCVD共沉积技术来制备各种基底上的聚合物涂层，如玻璃、硅、纸张、金属或者其它基底，这些基底上的聚合物涂层会发挥有用的功能。本专利技术利用了这些专利和申请所述的各种技术来沉积聚酰亚胺薄膜。专利技术概述本专利技术广泛涉及用聚合物溶液的细微喷雾进行的单一聚合物或者多种聚合物的沉积，并同时利用热能蒸发溶剂(包括有机溶剂和/或水)。同时将热源作用于由细微喷雾沉积的层上，可以获得很均匀的聚合物涂层。所述聚合物或者聚合物的混合物可以仅为溶解的聚合物，它干燥后可在基底上形成层，或者所述聚合物可以是交联的，这时热能可以促进所述交联的聚合物固化。另一方面，或者是由火焰喷雾提供的热气或者是聚合物溶液喷雾，或者是两者同时可以含有很细的分散颗粒物质，如碳黑，或者细小的金属、氮化物或者碳化物分散颗粒。使用这些微细颗粒可以赋予涂层所需的性质，如颜色、热稳定性、热传导性、强度、硬度、填料量或者包括高绝缘性或者高导电性的电学性能。优选的热源为火焰。所述火焰可以仅提供蒸发溶剂所需的能量，或者所述火焰可以含与聚合物喷雾共沉积的化学试剂或者和聚合物溶液喷雾共沉积的化学试剂前体。所述共沉积的化学试剂可以是如氧化物的原料，它可以赋予聚合物涂层所需的性质。若所述聚合物是交联聚合物，则所述共沉积化学试剂可以是能促进聚合物层固化的催化剂。本文所用的“氧化物”包括金属氧化物如氧化锌，非金属氧化物如二氧化硅，以及混合金属/非金属氧化物如硅酸铝(粘土)。术语非金属氧化物也包括其它无机含氧化合物，如磷酸盐、碳酸盐、硼酸盐、硫酸盐、硝酸盐等。其它化学试剂如氮化物、硼化物和碳化物可以通过本专利技术的方法和使用本专利技术的器件进行共沉积。所述沉积聚合物或者聚合物基涂层可以完全为涂层，或者所述涂层也可以是用本专利技术方法沉积的多层结构的一部分。例如，本专利技术的方法可以用于交替沉积聚合物基层和无机氧化物如二氧化硅或者氧化铝。作为本专利技术的一个方面，可以通过首先制备聚酰胺酸的溶液、然后在基底上沉积作为微细气溶胶的溶液，并同时使用火焰或其它能源来沉积溶液的方法形成聚酰亚胺致密、光滑的薄膜。作为本专利技术的另一方面，可以通过本专利技术双沉积步骤沉积聚硅氧烷。低分子量的硅氧烷低聚物可以溶于载体溶剂中，形成精细雾化并可以导入基底表面的第一沉积位置上的低聚物溶液。将二氧化硅前体溶于溶剂中，形成精细雾化的前体溶液并点火形成火焰。此火焰导向第一沉积位置或者紧邻第一沉积位置的第二沉积位置上。所述低聚物溶液和/或前体溶液含有促进低聚物聚合的催化剂。所述低聚物和前体溶液中的一个或者两者可以包含附加的组分，附加组分可以帮助确定所形成的固化聚硅氧烷涂层的性质。沉积条件能显著影响形成的聚硅氧烷涂层的性质。沉积后的处理如热处理也会影响所述涂层的性质。根据所述涂层的要求，可以调整各种因素包括溶液组合物、沉积条件和后沉积处理，来获得各种效果。附图简要说明附图说明图1是本专利技术用于在基底表面沉积雾化流体的设备的示意图，该设备适于聚合物溶液不需燃烧的沉积，如聚酰胺酸溶液，或者适于提供火焰的。图2是本专利技术在基底上沉积不需燃烧的雾化聚合物喷雾，并同时将火焰用于沉积聚合物喷雾上的示意图。图3a和3b是在沉积的涂层中，可用于获得不同效果的不同接触角的示意图。图4是本专利技术中供选择的用于形成聚合物涂层的沉积设备的实施方式的立体视图。图5是图4沉积设备的部分分解立体视图。图6和图7是图4沉积设备的侧视图，说明了其各部件的可调性。某些优选实施方式的详细说明本专利技术尤其适于在基底上形成归类为“薄膜”的聚合物基薄膜或者涂层，虽然使用足够的聚合材料可以沉积更厚的膜。通常认为“薄膜”的厚度约为10微米或者更薄。可以使用本专利技术的方法沉积厚度小于约5纳米的连续薄膜。通过本专利技术的方法沉积的“非固化”聚合物包括聚四氟乙烯、磺化聚四氟乙烯(如市售NAFION)、聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚乙二醇和聚丙烯酸。基本上，任一能溶于合适溶剂中的聚合物如聚酯、聚酰胺(尼龙)等都可以如此进行沉积。聚合物或聚合物混合物的溶剂通常为有机溶剂或者有机溶剂混合物，但也可以是水或水/有机溶剂的混合物。为了便于溶剂的蒸发，优选低沸点溶剂，但是由于所述火焰或其它能源可以提供足够能量来蒸发其中溶有聚合物或者聚合物混合物的任一溶剂，所以这不是限制性因素。一些合适的溶剂包括但不限于乙醇、异丙醇、丙烷、甲苯、己烷、超临界流体(如超临界二氧化碳、超临界甲烷、超临界氧化亚氮)、混合芳族溶剂、乙二醇、丙酮和甲基乙基酮。所述聚合物溶液可以从较稀释到较浓之间选择。但是，由于溶液需要能雾化成很细的喷雾，所以聚合物浓度上限由溶液的粘度和溶剂介质中聚合物溶解度来限制。通常，本专利技术所用的聚合物浓度范围为约1～100克/升，宜为约5～20克/升。超临界流体，如超临界二氧化碳、超临界甲烷、超临界丙烷和超临界氧化亚氮可以促进流体的雾化，即帮助获得本专利技术沉积所需的很细微的雾滴大小。有利于用本专利技术的方法沉积的交联聚合物的例子包括但不限于聚硅氧烷、聚酰亚胺、聚酰胺/聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚环氧烷和聚氨酯。在这种情况下，除了聚合物以外，所述聚合物溶液可以包含交联剂和/或固化催化剂。若聚合物溶液中包含交联剂和/或固化催化剂，那么它在室温下应基本是非活性的，但是当沉积聚合物溶液的同时施加能量，它就起固化聚合物的作用。为了使催化剂在室温下失活，可以使用阻聚剂。例如，当用室温活性催化剂铂-二乙烯基四甲基硅氧烷复合物时，可以使用固化乙烯基硅氧烷低聚物用的马来酸二乙酯、马来酸二甲酯，或延胡索酸二乙酯来进行阻聚。在雾化过程中，此阻聚剂将被分离，且所述催化剂在室温下恢复其高活性。所述阻聚剂应在加入催化剂之前混入聚合物溶液中。可以进行两种聚合物的共沉积，其中每种均具有可以和其它聚合物的官能团进行化学反应并由此交联的官能团。通过这种方式，有可能在某些情况下在单个聚合物层中结合两种聚合物主链，而在其它情况下这两者在一起可能会不相容。例如，一种聚合物可以具有环氧官能团，而另一种聚合物含有羧酸或者羟基官能团。所述聚合物溶液可以含有聚合物混合物，用于制备含聚合物混合物的涂层。例如，聚苯胺，一种导电聚合物，通常是和其它用于提高强度的聚合物混合。在聚合物溶液中混合聚苯胺和聚合物如尼龙、聚酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
在基底表面上沉积聚合物涂层的方法，该方法包括如下步骤： 提供流体，所述流体为在液体介质中含有所述聚合物或者所述聚合物前体的分散液或者溶液， 形成所述流体的微细气溶胶。 将所述气溶胶施涂在所述基底表面上，用所述流体涂覆所述表面， 基本上同时将热能施用在所述流体上，以除去所述流体介质，形成所述涂层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G德什潘德，AT亨特，S桑姆汉，EJ尤特卡瑞，T波利，M奥利杰卡，TJJ黄，A波达，GA纽曼，
申请(专利权)人：微涂技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]