与超疏水表面相关的改进制造技术

一种用于涂覆基材的超疏水膜。所述超疏水膜包含多个纳米颗粒连接在一起形成连续膜，每个纳米颗粒具有聚合物涂层，其中所述纳米颗粒的平均粒径与所述纳米颗粒的聚合物涂层的平均厚度之比为2.5:1至20:1。所述超疏水膜合适地提供了耐久的、抗紫外线的涂层，其在使用过程中保持高的水接触角。还公开了一种在基材上制备超疏水膜的方法，所述方法包括将纳米颗粒和聚合物混合以形成具有聚合物涂层的纳米颗粒，并将所述具有聚合物涂层的纳米颗粒施加到所述基材上以形成所述超疏水膜。还公开了用于用这种超疏水膜涂覆制品的制剂。用这种超疏水膜涂覆制品的制剂。用这种超疏水膜涂覆制品的制剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与超疏水表面相关的改进


[0001]本专利技术涉及超疏水组合物，例如膜，包含这种超疏水膜的制品，生产这种超疏水膜的方法和用这种超疏水膜涂覆制品的制剂。特别地，本专利技术涉及包含具有聚合物涂层的纳米颗粒的超疏水膜。

技术介绍

[0002]自清洁技术具有巨大的商业潜力，可以应用于广泛的领域，例如防污漆、窗玻璃、混凝土和纺织品等。目前，可以使用两种主要表面类型来实现自清洁功能：超疏水或超亲水。两种表面类型都可以去除表面结合的污染物，如污垢和细菌。
[0003]自清洁超亲水表面利用光诱导的光催化和亲水性的协同作用。在这种机制中，表面结合的有机物质被降解，随后通过水在表面上均匀扩散的作用(这种现象称为水膜化)被去除。由于光致氧空位，由固有亲水性、光活性材料设计的涂层在用紫外线照射时可能会变得超亲水。然而，超亲水自清洁通常被认为不如超疏水自清洁，因为高防水性和减少的生物膜形成提供了更有效的清洁系统。
[0004]超疏水表面是通过将表面粗糙化与低表面能材料相结合制成的。定义为大于150
°
的高水接触角(WCA)和低接触角滞后(CAH)是用于量化疏水性的特征。这种超疏水表面上的水形成几乎球形的液滴，使表面张力最小化，这种液滴从表面滚落，带走不需要的污垢颗粒和表面细菌，这种现象称为莲花效应。

技术实现思路

[0005]超疏水表面可以用有机涂层处理过的无机纳米颗粒廉价地设计。选择合适的纳米颗粒
‑
有机复合材料对于涂层的耐久性和视觉特性至关重要。关于视觉特性，二氧化钛(TiO2)是一种宽带隙半导体氧化物，由于其高折射率和已知的光学特性(这两者的结合可以在TiO2纳米材料中最大限度地散射可见光)，它对于着色涂层至关重要。这些因素使二氧化钛成为常用的最亮的白色颜料，对油漆和涂料行业至关重要。
[0006]使用光活性纳米颗粒(例如TiO2)与低表面能材料组合形成超疏水涂层的已知方法可能会限制所得超疏水表面的有用性，因为这些已知涂层已被证明会相对较快地失去超疏水性，例如在暴露在紫外线下几个小时后。据报道，这种超疏水涂层还具有较弱的机械耐久性，这将进一步限制这些涂层的工业实用性。
[0007]此外，成功的制造方法通常涉及使用氟化的化学品、多步改性过程或需要专用设备，所有这些都可能很昂贵和/或对环境有害。
[0008]本专利技术的一个目的之一是提供一种超疏水膜，其解决了现有技术的无论是在此还是在别处确定的至少一个缺点，或者提供对现有超疏水膜的替代物。例如，本专利技术的一个目的是提供一种具有改进的抗紫外线性和改进的机械稳定性的超疏水膜。
[0009]本专利技术的另一个目的是提供一种在基材上形成这种超疏水膜的方法，该方法可能比已知方法更有效且成本划算。
[0010]根据本专利技术的方面，提供了如所附权利要求中所述的超疏水膜、制品、方法和制剂。本专利技术的其他特征将从从属权利要求和随后的描述中变得明显。
[0011]根据本专利技术的第一方面，提供了一种包含具有聚合物涂层的纳米颗粒团聚体的超疏水膜，其中纳米颗粒的平均粒径与其聚合物涂层的平均厚度之比为2.5:1至20:1。
[0012]超疏水膜合适地具有高水接触角(WCA)，例如至少150
°
，这意味着膜不容易被接触膜的水润湿，合适地根本不被接触膜的水润湿。超疏水膜可被认为是包含具有聚合物涂层的纳米颗粒的超疏水组合物，合适地为相对薄的组合物，例如具有2nm至150μm的厚度。超疏水膜也可以被认为是超疏水涂层。该膜合适地布置在基材上并且与所述基材的厚度相比是所述基材上的相对薄的涂层。合适的基材是玻璃、金属、砖石和织物。超疏水膜具有至少一个展示这些超疏水特性的表面，合适的是在使用中暴露于大气的表面，合适的是相对于所述基材的上表面。超疏水膜合适地包括在使用中不暴露于大气并且合适地结合到所述基材的表面。
[0013]超疏水膜包含具有聚合物涂层的纳米颗粒。具有聚合物涂层的纳米颗粒可以替代地或另加地定义为聚合物涂覆的纳米颗粒。合适地，纳米颗粒中的每个都设有完全包覆纳米颗粒的聚合物层。纳米颗粒上涂层的平均厚度取决于纳米颗粒的平均粒径，纳米颗粒的平均粒径与其聚合物涂层的平均厚度之比为2.5:1至20:1，合适地为2.5:1到15:1，合适地从2.5:1到10:1，合适地从2.5:1到6:1，合适地从3:1到5:1。因此，较小的纳米颗粒合适地具有比较大纳米颗粒上的聚合物涂层更薄的聚合物涂层。专利技术人已经发现，与较小的纳米颗粒相比，较大的纳米颗粒可以具有更厚的聚合物涂层，同时保持膜的超疏水特性。聚合物涂层的平均厚度合适地为0.5至150nm，这取决于纳米颗粒的平均粒径。例如，当纳米颗粒的平均粒径为5至50nm,时，纳米颗粒上聚合物涂层的平均厚度合适地为0.5至25nm,，合适地为0.5至10nm,，所述的平均粒径与聚合物涂层平均厚度之比为2.5:1至20:1。当纳米颗粒的平均粒径为250至500nm时，纳米颗粒上聚合物涂层的平均厚度合适地为25至150nm。任何一种特定纳米颗粒上的聚合物涂层的实际厚度可以在所述范围内合适地变化。
[0014]超疏水膜包含这些具有聚合物涂层的纳米颗粒的团聚体。因此，超疏水膜可以被认为包括多个经聚合物涂覆的纳米颗粒，这其排列在一起以形成构成超疏水膜的连续本体。合适地，超疏水膜是连续的，并且在被膜涂覆的所述基材的区域中的下层基材的任何表面不暴露于大气。合适地，聚合物涂覆的纳米颗粒的团聚体通过多个经聚合物涂覆的纳米颗粒经由它们的聚合物涂层彼此接触和结合来提供。因此，可以认为团聚体是通过相邻纳米颗粒的聚合物涂层的结合而形成的。合适地，纳米颗粒上的聚合物涂层是相同的聚合物，允许膜中相邻纳米颗粒的聚合物涂层部分混合(在合适的形成条件下)以提供结合并产生超疏水膜。
[0015]纳米颗粒的这种团聚体合适地为膜提供了具有高度粗糙的分级表面形态的表面，从而提供了超疏水性。
[0016]专利技术人已发现，根据该第一方面的超疏水膜可提供具有高WCA(例如高于160
°
)的表面，该表面可在暴露于UV光的相当长一段时间内保持，例如至少24小时或合适地至少4天。超疏水膜还可提供对重复磨损具有良好机械耐受性的涂层，因此可适用于涉及在使用过程中磨损的涂层表面的工业应用。
[0017]合适地超疏水膜具有至少150
°
、合适地大于150
°
的WCA。合适地，超疏水膜具有至
少155
°
，例如至少160
°
或至少165
°
的WCA。合适地，超疏水膜具有150至180
°
，例如155至175
°
的WCA。合适地，超疏水膜的纳米颗粒是金属氧化物纳米颗粒。合适的金属氧化物纳米颗粒可以选自SiO2、TiO2、CeO2、CaO、MgO、ZnO2、Al2O3、BaO或其混合物。合适地，金属氧化物纳米颗粒选自SiO2、TiO2、CeO2或其混合物。
[0018]在一些实施方案中，纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包含具有聚合物涂层的纳米颗粒的团聚体的超疏水膜，其中所述纳米颗粒的平均粒径与所述纳米颗粒的聚合物涂层的平均厚度之比为2.5:1至20:1。2.根据权利要求1所述的超疏水膜，其中所述纳米颗粒是金属氧化物纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的超疏水膜，其中所述金属氧化物纳米颗粒选自SiO2、TiO2、CeO2或其混合物。4.根据前述权利要求中任一项所述的超疏水膜，其中所述纳米颗粒具有5至500nm的平均粒径。5.根据前述权利要求中任一项所述的超疏水膜，其中所述聚合物涂层的聚合物选自聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或其混合物。6.根据前述权利要求中任一项所述的超疏水膜，其中所述聚合物涂层的体积与所述纳米颗粒的体积之比为1:1至1:3。7.根据前述权利要求中任一项所述的超疏水膜，其具有至少150
°
的水接触角。8.根据前述权利要求中任一项所述的超疏水膜，其具有50nm至100μm的厚度。9.一种包...

【专利技术属性】
技术研发人员：科林，
申请(专利权)人：利物浦大学，
类型：发明
国别省市：