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技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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
[0001]本专利技术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
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。
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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)。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]大多数已知的制成品对于某些应用(像光学应用)表现出不令人满意的特性。例如，其中一些不是光学透明的或在可见光范围内具有高雾度(低透射率)；许多纳米颗粒膜对基材的粘附性很差；多孔溶胶
‑
凝胶膜具有低机械特性或耐刮擦性。
[0014]特别地在专利申请WO 2017/025128中披露了包含纳米柱的具有防雨特性的纳米结构表面，而特别地在专利申请WO 2015/082948中披露了包含纳米空腔的纳米结构表面。
[0015]申请US 2008/304008涉及涂覆有超高疏水纳米结构膜的光学制品，所述超高疏水纳米结构膜具有的表面粗糙度使得所述膜表现出至少115
°
的与水的静态接触角，所述膜包含第一层和第二层防污顶涂层，所述第一层包含由至少一种粘附到制品表面的粘合剂结合的纳米颗粒，所述第二层至少部分涂覆所述第一层。
[0016]申请WO 2015/177229披露了一种用于获得永久、耐用和耐久的超疏水涂层的方法，所述方法包括在表面上沉积不同尺寸的纳米颗粒的步骤，用交联剂(如四乙氧基硅烷)交联如此纹理化的表面的步骤，和沉积含有全氟化基团的疏水化合物层以使表面超疏水的步骤。纳米颗粒可以制备为具有双尺度粗糙度的树莓形纳米颗粒，小颗粒涂覆大颗粒的表面。这种用于获得超疏水表面的多步沉积工艺实施起来相当复杂。
[0017]申请US 2017/082783描述了一种超疏水表面，其通过使包括纳米结构的表面功能化以提供羟基并使所述表面与包含疏水性氟聚合物的溶液接触足够长的时间来施加至少单层的含氟材料而获得。
[0018]申请KR 2009/0029360披露了一种光学镜片，其包括涂覆有厚度为1至20μm的可剥离水溶性聚氨酯层的超疏水表面，用于防止灰尘污染同时防止超疏水表面降解。
[0019]申请US 2018/099307描述了一种透明基材，其包含具有降低的雾度的防眩光膜，所述防眩光膜含有二氧化硅作为其主要成分和CF3(CH2)n
‑
基团，其中n是1至6的整数并且所述防眩光膜的算术平均表面粗糙度Ra为0.01μm或以上。防眩光膜可以由包含三氟丙基三甲氧基硅烷和鳞状二氧化硅颗粒的液体组合物通过喷涂法施加而获得。
[0020]本专利技术是鉴于上述问题而提出的，并且本专利技术的目的是制备一种具有非常高疏水性的纳米结构膜，其表现出与低能表面相结合的表面粗糙度，以便提供具有防雨功能的亲水表面，同时保持非常好水平的透明度和低雾度，以获得清晰的视觉。防雨特性应足够耐久，在典型的使用条件下不会退化，并且特别地应能抵抗雨滴的冲击。
[0021]但是，当不再需要防雨功能时，使用者也应该容易地将它去除。
[0022]当膜被污垢污染时，应当向制品的使用者提供溶液以恢复初始状态。
[0023]此外，应避免用于获得超疏水表面的多步沉积工艺。
[0024]为了实现上述目的中的一个或多个，并且根据如本文所实施和广泛描述的本专利技术，诸位专利技术人已经定义了一种超疏水膜的结构，所述结构是临时的但对于预期的防雨用途显示出足够的机械强度。当使用者需要时，可以应用本专利技术的防雨处理。当不再需要防雨功能时，膜可以容易地去除，例如通过用布擦拭，并恢复表面最初的亲水性。这个概念允许在同一表面上使用两种不同的功能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制品，其具有至少一个表面，所述表面至少部分地被纳米结构临时超疏水膜涂覆：
‑
与水的静态接触角为至少140
°
，
‑
包含用至少一种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，已经用所述至少一种疏水剂对纳米颗粒进行了功能化，
‑
所述表面在至少部分地被所述纳米结构临时超疏水膜涂覆之前表现出与水的小于60
°
的静态接触角。2.根据权利要求1所述的制品，其中所述疏水剂是有机硅烷，其包含至少一个通过碳原子连接至硅原子的氟化基团和至少一个带有至少一个可水解基团的硅原子。3.根据权利要求2所述的制品，其中所述氟化基团是全氟聚醚基团。4.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述功能化的纳米颗粒被至少一种粘合剂结合。5.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述纳米颗粒具有双尺度粗糙度。6.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述临时超疏水膜包含至少两个不同尺寸范围的纳米颗粒群，第一个具有范围从40至100nm的平均直径，并且第二个具有范围从5至小于40nm的平均直径。7.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述纳米颗粒包括具有平均直径D1的核心纳米颗粒和具有平均直径D2并且优选通过接枝粘附到所述核心纳米颗粒上的纳米颗粒，其中D2＜D1。8.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述纳米颗粒由至少一种金属、至少一种金属氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：依视路国际公司，
类型：发明
国别省市：