[發明專利]超疏水性粉體、具有超疏水性表面的結構體及這些的制造方法

無效

• 申請號: 200980131390.3
• 申請日: 2009-07-27
• 公開（公告）號: CN102119245A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 金仁華;袁建軍
• 申請（專利權）人: 財團法人川村理化學研究所;DIC株式會社
• 主分類號: D06M11/79
• 分類號: D06M11/79;C01B33/18;C08K3/36;C08K9/06;C08L79/02;C09K3/18
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及以具有疏水性基團的二氧化硅系納米纖維的締合體為基本結構的超疏水性粉體、使用該粉體的具有超疏水性表面的結構體、及這些的制造方法。

背景技術

在固體表面接觸水滴時，水滴的接觸角為150°以上的情況定義為超疏水性。接觸角為70～150°的范圍則定義為疏水性。通常疏水性是通過以表面張力低的分子殘基覆蓋表面而表現的，超疏水性難以僅用表面張力低的分子殘基來表現。

另一方面，自然界的生物中顯示超疏水性的物質很多。例如，蓮、稻、卷心菜等的葉子具有完全不沾水滴的超疏水性(超拒水性)。例如，已知蓮葉的超疏水性與葉的表面結構具有密切的關系。即，已知納米纖維在整個表面擴展的同時形成表層，且在其上納米纖維的締合體這樣的微米級的凸起物按一定距離形成最表面層，且這些納米纖維的表面存在疏水性蠟。這揭示了，為了表現超疏水性，表面粗糙，即、納米量綱的表面結構和形狀的控制是最重要的。

亦稱為蓮的效果的超疏水性表現的結構原理成為許多人工蓮類似結構設計法的開發的指南，隨著納米材料的進展，在這幾年中，多數開發了各種超疏水性材料。例如，據報告，通過將碳納米管在基材表面上規則地排列，獲得了170°以上的接觸角(例如，參照非專利文獻1)。另外，據報告，在涂布了鉑的硅表面上，用電化學工藝使聚吡咯的納米纖維生長，從而使表面接觸角為170°以上(例如，參照非專利文獻2)。另外，在400℃以上的溫度下，在玻璃基材表面上形成氧化鋅的納米晶體種膜，然后通過在其上使無數的棒狀氧化鋅納米纖維生長，從而表現了超疏水性(例如，參照非專利文獻3)。

作為簡單的方法，例如有人報告了將一定的不良溶劑添加到聚丙烯的溶液中，然后將其在基材表面上流延，調整溫度，從而形成由聚丙烯的納米顆粒構成的網狀結構，由此可以將接觸角提升至160°(例如，參照非專利文獻4)。另外，通過使由硅、硼、鈉的氧化物構成的玻璃具有相分離結構，進一步用化學處理將其蝕刻，在其表面上衍生凹凸結構后，最后使氟化合物反應從而可使表面表現超疏水性(例如，參照專利文獻1)。此外，還已知的是，在制作聚芳基胺與聚丙烯酸的層疊膜之后，通過用化學法處理其表面而衍生表面多孔結構，將二氧化硅納米顆粒固定于其上后，最后用具有氟化烷基的硅烷偶聯劑使之疏水化，從而構筑了超疏水性界表面(例如，參照專利文獻2)。

在眾多的公知文獻中頻繁提及超疏水性膜及它們的制作方法，但它們多數相當于對基材表面的糙度(即，粗糙度)的加工方法，其表面處理加工過程容易變復雜，成本也高。另外，在以有機聚合物為基礎的超疏水性表面的情況下，雖然成本低，但所得超疏水性表面的耐溶劑性、耐腐蝕性低，因此具有實用上的問題。

對將粉體本身制成超疏水性(超據水性)、或者此外使用該超疏水性粉體構成超疏水性膜的研究極其稀少，列舉最近的1個例子，發現2-3μm大小的氧化鐵(α-Fe₂O₃)粉體通過在表面具有花瓣結構而表現超疏水性(例如，參照非專利文獻5)。然而，前述非專利文獻5提出的技術應用范圍很狹小，并不是工業上的簡便方法。

另一方面，作為自然界中的超疏水性的粉體，可理解為例如，蠅蝽的腳相當于超疏水性粉體的集合體。蠅蝽的腳的結構是超疏水性的，源于此而發生的水的浮力和表面張力相結合，從而可以使其腳的25倍以上的重量的身體浮在水面上，通過在其上施加彈力，蠅蝽可以像飛過水面那樣走(例如，參照非專利文獻6。)。超疏水性粉體的開發在產業上的利用價值高，尤其是以自然界中大量存在的硅化合物作為原料并可以用簡便的制造方法合成時，則使其應用更加廣泛，是可期待的大課題。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特表2008-508181號公報

專利文獻2：美國專利申請公開第2006/029808號說明書

非專利文獻

非專利文獻1：Sun?et?al.，Acc.Chem.Res.，2005，38，644-652

非專利文獻2：Li?et?al.，J.Mater.Chem.，2008，18，2276-2280

非專利文獻3：Feng?et?al.，J.Am.Chem.Soc.，2004，126，62-63

非專利文獻4：Erbil?et?al.，Science，2003，299，1377-1380

非專利文獻5：Cao?et?al.，Appl.Phys.Lett.，2007，91.034102

非專利文獻6：Gao?et?al.，Nature?2004，432，36