[發(fā)明專利]材料和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280078232.8
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN105120973A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉哲
• 申請（專利權(quán)）人: 墨爾本大學(xué)
• 主分類號: B01D5/00
• 分類號: B01D5/00
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 王靜;張珂珂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及防污涂層(anti-foulingcoatings)以及包括該涂層的基材和裝置。本發(fā)明還涉及涂布基材的方法，與相當(dāng)?shù)奈赐坎蓟南啾龋摲椒ㄓ糜跍p輕或防止在這種涂布基材上產(chǎn)生污垢。

背景技術(shù)

基材會在許多情況下與污物(foulingagent)發(fā)生接觸，這些污物會隨著時間的延長而沉積在基材上。例如，在海洋環(huán)境和水環(huán)境中，在諸如家用設(shè)備、玻璃或其他表面之類的基材上，常常會產(chǎn)生污垢。換熱器和其他與水(尤其是硬水)接觸的機器會隨著時間的延長而產(chǎn)生污垢或結(jié)垢，并且食品和飲料加工設(shè)備以及其他工業(yè)機器或裝置中的許多部件常常會發(fā)生人們所不期望的斑塊累積(plaquebuild-up)或產(chǎn)生污垢。根據(jù)情況的不同，基材的污垢可以是不美觀的、能夠?qū)е滦l(wèi)生或健康以及安全方面的問題、能夠被迫導(dǎo)致耗費成本的設(shè)備停歇時間以及維護/清潔成本、并且降低設(shè)備運行效率。因此，開發(fā)能夠避免或減輕在暴露于污物(如食品和飲料、工業(yè)化學(xué)品、水、牛奶和其他奶制品)、海洋或水環(huán)境、污水等的基材上產(chǎn)生污垢的技術(shù)是人們所迫切需要的，并且存在巨大的商業(yè)動機。

乳品工業(yè)尤其受到設(shè)備污垢的影響，其需要頻繁進行昂貴的清潔步驟以在產(chǎn)生污垢之后恢復(fù)設(shè)備性能。其中顯著的問題不僅僅是清潔的花費和設(shè)備的停歇時間，而且必需的清潔步驟要求使用水、能源和不環(huán)保的化學(xué)清潔劑(如強酸和/或堿)。

由于奶體系的熱不穩(wěn)定性，乳品工業(yè)中的奶垢(milkfouling)非常嚴(yán)重(Changani和Belmar-Beiny，1997)。文獻提出蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)可能均與奶垢的產(chǎn)生有關(guān)，其中奶垢的產(chǎn)生始于表面吸附，并且在不同條件(溫度和流動模式)下涉及不同的機理(Burton1968；Delsing和Hiddink，1983)。隨后發(fā)生由熱引發(fā)的反應(yīng)從而累積污垢層，并最終形成乳石(milkstones)(deJong和Bouman，1992；Delplace、Leuliet等人，1997；Chen和Bala，1998；Chen和Chen，2001；Bansal和Chen，2006)。

根據(jù)處理溫度可將奶沉淀物分為A型和B型沉淀物。A型沉淀物在小于110℃的溫度下產(chǎn)生，其由50重量％至60重量％的蛋白質(zhì)以及30重量％至35重量％的礦物質(zhì)構(gòu)成，這遠高于鮮奶中所發(fā)現(xiàn)的比例。A型沉淀物呈乳脂狀并且為白色，其被稱為蛋白垢。然而，如果過度加熱，則其會變?yōu)樽厣⑶易兊酶?。B型沉淀物在大于110℃的加熱溫度下產(chǎn)生，其由15重量％至20重量％的蛋白質(zhì)以及高達70重量％的礦物質(zhì)構(gòu)成(Lalande、Tissier等人，1984)。據(jù)認(rèn)為主要的礦物質(zhì)化合物為磷酸鈣。這種沉淀物的硬度高于A型沉淀物，呈灰色，其被稱為礦物垢(Burton，1968)。

發(fā)生于(乳品工業(yè)和其他工業(yè)中的)換熱器裝置表面上的人們所不期望的沉淀成為熱傳遞的附加熱阻，這降低了熱傳遞設(shè)備的熱工-水力性能。

例如在乳品工業(yè)中，人們所考慮的試圖減輕表面污垢的一種方法為：改變換熱器表面的特性，以期改變與污物間的相互作用，其中該相互作用會導(dǎo)致第一沉淀層的吸附。其理論為：由于底層結(jié)構(gòu)被改變，因此隨之的污垢反應(yīng)也將發(fā)生改變，并且污垢反應(yīng)有希望被抑制(Liu、Chan等人，2010)。此前，為了減輕熱處理過程中的奶垢，已試驗了防污涂層技術(shù)，如Ni-P-PTFE涂層、Silica、SiOx、和Diamond-likeCarbon(DLC)涂層。盡管這些涂層改變了被這些涂層涂覆的換熱器的污垢行為，但是其結(jié)果并不是商業(yè)上可接受的(Beuf,M.、G.Rizzo等人，(2004))。例如，污垢減輕效果不明顯，或者涂層導(dǎo)致了其他問題，如剝離或者脫落至產(chǎn)品流中、基材劣化、或者產(chǎn)品污染。

在許多工業(yè)中都存在水結(jié)垢問題，尤其是涉及到硬水的工業(yè)。位于換熱器表面上的水垢通常會對熱傳遞產(chǎn)生更大的阻力。在冷卻水應(yīng)用中，硬水中的鈣和鎂形成組合物，該組合物易于從溶液中析出并形成人們所不期望的沉淀物(SultaKhan,Zubair等人，1996)。通過表面特性的改變，也可將水結(jié)垢作用降至最低。

鑒于這些背景，希望研發(fā)這樣一種方法，當(dāng)基材與污物接觸時，該方法能夠防止或者減輕在基材表面上產(chǎn)生污垢。例如，研發(fā)這樣的方法是有用的：該方法能夠防止或者減輕因暴露于各種不同的污物而在一系列不同基材上產(chǎn)生污垢。

通過如下詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他方面將是顯而易見的。

發(fā)明內(nèi)容