[發(fā)明專利]用于在基材上噴涂溶膠-凝膠薄膜的方法和配方

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810889136.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108841213B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·D·克里默;S·D·哈特;D·亨利;V·M·施奈德;S·M·奧馬利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號(hào): C09D1/00
• 分類號(hào): C09D1/00;C09D7/20;C03C17/34;C03C17/25;C03C21/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 項(xiàng)丹;陳哲鋒

提供方法和配方，其用于：選擇含用于在基材上形成薄膜層的材料的溶膠?凝膠前體；選擇溶劑，該溶劑具有等于或大于溶劑沸點(diǎn)閾值的沸點(diǎn)和等于或小于溶劑粘度閾值的粘度；將溶膠?凝膠和溶劑組合成混合物；把混合物施涂到基材表面上；允許混合物在表面上鋪展和調(diào)平；對(duì)所述混合物進(jìn)行干燥和固化中的至少一種以在基材上形成薄層。

本發(fā)明專利申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2013/073974，國(guó)際申請(qǐng)日為2013年12月10日，進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段的申請(qǐng)?zhí)枮?01380072467.0，發(fā)明名稱為“用于在基材上噴涂溶膠-凝膠薄膜的方法和配方”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考

本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§119要求2012年12月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列第61/735,081號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過(guò)參考將其完整地結(jié)合于此。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及用于在基材上噴涂溶膠-凝膠薄膜的方法和配方。

溶膠-凝膠過(guò)程是廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)和陶瓷加工領(lǐng)域中的濕化學(xué)技術(shù)，主要用來(lái)制備金屬氧化物。溶膠-凝膠過(guò)程起始于膠體溶液(所謂的“溶膠(sol)”)，其用作用于離散顆粒或網(wǎng)絡(luò)聚合物的集成網(wǎng)絡(luò)(所謂的“凝膠(gel)”)的前體。典型的前體是金屬醇鹽和金屬鹽(例如氯化物、硝酸鹽和乙酸鹽)，其經(jīng)歷各種形式的水解和縮聚反應(yīng)。溶膠-凝膠的應(yīng)用之一是在基材上制備薄膜。常規(guī)方法是通過(guò)旋涂或浸涂，將溶膠-凝膠施涂到基材上。雖然可能有人宣稱噴涂是用于把溶膠-凝膠施涂到基材的有競(jìng)爭(zhēng)力的選項(xiàng),但現(xiàn)實(shí)是對(duì)于取得在小于或等于約1微米量級(jí)的高度均勻的薄膜，常規(guī)噴涂技術(shù)和配方是不令人滿意的。

雖然噴涂是廣泛使用的涂覆技術(shù)，且呈現(xiàn)低成本優(yōu)勢(shì)、大面積涂覆容量、復(fù)雜的涂覆形狀能力、極小的涂層材料浪費(fèi)以及潛在的均勻涂覆(邊緣-到-邊緣),但噴涂通常受限于較厚的涂層。本領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)是噴涂過(guò)程通常不用于商業(yè)化地制造精確薄膜涂層,例如精確光學(xué)涂層，其中膜需要非常薄(例如，小于約1微米)，且其中需要非常良好地控制層厚度。噴涂不用于將薄膜溶膠-凝膠施涂到基材的原因是當(dāng)噴涂的液滴初始地撞擊基材的表面時(shí),因?yàn)橐旱蔚某跏嫉那蛐涡再|(zhì)，它們形成較粗糙的表面層。結(jié)果,隨著要求膜厚度降低，越來(lái)越難以在施涂的膜中獲得厚度的均勻性。

因此,本領(lǐng)域需要用于在基材上噴涂溶膠-凝膠薄膜的新方法和配方。

概述

已發(fā)現(xiàn)，為了成功地使用噴涂技術(shù)來(lái)將溶膠-凝膠液體膜施涂到基材上(即,在膜特別是薄膜中獲得可接受的厚度均勻性),必須滿足許多條件。液體膜應(yīng)在基材表面上呈現(xiàn)合適的潤(rùn)濕性能,從而噴涂液滴同時(shí)在表面上調(diào)平(level)和鋪展(spread)。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)液體膜的表面能/表面張力較低時(shí)，實(shí)現(xiàn)調(diào)平和鋪展。但是，已發(fā)現(xiàn)涂層材料的表面能/表面張力不應(yīng)太低，因?yàn)楸砻婺鼙旧硎且后w膜取得合適的調(diào)平的主要驅(qū)動(dòng)力。此外，液體膜的粘度優(yōu)選地較低，從而液體材料可容易地流動(dòng)并因此自我調(diào)平。此外，極小化液體膜中橫向空間擾動(dòng)(disturbance)的尺寸也是有用的,因此，例如極小化噴涂液滴尺寸是有用的。此外,液體配方應(yīng)與溶膠的膠體納米顆粒兼容，從而不促進(jìn)凝聚(agglomeration)或過(guò)早的增加粘度。

已觀察到液體膜的調(diào)平速度取決于膜的厚度,因?yàn)楣腆w基材表面形成抵抗液體膜的調(diào)平流動(dòng)的粘性拖曳。更靠近固體基材的液體膜的分子經(jīng)歷更大的粘性拖曳，因此薄膜特別難以自我調(diào)平，以及調(diào)平速度隨著膜厚度的下降成指數(shù)地減慢。隨著膜調(diào)平速度變得非常低,膜不能在液體膜的粘度增加(在干燥過(guò)程)到抑制進(jìn)一步調(diào)平的程度之前的可行的時(shí)間長(zhǎng)度中調(diào)平。使用典型的現(xiàn)有技術(shù)方法,干燥過(guò)程可導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)合適的調(diào)平之前使液體膜變成固體，得到非均勻的膜。

這些調(diào)平和鋪展影響可通過(guò)下述的調(diào)平公式來(lái)總結(jié):

其中T_1/2是擾動(dòng)調(diào)平到其原始高度一半所需的時(shí)間,η是粘度(在低剪切速率下),λ是擾動(dòng)的橫向波長(zhǎng),γ是表面張力,h是平均膜厚度。