[發(fā)明專(zhuān)利]無(wú)氟防油涂層及其制作方法和用途

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880040346.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110799596A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·齊;E·P·賈內(nèi)利斯;J·范
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 康奈爾大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08L83/04
• 分類(lèi)號(hào): C08L83/04;C09D167/06;C09D183/04
• 代理公司: 11517 北京市君合律師事務(wù)所
• 代理人: 何箏;顧云峰

本申請(qǐng)?zhí)峁┝藷o(wú)氟的疏油層，所述層包括一個(gè)或多個(gè)聚二甲基硅氧烷樹(shù)脂層。所述層可被置于基底的部分或全部表面上。還提供了制造和使用所述層的方法。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2017年4月17日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)62/486,245的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。

發(fā)明領(lǐng)域

本公開(kāi)總體上涉及基于聚合物的疏油涂層。更具體地，本公開(kāi)涉及基于聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)樹(shù)脂的疏油涂層。

背景技術(shù)

紡織行業(yè)承受著巨大的壓力，它必須從其產(chǎn)品和供應(yīng)鏈中清除所有的有害化學(xué)物質(zhì)。在該化學(xué)物質(zhì)清單上，含氟化合物排在首位。全氟和多氟物質(zhì)由于具有疏水疏油特性，因此在許多工業(yè)應(yīng)用和消費(fèi)產(chǎn)品(例如地毯、服裝和室內(nèi)裝潢)中極具吸引力。多氟化合物具有抗降解性，并在環(huán)境中長(zhǎng)期存在。它們會(huì)生物蓄積，并且其中一些至少在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中與不良的健康效應(yīng)有關(guān)。

找到基于氟的化合物的替代品并同時(shí)保持相同水平的性能和耐用性并非易事。防油涂層可用于多種消費(fèi)產(chǎn)品和工業(yè)應(yīng)用(例如防潮和自清潔)中。雖然有許多超疏水涂層的實(shí)例，但是在高度疏油涂層方面進(jìn)展有限。許多超疏水涂層被證明是親油的。另外，與超疏水的狀態(tài)相反，疏油性可能會(huì)根據(jù)油的類(lèi)型而有顯著的不同。對(duì)某些油呈超疏油性的表面(接觸角>150°)可能對(duì)具有較低的表面張力的另一種油呈親油性。

對(duì)疏油涂層進(jìn)行改性的困難源于材料的基本限制。由于烴油表面張力通常在20-36mN/m范圍內(nèi)，因此根據(jù)Young方程，光滑的防油基底的表面張力必須小于20mN/m²。具體地說(shuō)，橄欖油的表面能為～32mN/m，并且根據(jù)它們的類(lèi)型，植物油的表面能通常低至30s mN/m。礦物油是疏油性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試(1級(jí))中使用的第一種油，其表面能為31.5mN/m。對(duì)低表面能的要求表明，最常用的材料本質(zhì)上不是疏油性的。只有很少的氟化材料可以滿(mǎn)足疏油性的這一先決條件。事實(shí)上，迄今為止開(kāi)發(fā)的所有所謂的超疏油涂層都使用具有大量的-CF₂-和-CF₃基團(tuán)的氟化化合物，例如PTFE、全氟硅烷和全氟聚合物。考慮到材料的固有表面張力的限制，基本上所有以前開(kāi)發(fā)的高疏油涂層都基于具有低表面能的氟化材料。

隨著對(duì)超疏水材料的開(kāi)發(fā)，可以引入適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙纫栽鰪?qiáng)疏油性。例如，已經(jīng)提出了凹角結(jié)構(gòu)(re-entrant structures)來(lái)制備疏油表面。

表1.有關(guān)高度疏油表面的先前工作總結(jié)

雖然使用這些凹角結(jié)構(gòu)降低了基底對(duì)表面張力的要求，但是凹角結(jié)構(gòu)的制造(通常通過(guò)光刻與化學(xué)蝕刻相結(jié)合)往往很困難且成本高昂，特別是對(duì)于柔性基底來(lái)說(shuō)更是如此。對(duì)于實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用，基本上所有以前開(kāi)發(fā)的高疏油涂層仍然基于具有極低表面能的氟化材料。

在使用非氟化材料開(kāi)發(fā)疏油涂層方面所做努力非常有限。常用的PDMS的表面能為約22–24mN/m。因此，PDMS處理(finishing)通常不能提供有效的疏油涂層，因?yàn)楸砻婺懿粔虻汀Ａ硗猓捎诨椎牟煌再|(zhì)，PDMS處理(finishing)在粘合性、均勻性和機(jī)械性能方面可能存在問(wèn)題。