本发明专利技术提供了超疏水涂层，包含超疏水涂层的器件和制品，以及制备超疏水涂层的方法。示例的超疏水器件可以包括基底元件和置于基底元件之上的一个或多个超疏水涂层，其中一个或多个超疏水涂层的至少一个具有至少大约１５０°的水接触角和小于大约１°的接触角滞后。一个或多个超疏水涂层可以包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的主题是关于保护性涂层，并且更具体地是超疏水涂层。
技术介绍
近些年来，据估计防务相关的腐蚀花费大于美国每年总体防务开支的大约7%，并 且所估计的腐蚀相关花费的大约20%包含刮擦和重新油漆钢铁结构。由于阻止钢铁腐蚀的 花费惊人，开发优于传统涂料的多功能涂料有巨大的需求。例如，排斥水的超疏水表面的制 备在金属部件的腐蚀抑制领域，以及在衣物的化学和生物制剂保护领域中，和许多其它应 用当中有着巨大的机会。为获得耐腐蚀材料尝试了许多不同的办法。例如，在金属部件上 形成双层涂层从而制备出一种耐腐蚀材料。双层涂层可以包括疏水的底层和疏水或超疏水 的面层，用于阻止水和/或盐离子穿透涂层的表面。尽管如此，多数的超疏水涂层含氟，而 氟可能是非环境友好的并且其制造可能也并非是成本有效的。因此，有必要克服这些及其它现有技术当中的问题并提供一种坚固并廉价的不含 氟的超疏水涂层。
技术实现思路
根据各种具体实施方案，提供一种制备超疏水涂层的方法。该方法可以包括提 供一种采用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成的超高水含量酸催化聚硅酸 酯凝胶，其中聚硅酸酯凝胶可以包括具有表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔 隙，并且其中流体被置于所述多个孔隙中，该流体包括第一溶剂，烷氧基硅烷酸催化水解的 一种或多种反应产物，和未反应的原料。这种方法也可以包括用第二溶剂替代存在于聚硅 酸酯凝胶的多个孔隙当中的第一溶剂，其中第二溶剂是与第一溶剂不混溶的，并且采用硅 烷化试剂对表面官能团衍生从而形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶。此方法可以进一步包括由 表面衍生的聚硅酸酯凝胶在第三溶剂中形成涂料溶液并且施加涂料溶液至基底表面形成 超疏水涂层。依照各种不同的实施方案，提供一种超疏水器件，其包括基底元件和配置到基底 元件表面上的一个或多个超疏水涂层，其中至少一个所述一个或多个超疏水涂层具有至少大约150°的水接触角和小于大约1°的接触角滞后。一个或多个超疏水涂层可以包括超 高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的 二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。依照其它实施方案，提供了一种包含表面的制品，其表面包括至少一个区域，超疏 水涂层置于此至少一个区域上，其中超疏水涂层可以具有至少大约150°的水接触角和小 于大约1°的接触角滞后。超疏水涂层可以包括超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，聚硅酸酯 凝胶包括具有用硅烷化试剂衍生的表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。实施方案当中的其它优点将在接下来的描述当中被部分地列出，部分地在描述当 中很明显，或可能在本专利技术的实践当中才体会到。这些优点将通过特别是在所附权利要求 当中所指出的基本要素及组合实现和得到。在前的总体描述和接下来的具体描述应当被理解为只是示例性的和说明性的，而 且并不作为对本专利技术的限制，如所声称的那样。伴随的附图，插入并组成说明书的一部分，与文字描述一起来阐明本专利技术的实施 方案，用于解释本专利技术的原理。附图说明图1表示按照本教导制备超疏水涂层的方法。图2图示说明了按照本教导制备的示例的超疏水涂层的部分横截面。图3图示说明了按照本教导制备的示例制品的部分横截面。实施方案说明本专利技术的实施方案将被详细提及，具体实例如伴随的附图中所说明的那样。只要 有可能的话，对所有附图，同一标记编号表示相同或类似部件。尽管描述本专利技术宽泛范围中列出的数字范围和参数是近似值，但是在特定实施例 当中记载的数值总是尽可能地准确。任何数值，固有地包含一定误差，这些误差不可避免地 来源于它们各自测试测量当中的标准偏差。此外，这里公开的所有范围应被理解为包含了 任何和所有其中所含的子范围。例如，范围“小于10”可以包括介于(和包括)最小值零和 最大值10之间的任何和所有子范围，即，具有最小值等于或大于零和最大值等于或小于10 的任何和所有子范围，例如，1-5。在某些情况下，指定作为参数的数值可以呈现负值。在这 种情况下，声明“小于10”范围内的例值可以呈现负值，例如，-1，_2，-3，-10，-20，-30，等。如这里所采用的，“疏水的”和“疏水性”两个词指的是具有大约85°或更高的水 接触角的表面(例如，涂层表面)的可湿性。“超疏水的”和“超疏水性”两个词指的是具有 大约150°或更高的水接触角和很低的接触角滞后(Δ θ = θ Α- θ Β < 1)的表面(例如， 涂层表面)的可湿性。典型地，在疏水表面上，例如，当表面适度倾斜时，2-mm-直径水滴在 上面而不是流出表面。当表面倾斜的时候，在小滴的下坡面润湿角会增加，同时在小滴的上 坡面润湿角会减小。前进的(向下)接触面由于难以推进到后来增加的固体表面上以及后 退的(向上)接触面难以放开它的固体表面部分，小滴倾向于保持不动或固定在原地。如 果前进和后退的接触角之间的差别小于1°，疏水表面描述为具有低接触角滞后。按照本专利技术所教导的各种不同的实施方案，图1所示为一种用于制备超疏水涂层 的示例性方法100，所述超疏水涂层例如是示于图2和图3的示例性超疏水涂层210和310。方法100可以包括提供一种采用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成的超高 水含量酸催化聚硅酸酯凝胶的步骤101，其中聚硅酸酯凝胶可以包括具有表面官能团的二 氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙。在各种不同的实施方案中，流体可以被置于多个孔隙 内。示例性的流体可以包括，但不限于，第一溶剂，烷氧基硅烷酸催化水解的一种或多种反 应产物，和未反应的原料，例如烷氧基硅烷前体。在各种不同的实施方案中，烷氧基硅烷前体可以是通式例如为(R1) xSi (OR) 4_x的有 机改性的硅烷单体，其中X可以是1或2，而且R和R1可以相同或不同，并可以包括有机基 团，例如，烷基，烯基，炔基，芳基，或上述组合。烷氧基硅烷前体可以包括一种或多种硅烷化 合物，包括，但不限于，甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，甲 基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，巯丙基三甲氧基硅烷，氯丙基三甲氧基硅烷，溴丙基三甲氧 基硅烷，碘丙基三甲氧基硅烷，和氯甲基三甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，四甲氧基硅烷，和1， 2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。在一些实施方案当中，第一溶剂可以是任何合适的流体， 例如，甲醇，乙醇，和至少部分与水互溶的任何有机溶剂。在其它实施方案当中，酸可以是任 何合适的酸，例如1. ON盐酸和任何其它氢离子源。在某些实施方案当中，提供超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶的步骤101可以包括 使用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成聚硅酸酯凝胶，使得水与烷氧基硅烷 前体的摩尔比率可以在大约10到大约80的范围内，从而得到“超高水含量”的特征。在 一些实施方案当中，水与烷氧基硅烷前体的摩尔比率大于大约80。在各种不同的实施方 案中，聚硅酸酯凝胶可以采用首先将第一溶剂加入到烷氧基硅烷前体中，然后加水和酸形 成反应混合物的方法来制备。反应混合物然后可以被搅拌并置于大约15°C到大约80°C 的温度范围内大约1天至大约90天的时间，并且在一些情况下反应混合物置于大约40°C 到大约60°C的温度范围内大约3天至大约10天的时间。当反应完成时，聚硅酸酯凝胶可 能会相当坚固并取决于使用第一溶剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种超疏水涂层的制备方法，其包括：提供一种采用第一溶剂、至少一种烷氧基硅烷前体、水和酸形成的超高水含量酸催化聚硅酸酯凝胶，其中聚硅酸酯凝胶包括具有表面官能团的二氧化硅颗粒的三维网络和多个孔隙，并且其中流体置于多个孔隙当中，这种流体包括第一溶剂，烷氧基硅烷的酸催化水解的一种或多种反应产物，和未反应的原料；用第二溶剂替代置于聚硅酸酯凝胶的多个孔隙当中的所述流体，其中第二溶剂与第一溶剂不能混溶；采用硅烷化试剂对表面官能团进行衍生从而形成表面衍生的聚硅酸酯凝胶；表面衍生的聚硅酸酯凝胶在第三溶剂中形成涂料溶液；和施加涂料溶液至基底表面形成超疏水涂层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·基泽尔，
申请(专利权)人：STCUNM公司，
类型：发明
国别省市：US
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