超疏水性表面制造技术

本发明专利技术涉及基底的表面或基底自身，所述基底的表面或基底自身当用包含疏水性组分、纳米结构的颗粒和水的配方处理时显示超疏水性特性。超疏水性可以被应用于整个表面上，贯穿基底材料或在基底材料上形成图案，和/或直接穿透基底材料的z-向厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超疏水性表面专利
本专利技术涉及当用包含水基的非有机溶剂的组合物处理时显示超疏水性性质的表面。专利技术背景超疏水性表面显示大于150°的固着水接触角。此外，如果表面显示小于10°的水滴滚动（滑动）角，则认为表面是“自动清洁的”。在自然界中，荷花叶显示这种性质（所谓的荷叶效应）。多数人造材料，例如织物、无纺织物、纤维素纸巾、聚合物膜等没有具有这种性质的表面。当前，通常有两种方法来修饰非超疏水性表面以实现荷叶效应。一个方法是将疏水性单体接枝到非超疏水性材料的每个表面上。这种方法使得材料在整个材料的厚度具有超疏水性，这在大多数情况下是不希望的。这种方法也是不具有成本效益的，不能被用于连续的制备，并且可能会导致不良的环境问题。另一个方法是将特别配制的液体分散体涂覆到表面上，并且通过后续的干燥，形成纳米结构的超疏水性膜。为了利用这种方法，沉积的膜必须显示超疏水性表面的化学和物理的形态学特征。首先，配方需要至少一种低表面能（即疏水性）组分，例如全氟化的聚合物（例如，聚四氟乙烯），第二，所处理的表面必须具有粗糙的表面纹理，优选在几个长度级-微米级和纳米级粗糙度。尽管存在能够实现超疏水性表面的各种配制的分散体，但是这些分散体都没有显示为纯水基的。对于众多的安全、健康、经济和环境问题，同样重要的是当关于商业规模生产时，分散体是完全水基的，因为这将减少与有机溶剂的使用有关的问题。专利技术概述本专利技术涉及包含用组合物处理的基底的超疏水性表面，所述组合物包含：（a）疏水性组分，（b）纳米结构的颗粒，和（c）水。附图的简要说明图1显示了由于其小孔尺寸d和高疏水性（高接触角θ）导致的耐水渗透的非可湿性多孔基底。图2显示了水和水+异丙醇（IPA）混合物对疏水性熔喷基底（样品1）和亲水性纤维素基的基底（样品4）的渗透压（静水压），所述样品1和样品4两者都用水性氟化物分散体PMC（商品名CapstoneST-100，氟化丙烯酸共聚物，在水中20wt%，得自DuPont）涂覆。在这个配方中没有纳米结构的颗粒，其中每单位面积的涂层质量为>10g/m2。图3（a）显示了用染料染色用于荧光可视化的疏水性熔喷基底的三维共聚焦显微图像。图3（b）显示了疏水性熔喷基底的空隙率作为原始基底（未涂覆的，空心方形）和有疏水性涂层的同样的基底（空心圆形）的基底深度的函数。图3（c）显示了纺粘基底的空隙率作为原始基底（未涂覆的，空心方形）和有疏水性涂层的同样的基底（空心圆形）的基底深度的函数。图3（d）显示了毛巾的空隙率作为原始基底（未涂覆的，空心方形）和有疏水性涂层的同样的基底（空心圆形）的基底深度的函数。图4（a）显示了固着接触角测量技术。涂层纹理是可见的。图4（b）显示了静止在涂覆的KC基底上的水滴珠。图5（a）显示了用配方以涂层等级为13.7g/m2涂覆后的五种不同样品的静水压（hydrohead）。图5（b）显示了用配方以涂层等级为27.4g/m2涂覆后的五种不同样品的静水压。图6（a）和6（b）显示了两种不同样品的静水压。测试用两种探测液体进行。图7显示了用配方以涂层等级为78.4g/m2涂覆后的两种不同样品的静水压。图8显示了用配方以47g/m2的速度涂覆的两种样品的静水压。图9显示了用不同配方涂覆的两种样品的静水压。涂覆等级为水形成珠状所需的最小值，但是不保证可测量的水渗透压。专利技术的详细描述除非另外特别阐明，所有的百分比均为总组合物的重量百分比。除非另外特别阐明，所有的比率均为重量比。术语“超疏水性”是指表面非常有效地防水的性质。这种性质通过超过150°的水接触角来量化。如本文所使用，术语“疏水性”是指水接触角为约90°至约120°的表面防水的性质。如本文所使用，术语“亲水性”是指具有远低于90°的水接触角的表面。如本文所使用，术语“自动清洁的”是指在倾斜表面上水的滚动角小于10°的防水性质。如本文所使用，术语“无纺纤网”或“无纺织物”是指具有单个纤维或线结构的纤网，所述的单个纤维或线是互叠的，但并非以针织纤网中可识别的方式互叠。无纺纤网已由多种工艺成形，例如熔喷工艺、纺粘工艺、气流成网工艺、共成形工艺和粘合梳理纤网工艺。无纺纤网的基重通常以材料盎司每平方码（osy）或克每平方米（gsm）表示，并且纤维直径通常以微米表示，或者在短纤维的情况下，以旦尼尔表示。需要注意的是，要从osy转化为gsm，用33.91乘以osy。如本文所使用，术语“纺粘纤维”是指分子定向聚合材料的小直径纤维。纺粘纤维可以通过将熔融的热塑性材料作为纤维从多个细的、通常为圆形的喷丝头的毛细管中挤出，然后快速减小挤出纤维的直径来成形，例如在Appel等人的第4,340,563号美国专利、Dorschner等人的第3,692,618号美国专利、Matsuki等人的第3,802,817号美国专利、Kinney的第3,338,992号和第3,341,394号美国专利、Hartman的第3,502,763号美国专利、Dobo等人的第3,542,615号美国专利和Pike等人的第5,382,400号美国专利中的。当纺粘纤维沉积在收集表面上时通常不发粘，并且通常是连续的。纺粘纤维的直径通常为约10微米或更大。然而，可以通过各种方法来实现细纤维纺粘纤网（具有小于约10微米的平均纤维直径），所述方法包括但不限于在共同转让给Marmon等人的第6,200,669号美国专利和共同转让给Pike等人的第5,759,926号美国专利中所述的那些方法。熔喷无纺纤网由熔喷纤维制备。如本文所使用，术语“熔喷纤维”是指通过以下步骤成形的纤维：将熔融的热塑性材料经过多个细的、通常为圆形的模具毛细管作为熔融的线或丝挤出进入会聚的高速、通常为热的气体（例如空气）流中，所述气体流使熔融的热塑性材料的丝变细以减小其直径，该直径可以减小至微纤维直径。随后，熔喷纤维由高速气体流携带，并沉积在收集表面上，形成随机分散的熔喷纤维的纤网。此种方法例如在Buntin的第3,849,241号美国专利中公开。熔喷纤维是连续的或非连续的微纤维，平均直径通常小于10微米（使用至少为10的样本量），并且当沉积在收集表面上时通常是发粘的。如本文所使用，术语“聚合物”通常包括但不限于均聚物；共聚物，例如嵌段、接枝、无规和交替共聚物；三元共聚物等；以及它们的共混物和改性物。此外，除非另外具体限制，术语“聚合物”应包括分子的所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间同立构和随机对称。如本文所使用，术语“多组分纤维”是指由从分离型挤出机挤出但是纺在一起以形成一种纤维的至少两种聚合物成形的纤维或丝。多组分纤维有时也被称为“结合（conjugate）”或“双组份”纤维或丝。术语“双组分”是指有两种聚合组分制成所述纤维。所述聚合物通常彼此不同，但是如果各组分中的聚合物在一些物理性质（例如熔点、玻璃化转变温度或软化点）上彼此不同，那么结合纤维可以由相同的聚合物制备。在所有情况下，所述聚合物被布置在穿过多组分纤维或丝的横截面大体上恒定定位的不同区域中，并沿着多组分纤维或丝的长度连续延伸。这样的多组分纤维的结构可以是，例如皮/芯布置，其中一种聚合物被另一种聚合物包围；并列式布置；馅饼式布置；或“海中岛”式布置。多组分纤维在Kaneko等人的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水性表面，其包含用组合物处理的基底，所述组合物包含：a.疏水性组分；b.纳米结构的颗粒；和c.水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.28 US 13/193,0651.一种超疏水性表面，其包含用组合物处理的基底，所述组合物包含：a.疏水性组分；b.纳米结构的颗粒，其中所述纳米结构的颗粒包含纳米粘土；和c.水；其中所述疏水性组分与纳米结构的颗粒的重量比为1：1至4：1，以及按组合物的重量计，所述疏水性组分和所述纳米结构的颗粒以1.0％至3.0％的量存在。2.权利要求1的超疏水性表面，其中所述疏水性组分选自氟化的聚合物及其混合物。3.权利要求1的超疏水性表面，其中所述疏水性组分选自全氟化的聚合物及其混合物。4.权利要求1的超疏水性表面，其中所述纳米结构的颗粒为纳米粘土或纳米粘土与火成氧化硅、疏水性二氧化钛和氧化锌中一种或多种的混合物。5.权利要求1的超疏水性表面，其中按组合物的重量计，水以95％至99％的量存在。6.权利要求1的超疏水性表面，其还包含按组合物的重量计0％至3％的表面活性剂。7.权利要求6的超疏水性表面，其中所述表...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦建，D·E·沃尔德鲁普，C·M·麦加里迪斯，T·M·舒茨尤斯，I·S·拜耳，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US