無氟防油涂層及其制作方法和用途技術(shù)

本申請?zhí)峁┝藷o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。用所述層的方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
無氟防油涂層及其制作方法和用途
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請是申請?zhí)枮?01880040346.0的中國專利技術(shù)專利申請(其申請日為2018年4月17日，專利技術(shù)名稱為“無氟防油涂層及其制作方法和用途”)的分案申請，原申請為國際申請?zhí)枮镻CT/US2018/028029的中國國家階段申請，該國際申請要求2017年4月17日提交的美國臨時(shí)申請62/486,245的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用并入本申請。
專利

[0003]本公開總體上涉及基于聚合物的疏油涂層。更具體地，本公開涉及基于聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)樹脂的疏油涂層。

技術(shù)介紹

[0004]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)境中長期存在。它們會生物蓄積，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)。
[0005]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，疏油性可能會根據(jù)油的類型而有顯著的不同。對某些油呈超疏油性的表面(接觸角>150
°
)可能對具有較低的表面張力的另一種油呈親油性。
[0006]對疏油涂層進(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，橄欖油的表面能為～32mN/m，并且根據(jù)它們的類型，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)測試(1級)中使用的第一種油，其表面能為31.5mN/m。對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足疏油性的這一先決條件。事實(shí)上，迄今為止開發(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，基本上所有以前開發(fā)的高疏油涂層都基于具有低表面能的氟化材料。
[0007]隨著對超疏水材料的開發(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)來制備疏油表面。
[0008]表1.有關(guān)高度疏油表面的先前工作總結(jié)
[0009][0010][0011][0012][0013]雖然使用這些凹角結(jié)構(gòu)降低了基底對表面張力的要求，但是凹角結(jié)構(gòu)的制造(通常通過光刻與化學(xué)蝕刻相結(jié)合)往往很困難且成本高昂，特別是對于柔性基底來說更是如此。對于實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用，基本上所有以前開發(fā)的高疏油涂層仍然基于具有極低表面能的氟化材料。
[0014]在使用非氟化材料開發(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題。
[0015]通過微流體硅油乳液模板制備過獨(dú)立的疏油膜。該膜具有均勻的帶有狹窄開口的蜂窩狀微腔，其可被稱為凹角結(jié)構(gòu)。該膜無需使用任何碳氟化合物來進(jìn)行表面改性也無需復(fù)雜的光刻工藝就能表現(xiàn)出防油性和柔韌性。然而，微腔膜的耐磨性有限。狹窄腔開口的薄頂層很容易磨損，從而使得該膜的疏油性降低甚至變得親油(雖然該膜仍然可以是超疏水性的)，這是因?yàn)槠浒冀墙Y(jié)構(gòu)喪失了。為了生成明確的微腔結(jié)構(gòu)，將相對均勻、平坦的基底上的精細(xì)溶劑蒸發(fā)用于乳液模板化過程中。這對于粗糙的基底(例如裝飾織物)來說更困難，因?yàn)槊?xì)作用導(dǎo)致了溶劑蒸發(fā)的不均勻。更重要的是，微腔的典型尺寸在數(shù)十微米的范圍內(nèi)，這與許多普通纖維的直徑類似或甚至比其更大，從而使微流體乳液模板化局限于織物處理(finishing)的應(yīng)用，更別提工藝放大了。潛在的解決方案是將膜用作基底上的附加防油膜。但是，這種疏油表面的手感和外觀可能會有所折損。
[0016]基于前述內(nèi)容，需要找到紡織和其他工業(yè)中所使用的基于氟的化合物的替代品，并且同時(shí)要保持相同水平的性能和耐用性，這一需求一直存在，且還沒有得到滿足。
[0017]專利技術(shù)概述
[0018]本申請?zhí)峁┝吮恢糜诨?例如，織物、纖維、細(xì)絲、玻璃、陶瓷、碳、金屬、木材、聚合物、塑料、紙、膜、混凝土、磚等)的部分或全部表面(例如，外表面的部分或全部)上的層，所述層具有小于或等于22mJ/m2(例如，小于22mJ/m2)的表面張力。本申請還提供了所述層的制作方法和所述層的用途。
[0019]在一個(gè)方面，本申請內(nèi)容提供了被置于基底的部分或全部表面(例如，部分或全部外表面)上的層(例如，分子粗糙層)，所述層具有小于或等于22mJ/m2(例如，小于22mJ/m2)的表面張力。一種或多種層可以是一種或多種無氟層(例如，一種或多種基本上無氟的層)。層可以包含多個(gè)單獨(dú)的層。
[0020]層可以包含一種或多種PDMS樹脂。例如，樹脂包含多個(gè)PDMS部分。例如，PDMS樹脂包含可交聯(lián)基團(tuán)，包括但不限于，丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、烯丙基、乙烯基、硫醇、羥基、硅烷醇、羧酸、醛、胺、異氰酸酯、疊氮化物、炔烴、環(huán)氧、鹵化物、氫及其組合。所述可交聯(lián)基團(tuán)可以通過一個(gè)或多個(gè)化學(xué)鍵(例如，共價(jià)鍵、離子鍵、氫鍵、范德華相互作用或其組合)與所述基底相互作用(例如，與所述基底共價(jià)地和/或非共價(jià)地結(jié)合)。在一個(gè)實(shí)例中，PDMS樹脂包含側(cè)基支鏈PDMS樹脂和直鏈PDMS樹脂。
[0021]層可被置于基底的部分或全部表面(或全部表面或全部外表面)上。基底可以具有各種尺寸和形狀。基底可以具有各種成分。基底可以是織物、纖維、細(xì)絲、玻璃、陶瓷、碳、金屬、木材、聚合物、塑料、紙、膜、混凝土、磚等。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)所述基底是織物時(shí)，所述織物是天然的織物或被改性成超親水、親水、疏水或超疏水的織物。
[0022]在一個(gè)方面，本申請?zhí)峁┝酥苽浔旧暾埶鰧拥姆椒āＫ龇椒ɑ趯DMS樹脂涂布在基底上。
[0023]在各種實(shí)例中，一種形成被置于基底(例如本文所述基底，例如織物、纖維、細(xì)絲、玻璃、陶瓷、碳、金屬、木材、聚合物、塑料、紙、膜、混凝土、磚等)的部分或全部外表面(例如所有外表面)上的層(例如，分子粗糙層)的方法，所述層具有小于或等于22mJ/m2的表面張力(例如，具有小于22mJ/m2的表面張力的包含固化的PDMS樹脂的層)，所述方法包括：提供基底(例如，織物)；用PDMS樹脂(例如，側(cè)基支鏈PDMS樹脂或直鏈PDMS樹脂)(例如，本公開所述PDM本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種制品，其包含一種或多種織物，所述織物包含被置于織物的部分或全部外表面上的一種層，其中所述層包含一種或多種PDMS樹脂，每種PDMS樹脂包含一種或多種聚合物，每種聚合物包含：一種或多種主鏈，所述主鏈選自：直鏈聚(二甲基硅氧烷)、支鏈聚(二甲基硅氧烷)、烴類聚合物、聚丙烯酸酯、聚(甲基丙烯酸酯)、聚(苯乙烯)、聚(乙烯基酯)、聚(烯丙基醚)、聚酯、聚氨酯、聚脲、聚酰胺、聚酰亞胺、聚砜或其組合，以及多種側(cè)基，所述側(cè)基通過連接基團(tuán)共價(jià)鍵合到所述主鏈上，其中所述側(cè)基選自以下結(jié)構(gòu)：2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述層是一種疏油層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述連接基團(tuán)選自由以下組成的組：烷基、芳基、甲硅烷基部分，或其組合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述連接基團(tuán)在每次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地選自：
?
CH2?
基團(tuán)、
?
CH2CH2?
基團(tuán)、
?
CH2CH2CH2?
基團(tuán)、基團(tuán)、基團(tuán)、基團(tuán)、
?
Si(CH3)2O
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、
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CH2O
?
基團(tuán)、
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CH2CH3O
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基團(tuán)、
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CH2N
?
基團(tuán)、
?
CH2SO2?
基團(tuán)，其中n在每次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地為0
?
40。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述織物是編織的或非編織的。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述織物選自棉、聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍、聚酯、氨綸、絲綢、羊毛、粘膠、纖維素纖維、丙烯酸、聚丙烯、皮革或其組合。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述層包含一種或多種聚合物鏈和至少一種兩條聚合物鏈之間的交聯(lián)部分。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述層包含一種或多種聚合物鏈和至少一種聚合物鏈與所述織物之間的交聯(lián)部分。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制品，其中所述至少一種交聯(lián)部分選自：
及其組合，其中R3為具有1至40個(gè)碳的烴基且n為0
–
600。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述一種或多種聚合物通過一種或多種的聚合反應(yīng)而形成，所述單體選自包含一種或多種脂族部分的烷基甲硅烷基化合物，其中所述一種或多種脂族部分含有一個(gè)或多個(gè)不飽和度，其包含烯基基團(tuán)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述一種或多種聚合物通過包含所述側(cè)基的第一前體以及任選地第二前體的聚合反應(yīng)而形成，其中所述第二前體是雙官能前體或多官能前體。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制品，其中所述第一前體選自13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：齊耿耿，E，
申請(專利權(quán))人：康奈爾大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：