[发明专利]耐久的超疏水涂层

说明书

一种超疏水涂层，包括复数个颗粒及树脂。该颗粒共价键结至该树脂，且该树脂并不填充该超疏水颗粒的孔，故该超疏水颗粒的三维表面形貌得以保存。

技术领域

本发明有关超疏水涂层，尤其有关包括能共价键结至多种表面的颗粒的超疏水涂层。

背景技术

“超疏水”表面或颗粒通常定义为，本文中也定义为，与水滴的接触角大于150度。超疏水(SH)涂层的研究已经进行多年。超疏水涂层为何尚未广泛商用的主要原因是因为其耐久性的先天性缺失。这一耐久性的缺失由超疏水颗粒本身造成，这些颗粒不仅排斥水，通常也排斥能用以将它们粘附到多种表面的粘合剂。因此，为了克服对粘合剂的排斥力，往往需要加入大量粘合剂。但是出现了下述问题，在某些例子中，通过接触令该超疏水颗粒具有超疏水性所需的纳米规格的表面形貌，找到超疏水颗粒所需的粘合剂的量摧毁了涂层的超疏水行为。

此外，典型超疏水涂层仅在涂层外表面是超疏水的。一旦该外表面被磨去，表面就不再超疏水。超疏水性的这一流失是因为超疏水颗粒或结构被自该表面移除。通常，位于该表面下方的颗粒的纳米孔和纳米纹理化表面被下方涂覆材料堵塞，典型令它们变得非超疏水。

在标准静电喷粉制程中，干燥树脂粉末被静电喷洒在给定的电接地的基板上。荷电的干燥粉末通过静电力黏合到接地的基板上。当该干燥树脂固化时，它变得良好地结合至该基板。

能令表面超疏水的耐久性超疏水涂层极具价值。这些表面的应用近乎无限。例如，超疏水汽车玻璃上几乎不驻留雨水；且超疏水船壳会最小化船壳与水之间的摩擦力。因此，存在需求以将超疏水颗粒束缚在多种表面上，从而所得涂层耐久且保留其超疏水特征。

发明内容

通过提供包括超疏水粉末及树脂的超疏水涂层，本发明的多个具体实例解决了上述问题，其中，该涂层包含具有定义孔的三维纳米结构表面形貌的超疏水颗粒。该超疏水颗粒可包埋在该树脂内。根据某些具体实例，树脂不完全填充超疏水颗粒的孔，因此，该超疏水颗粒的三维表面形貌得以保存。

超疏水颗粒可包含疏水涂层。该疏水涂层可遵循超疏水颗粒的表面，以保存该颗粒的纳米结构表面形貌。超疏水颗粒可包含硅藻土颗粒。硅藻土颗粒具有纳米结构表面形貌。根据多个具体实例，当以疏水涂层涂覆硅藻土颗粒时，该硅藻土颗粒甚至在以疏水涂层涂覆后仍可保留其纳米结构表面形貌。根据多个具体实例，任何或全部超疏水颗粒可具有多孔芯。该超疏水颗粒的多孔芯可以是亲水的。硅藻土是一种天然亲水的多孔芯的实例。超疏水颗粒的多孔芯可以是硅酸盐。可蚀刻该硅酸盐以提供纳米结构表面形貌。

其内部包埋有超疏水颗粒的树脂可以是疏水的。多种聚合物可用作该树脂。本文中，术语“树脂”意指任何固体或液体合成性或天然有机聚合物，且并不限于自某些植物的天然分泌物获得的材料。

超疏水颗粒的孔体积的小于50％可被树脂填充。超疏水颗粒的直径可为0.1至20μm之间，或1至20μm之间。超疏水颗粒的直径可为10至20μm之间。对于本申请的目的，术语“孔体积”指代空洞体积占颗粒总体积的分数。本文中，术语“孔体积”的意义与“孔隙度”或“空洞分数”相同。孔体积可表达为0至1之间的分数，或0至100％之间的百分比。颗粒的孔体积可通过任何已知方法测量，包括直接法、光学法、计算机断层成像法、吸液法、水蒸发法、压汞法、气体膨胀法、热孔隙度测定法、及冰冻孔隙度测定法。

超疏水颗粒与树脂的体积比可为1:4至1:20之间，1:5至1:7之间，1:1至1:4之间，或1:1.5至1:2.5之间。例如，超疏水颗粒与树脂的体积比可为约1:6，或约1:2。

用于超疏水涂层的前体粉末可包括具有超疏水颗粒及复数个树脂颗粒的超疏水粉末。该超疏水颗粒具有包含孔的三维表面形貌。该树脂颗粒可包括树脂材料，其在固化时能环绕并包埋该超疏水颗粒，同时不完全填充该超疏水颗粒的孔。