[发明专利]易于清洁的表面及其制备方法

说明书

技术领域

本公开广义地涉及易于清洁的表面及制备它们的方法。

背景技术

存在各种商业产品以帮助车主保持车辆表面的外观和清洁。典型的此类产品是声称帮助保护表面免受环境损害同时提供高光泽、光滑外观的蜡、糊剂、和密封剂。通常，此类产品提供常常产生约90°的水接触角的疏水表面(例如，如就卡洛巴蜡、硅氧烷蜡和密封剂而言)。该效应被称为“水珠化”。

当干燥时，水珠化留下由存在于水中的灰尘或其他污染物浓缩引起的斑点形式的灰尘残余。当水特别脏时，例如，如在融雪、泥或路面喷雾中发现的，该问题变得更糟糕。

人们已经研究了表面粗糙度和孔隙率对润湿的影响(参见例如，A.B.D.Cassie和S.Baxter的“多孔表面的润湿性”，法拉第学会学报，1944年，第40卷，第546-551页)(A.B.D.CassieandS.Baxter，“WettabilityofPorousSurfaces”，Trans.FaradaySoc.，1944，Vol.40，pages546-551)。最近，已经努力研究精确表面结构以研发自清洁“荷叶效应”类型的表面；参见例如K.J.Kubiak等人的“可润湿性对工程表面的粗糙度”，Wear，2011年第271卷，第523-528页(“Wettabilityversusroughnessofengineeringsurfaces”，Wear，2011，Vol.271，pp.523-528)。然而，假如此类表面中的许多经由工艺诸如平版印刷、蚀刻或者可以不容易转移到在媒介物上找到的复杂曲线的薄膜沉积制成，那么此类表面的大规模生产一定不简单。

近年来已经引进声称提供“水膜化”而不是“水珠化”行为的各类商业产品，这样可减少或消除干燥时的水斑。水膜是亲水表面引起的，亲水表面可以被水有效地润湿，从而允许水从表面排出。然而，提供持久、耐用的水膜表面的现有产品通常具有缺点，诸如使它们沉积所需的无法接受的高含量溶剂，或需要讨厌的热固化或辐射固化。

因此，存在对于提供持久的水膜效应而不需要在制备它们时使用高含量溶剂或讨厌的固化条件的亲水表面涂层和制备它们的简单的方法的需要。此外，希望此类表面在外观上是美学上可接受的。

发明内容

本公开提供了制备易于清洁的和/或保持清洁的表面，尤其是从水珠化表面制备的方法。该方法包括研磨基材的表面直到其达到指定的粗糙度(例如，R_a在10纳米(nm)至3500nm的范围内，对应于光泽度和/或糙面外观的降低)，并且然后将纳米二氧化硅基涂层组合物处理施加到经研磨的表面。

意料不到的是，根据本公开的沉积在经研磨的表面上的纳米二氧化硅基涂层导致耐用的、水膜的、易于清洁的和/或保持清洁的表面(例如，降低的粉尘积聚、灰尘积聚和/或光泽度的保持)。另外，根据本公开的方法可以容易地用于三维基材和/或其中对专用设备的触达受限的野外定线，并且可以在很少或没有溶剂的情况下操作。有利地，通过使用结构化的研磨产品，该方法可以操作成使得能够避免圆凿和野蛮刮痕，从而导致在美学上期望的均匀外观。

在一个方面，本公开提供了在基材上提供易于清洁的水膜涂层的方法，该方法包括以下步骤：

a)使用磨料制品来研磨基材的表面的至少一部分，以提供具有在10纳米(nm)至3500nm的范围内的表面粗糙度R_a的经研磨的表面；

b)使可涂覆型组合物接触经研磨的表面的至少一部分，其中该可涂覆型组合物包含二氧化硅粒子，并且其中二氧化硅粒子具有100nm或更小的平均粒度；以及

c)至少部分地从可涂覆型组合物去除水，以在基材上提供易于清洁的水膜涂层。

在另一方面，本公开提供了套件，该套件包括：

包含通过粘结剂固定到背衬的磨料颗粒的磨料制品；和

包含二氧化硅粒子的可涂覆型组合物，并且其中二氧化硅粒子具有100nm或更小的平均粒度。

如本文所用，术语“易于清洁的”意指基本上能够通过单独使用皂和水冲洗而清洁，而不需要洗涤工具诸如海绵、擦拭器、布、和/或刷。

如本文所用，术语“R_a”是指平均表面粗糙度，并且被定义为距平均高度的距离的绝对值的积分。平均高度是高度轮廓的算术平均值。函数z(x)是指在评估长度l上测量的位置x处的高度与平均高度之间的差值：