[发明专利]排斥液体和粘弹性物质以及防生物污染的涂层

说明书

经涂覆的基材的光滑表面排斥液体和粘弹性物质并且可以具有防沾污和防生物污染性能。通过向该表面施加化学层和润滑剂可以涂覆所述光滑表面。该经涂覆的表面可用于马桶、小便池或其他处理液体和粘弹性物质如人类消化系统的固体或半固体代谢废物的装置。该经涂覆的表面也可用于建筑物或车辆如汽车的窗户或摄像机镜头以排斥液体(如雨水)、冰、霜、昆虫残留物和鸟粪。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月18日提交的美国临时申请No.62/424,062的权益，该申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及一种光滑表面上的防护涂层，该涂层可排斥液体和粘弹性固体，适用于防污染、防沾污、防结垢和节水系统如马桶和小便池或防护涂层的其他应用。该防护涂层包括光滑表面上的化学层和化学层上的润滑剂。

背景技术

水资源短缺是一个严重的全球性问题。在非洲和印度等地区，对生活和农业来说，水的需求非常高。许多研究人员致力于海水淡化以产生更多的水，并致力于推进农业管道系统以节约用水。然而，人们对冲水马桶用水的关注却少之又少。具体而言，世界上三分之二的人使用过冲水马桶。参见世界卫生组织和联合国儿童基金会联合监测项目。饮用水和卫生进展，2015更新和千年发展目标评估。他们中每人以平均每天5次的频率冲洗马桶(约8加仑水)，全球每天冲水用掉300亿加仑水。某些地区如巴西利用雨水冲马桶。然而，雨水可能导致一些健康问题，特别是细菌感染。

已有文章提出具有流体和固体排斥性的改性表面。参见，例如美国专利申请公开No.2014-0342954；美国专利申请No.4,844,986和Wang等人的文章“共价结合的液体：具有前所未有的排斥性的瞬时全疏(omniphobic)表面”，Angewandte Chemie InternationalEdition 55，244-248(2016)。

然而，由于这些粘弹性半固体(例如粪便、湿成型粘土、芥末等)和细菌粘在大多数表面上，因此没有很好的研究和开发对半固体和细菌不粘的经设计的表面。目前的光滑表面，包括超疏水表面和液体灌注型多孔光滑表面(SLIPS)，要么对细菌具有粘性(即超疏水表面)，要么不是专为粘弹性固体的粘性问题而设计的(即超疏水表面和液体灌注型多孔光滑表面)。参见Wong，T.-S.等人的文章“生物启发的具有压力稳定全疏性的自修复光滑表面”，Nature 477，443-447.2011。

使用特殊表面结构设计的超疏水表面对水甚至油来说是光滑的。然而，这些表面暴露于如血液和菌液等生物流体下通常会失去其排斥性。对于菌液，可以在表面结构上形成生物膜并破坏表面的超疏水性质。此外，超疏水表面和液体灌注型多孔光滑表面并不排斥粘弹性半固体如粪便或泥浆。

因此，需要能够提供排斥液体和粘弹性固体的简单的解决方案的新的表面技术，该技术用于极度节水的应用或易于清洁的医疗设备。

发明内容

本公开的优点包括能够排斥液体和粘弹性半固体和固体(如粘弹性物质)的表面设计。该表面用于防污染、防沾污、防结垢，以及极度节水的应用或易于清洁的医疗设备或受益于防护涂层的其他应用。该表面以化学层和在化学层上的润滑液为特征。该涂层系统有利于相对光滑表面，从而形成排斥液体和粘弹性物质这两者的相应的光滑润滑剂层。这种润滑系统可以提供最小的表面积，从而使得对任何冲击的粘弹性物质的粘附力最小化。

通过基材的光滑表面上的涂层，至少部分地满足了这些和其他优点，其中所述涂层包括基材表面上的化学层和化学层上的润滑剂层。有利的是，待涂覆基材的表面相对光滑，例如，表面的平均粗糙度R_a小于约4μm，如平均表面粗糙度小于约2μm和小于约1μm，甚至小于约500nm，如小于约100nm。本公开的涂层的优点在于在将涂层沉积到表面上之前，不使得下层表面基材变粗糙。