[发明专利]包括微珠和纳米纤维的功能性涂层

说明书

本文中描述基于分散于疏水聚合物基质中的疏水纳米纤维和有机硅微珠的涂层分散体和涂层，其提供耐损伤的疏水、超疏水和/或疏雪的能力。还描述通过使用前述涂层形成耐雪材料的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年7月12提交的美国临时申请No.62/873,765的权益，该美国临时申请通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及疏水、超疏水和疏雪复合材料，包括作为诸如水、冰和雪的排斥剂使用的所述复合材料的涂层(涂料，coating)。

背景技术

在很多环境中，水、冰和雪的积聚可产生不期望的后果。这些问题可包括由于水侵入引起的腐蚀，由于水积聚引起的能见度损失，以及在道路、标牌、车辆和建筑物上的冰和雪积聚。在机动工具例如汽车、船舶和飞机的挡风玻璃上，包括刮水器、空气喷射器和被动系统例如偏转器的复杂系统被设计用于除去水。飞机的前缘和上机翼表面以及直升机旋翼桨叶上积聚冰可通过改变机翼形状和/或增加总重量而产生危险条件，导致熄火或性能损失。另外，沉积的冰可突然脱落，导致意外的特性变化和可能的失去控制。人行道、道路和桥梁上的冰和雪积聚由于失去牵引力而本质上是危险的。高速公路立交桥、桥梁和电力线也可因冰和雪落下而产生危险条件，导致下方的车辆损伤和人员人身伤害。

雪有很多种并且其包括迥异的水含量。例如，干雪或小雪包括非常低的水含量，而大雪或湿雪具有高水含量。此相当大的水含量差异产生在已知的疏水涂层的抗雪性能方面的问题。湿雪在常规疏水涂层和雪之间产生水层，其容许疏水涂层与水相互作用，并且由于高的水接触角，水层将与上雪层一起从涂层滑落。另一方面，干雪因其水含量低而在雪和超疏水涂层之间形成最小的水层至没有水层。该水层的缺乏导致干雪累积在表面上。

为对抗在高速公路立交桥、标牌和电力线上的冰和雪堆积(accretion)，很多市政当局使用抗雪/抗冰涂层例如基于氟化树脂的涂层。尽管这些涂层的一些为可市购的(例如HIREC100)，但它们在制造方面是昂贵的、难以作业，并且它们对动物和人两者均有害。

结果，一直需要具有改善的疏水性能、降低的成本和低毒性的新的抗雪表面涂层。

发明内容

本公开总体上涉及复合材料。更具体地但非排他地，本公开涉及具有分散在聚合物基质内且突出穿过聚合物基质的微珠的复合材料。更具体地但非排他地，本公开涉及包括微米/纳米粗糙表面的复合材料涂层。

一些实施方式包括超疏水涂层分散体，其包括：10至75wt％的有机硅烷，其中有机硅烷包括低表面能聚合物、水解的烷氧基硅烷、水解的氟烷基烷氧基硅烷、或其组合；20至60wt％的布置在有机硅烷内的疏水无机纳米纤维；0.5至40wt％的分散在有机硅烷中的微珠；和极性溶剂。

一些实施方式包括通过将本文中描述的超疏水涂层分散体沉积在基底上而制成的涂层。在一些实施方式中，超疏水涂层分散体布置在基底的第一表面上，并且基底进一步包括与第一表面相反的第二表面，和其中在第二表面上布置胶粘剂。

一些实施方式包括涂覆的基底，其中基底已经涂覆有本文中描述的超疏水涂层分散体；和其中微珠的至少一部分延伸高于有机硅烷的表面，提供足以提供超疏水效应的微轮廓的(micro-contoured)表面形态。