CN101193744A - 磷酸铝组合物、涂层和相关的复合材料 - Google Patents

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Abstract

含有基于磷酸铝的涂料组分的复合材料和密封多孔基材表面的方法。

Description

磷酸铝组合物、涂层和相关的复合材料
本申请是2003年12月23日提交的待批申请10/745,955(其全部内容被纳入本文作为参考)的部分继续申请且本申请要求其优先权，待批申请10/745,955要求同时在2002年12月23日提交的申请60/615,920和60/615,986(这两篇专利也被全文纳入本文作为参考)的优先权。
技术领域
本发明涉及沉积在基材上的磷酸铝涂层，以赋予所需的电性质、化学性质、机械性质和物理性质。本发明还揭示了密封多孔材料的方法，并揭示了磷酸铝材料的新组合物和改进。
背景技术
有许多现有技术的专利涉及磷酸铝材料的合成，该材料主要用作包括晶体形式和无定形形式的催化剂载体。大多数合成方法采用溶胶-凝胶技术，所用原料包括可在市场上广泛购得的铝盐，以及包括磷酸，磷酸氢铵、亚磷酸等的各种磷源。许多所述的方法得到晶体形式以及极少量热稳定无定形组合物(美国专利第4,289,863号，Hill等；美国专利第5,698,758号，Rieser等；美国专利第6,022,513号，Pecaro等)。现有技术的材料，举例来说，在升高的温度下无法作为防止基材腐蚀或氧化的涂层。
需要使用耐热而稳定的无定形致密涂层来保护在工业和消费应用中所用的各种基材。现有技术得到的涂层在某些环境条件下、或在某些使材料受到热处理或暴露于腐蚀性环境的严酷的工业或应用环境下的耐久性不足。已经开发出了二氧化硅基无定形涂层，最近的一项专利描述了一种沉积该涂层的独特方法(美国专利第6,162,498号)。然而，该涂层在某些严酷条件下不够耐久，在升高的温度下热稳定性不足，不能充分地作为玻璃上的透明涂层。还开发了高温稳定的玻璃状或玻璃质涂层，在此方法中，首先在基材上涂敷玻璃粉的浆液，然后在足够高的温度下处理涂敷的材料，使玻璃粉熔融形成玻璃状涂层。具有许多不同组成的釉瓷涂层已经存在了数十年。然而，它们通常厚且在升高的温度下会发生变形。熔融玻璃粉所需的高温处理可能会使基材降解，如果选择低熔点玻璃组合物，它们可能不够耐久。
在很多应用中目前使用的是蒸汽沉积的无机涂料，然而，它们需要昂贵的设备并且不适合用于非视线(non-line of sight)基材几何构型(例如美国专利第3,442,686号，美国专利第4,702,963号，美国专利第5,434,008号，美国专利第5,792,550号)。由溶液制得的无机涂料成本低且对涂覆基材具有保形能力。
现有技术得到的无机涂层也不是完全透明的，不能用在玻璃上，否则其透射性质会受到影响，也不能用于需要保持其美观性(金属外观)的其他基材上。
在建筑物、步行街、电梯、台灯、浴室设备(bath fixture)、柜门、承梁板等的正面广泛使用刷过的钢铁或其它的相关固体表面。这些表面所需的性质包括容易清洁和抗指纹以及在接触热应力、或热、光线、各种溶剂和常见的清洁剂、UV辐射具有足够的耐受性并食物不会粘上以及其它的相关性质。
当用于贮藏等目的，多孔表面容易受到污染。搪瓷、花岗石、大理石、地砖、玻璃、瓷的缸瓦器、烤箱和厨房中相关的烹饪设备、烤箱内部面板、食物托盘、炉灶面和其它陶瓷表面具有大的和小的孔隙以及缺陷，这在其终端应用中是不希望的。在花岗石上，例如在厨房工作台面上，密封孔，将有助于赋予抗污染性能。这些孔的密封将有助于减少气体透过，这在某些应用中是很重要的。本领域中已熟知用聚合物表面处理来密封陶瓷表面，然而，在热、接触清洁溶剂或清洁剂时它们的耐受性有限，并且相对较低。需要化学惰性且热稳定的适合的薄的无机涂层。许多这类应用代表大量的销售，考虑到溶液基的浸涂或喷涂是最优选的施涂方法，低成本的技术很重要。这样的处理还使表面能够自我清洁、易于清洁、具有生物安全性、具有审美价值、硬度和耐磨性、抗菌性以及耐溶剂性。此外，这类密封剂应该具有良好的热冲击性(例如，在花岗石桌子上的热锅)和热稳定性；即使所述密封剂被磨损，填充表面上的孔的作用将有助于明显延长涂层的耐久性。在被阳极电镀的铝零件或其它相关材料上的本发明的材料可改进性能、耐久性，且保护环境、节能。本发明的材料可在各种应用中用作密封陶瓷和粘合促进剂(单片电路、复合材料和玻璃-陶瓷)，以改进耐久性和减少气体透过，所述应用包括瓷砖、用于电子封装和电冰箱的基材。
对于航天和航空用平台光学材料，碳化硅具有优秀的性质，但是其易碎性质以及材料硬度高使其难于达到所需的耐受性。取决于基材的大小和形状，将表面磨光到一小部分要反射光的波长需要几周到几个月。
目前的低电介质材料不具有所需的介电常数值和热稳定性以及机械稳定性。需要新的低k材料来改进半导体领域的目前状态。
研究者们正将聚合物和金属箔基材与可印刷的TFT底板结合起来以使柔性的显示器接近商业需要。几年来，显示器工业的“圣杯”(尽管还未实现)已经是具有与玻璃片一样的防护性质(barrier property)的薄、清澈、柔性的基材。此外，现有技术在这方面有些缺点。
光掩模是含有电路的缩微图像的高精确度板。应该保持结构以达到无缺陷的光掩模。当铬层被环境或隔层反应影响时，会出现问题。会有外观缺陷，包括阵列外面的铬上面的刮痕、损坏的或部分除去的AR涂层、铬上的污染、掩模的边缘上的玻璃碎片等，这些缺陷都需要避免。涂层应该很薄(在约10纳米的范围内)且无缺陷。
一般而言，塑料基材容易因为磨损、湿气侵袭、UV辐射、原子氧、接触溶剂、化学物质和很多其它物质而降解。目前，在很多应用中使用在塑料上蒸汽沉积的无机涂层，然而，它们需要昂贵的设备并且不适合非视线的基材几何构型(例如美国专利第3,442,686号，美国专利第4,702,963号，美国专利第5,434,008号，美国专利第5,792,550号)。因此，需要用于塑料基材的低成本的溶液衍生的保护涂层(无机和有机-有机复合材料)，该涂层具有适当的处理方案来进行卷轴到卷轴或辊到辊的连续处理，并能涂覆形状复杂的基材。
然而，与玻璃和金属不同，所有的聚合物显示出对气体和蒸汽的可测定的渗透度。已经开发出许多技术来降低聚合物的渗透性，从而增加其对食物和饮料包装的适用范围。当必须运输浸透性的材料时，渗透阻隔层就很重要。除现有性能外，用于汽油、碳氟化合物蒸汽等(在汽车和器具应用中重要)的管子和软管需要阻隔性能。类似地，对于这些显示器应用，需要薄的无缺陷和无孔的阻隔湿气和氧的无机涂层。
发明内容
根据上述描述，本发明的目的是提供磷酸铝基化合物、组合物、涂层和/或相关的复合材料或制品，以及它们的使用和制备方法，从而克服现有技术的各种缺点和不足，包括上面列出的那些缺点和不足。本领域技术人员应理解本发明的一个或多个方面可以满足某些其它的目的。各个目的可能不是在其所有方面等同适用于本发明的各个方面。因此，按照本发明的任何一方面看待以下的目的。
出于本发明的目的，短语“本发明的材料”以及提到该短语的短语或参考该短语的短语将被理解为指任何的本发明的在整个可用的Al∶P化学计量比范围内的磷酸铝基化合物或组合物，其可与本发明的方法、复合材料或制品、和/或薄膜、与之相关的层或涂层一起使用，或如下文其它地方所提到的，该化合物或组合物的制备或表征如本文所述，该化合物和组合物还可分别用另外的方式表述，如磷酸铝化合物和组合物，并且如以下提到的纳入的参考和/或美国专利中所描述的进行制备、表征和/或应用：美国专利6,036,762和6,461,415和2003年7月15日提交的共同待批申请序列号10/362,869，以及分别在2003年7月24日和2003年11月19日提交的10/627,194和PCT/US03/36976，以及10/642,069和2003年8月14日提交的PCT/US03/25542，这些专利各自以全文纳入本文作为参考。不受限制，如本文所述和/或通过一个或多个上述的纳入的专利或申请，本发明的材料可包括磷酸铝基化合物和含有掺杂剂、颗粒和/或包含有机分子、聚合物、碳、硅、金属、金属氧化物和/或其它金属离子/盐(包非氧化物)的组合物，不管铝相对于P的摩尔含量是化学计量的，还是少于化学计量或多于化学计量的。本发明材料的实施方式是可购自Applied Thin Films，Inc.的Cerablak商标的产品。
“本发明的材料”还包括磷酸铝基材料并可使用专门设计的产生独特的无定形的磷酸铝的前体溶液在基材上沉积为薄膜。授予Sambasivan等人的美国专利6,036,762和6,461,415以及上面引用的专利申请提供了关于前体合成和化学、性质的细节，并提供了其它处理的细节。对于使用本发明的材料涂覆的表面进行的各种添加或改进也认为是本发明的实施方式，下面提供本发明的实施方式的实施例。
类似地，术语“基材”或短语“固体基材”包括任何的固体材料，包括但不限于聚合物、塑料、陶瓷、金属、合金、碳化硅、硅、氧化物、硫族元素化物、磷族元素化物、石英、玻璃等。
一个或多个以下的目的可结合本发明的材料涂覆在各种基材上来实现，特别强调对基材的辊到辊的连续涂覆以保护基材免于遭受各种环境因素，包括湿气、氧、紫外线等。因此，本发明的材料涂层可用作保护性涂层和功能性涂层。
本发明的目的是使用本发明的材料涂层作为具有有效的介电强度的绝缘层，以用在各种需要电绝缘的应用中，例如导体基材上的光生伏打器件。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的涂层或薄膜，该涂层或薄膜能将给定含量的湿气保持在包装体积内。
本发明的目的是使用本发明的材料作为抗晕色(anti-iridescent)和防褪色(anti-tarnishing)涂层。
本发明涉及在金属表面上形成本发明的材料层，为得到的氧化物层涂覆的金属表面提供促进金属表面和有机化合物涂层之间的粘合性的界面的方法。所述方法还包括向金属表面上施涂本发明的材料。得到的涂层可用作促进金属表面和有机化合物涂层之间的粘合性的界面。
本发明的目的是将本发明的材料涂层用在对湿气敏感的器件的外壳中，例如对湿气敏感的光学器件，所述对湿气敏感的器件包括许多在其边缘处焊接以限定所述外壳的金属板，其中将有机聚合物涂料至少施涂在位于连接处的外壳的外部表面上，以在连接处提供防止腐蚀的湿气阻挡层。
本发明的一个目的是提供一种使用简单的浸涂、旋涂、喷涂、刷涂或流涂方法将本发明的材料涂料沉积为薄、密封性的、微观结构致密的、均匀的透明涂层的方法。
本发明的目的是使用本发明的材料涂料来保护固体基材免遭湿气、光、气体、化学物质和其它环境影响。
本发明的目的是在室温和高温下处理和使用过程中保护固体基材的表面。
本发明的目的是改进固体基材的机械性能，包括但不限于抗划伤性、耐污性、耐磨性、耐蚀性、由于高速颗粒、雨、水、液体和其它物体的冲击而发生的损坏。
本发明的目的是保护航天固体材料免遭近地轨道环境，例如高通量的原子和分子，例如氧、氢、氮等的影响。
本发明的目的是将本发明的材料用作聚合物表面上的底层涂料或粘合性促进层。
本发明的目的是将本发明的材料用作金属表面上的底层涂料或粘合性促进层。
本发明的目的是将本发明的材料用作陶瓷表面上的底层涂料或粘合性促进层。
本发明的目的是将本发明的材料用作金属硫族元素化物表面上的底层涂料或粘合性促进层。
本发明的目的是将本发明的材料用作固体基材表面上的底层涂料或粘合性促进层。
本发明的目的是将本发明的材料用作粘合剂或粘合两种类似的不同类型的材料。
本发明的目的是将本发明的材料用作粘合剂或粘合两种类似的不同的光学材料。
本发明的目的是使用本发明的材料来覆盖表面缺陷并密封固体基材表面上的孔。
本发明的目的是使涂覆的固体基材表面平面化。
本发明的目的是减小涂覆的固体基材表面的摩擦力。
本发明的目的是将本发明的材料用作固体基材上的抗静电涂层。
本发明的目的是将本发明的材料涂料用作固体基材上的低介电层。
本发明的目的是将本发明的材料和改性的本发明的材料用作聚合物和类似基材上的防反射层。
本发明的目的是将本发明的材料涂料用作柔性显示器结构中的湿气和氧阻隔层。
本发明的目的是将本发明的材料涂料用作防止固体基材机械损坏的阻隔层。
本发明的目的是将本发明的材料涂料用于定制固体材料的光学性质。
本发明的目的是使用本发明的材料涂料保护聚合物、热塑性材料和类似材料免于受到光降解。
本发明的目的是使用本发明的材料涂料保护固体基材免予受到损坏性的微生物的影响。
本发明的目的是在医疗设备和由固体材料制得的零件上使用本发明的材料涂料使其免遭化学和物理损伤。
本发明的目的是在医疗设备和由固体材料制得的零件上使用本发明的材料涂料使其免遭体液腐蚀。
本发明的目的是在医疗设备、植入物和其它零件上使用本发明的材料涂料和改性的本发明的材料以赋予其生物相容性。
本发明的目的是使用开发掺入本发明的材料和在固体基材上掺入本发明的材料涂料的生物相容的材料。
本发明的目的是提供一种具有高的无色透明度的阻挡膜及其制备方法。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的厚度为约10-500纳米的薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的低摩擦力的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的可以降低的成本生产的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可减小器件中所需的固体材料总量的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可降低回收困难度的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可用于可在微波炉中使用的食品包装的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可用于可在微波炉中使用且在很长的贮藏期限内仍旧透明的食品包装的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可在阻隔薄膜中为所包装的内容物保持给定含量的湿气的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供涂层或薄膜以及能以高的生产速度生产阻隔膜的方法。
本发明的另一个目的是提供能使聚合物表面平面化并有助于减少光散射的涂层。
本发明的目的是在固体基材上通过将添加剂分散在本发明的材料前体溶液中来提供功能性涂层，优选导电涂层或磁涂层。
本发明的目的是通过在固体基材上和沉积在所述固体基材上的导电金属氧化物涂层上使用本发明的材料涂料，来提供改进的机上透明物体(aircrafttransparency)。
本发明的目的是为机上透明物体提供保护层和粘合性促进层。
本发明的目的是开发混有无机聚合物和分子(例如含有P和B的材料，例如磷氮烯(phosphazene)，环硼氮烷或borozole)的本发明的材料。
本发明的目的是开发本发明的材料和分散有氮化硼、硅化钼、硫化钼或其它润滑剂材料的本发明的材料，以形成高温润滑剂涂层。
本发明的目的是通过适当地调节本发明材料的微观结构，具体地是增加本发明材料涂料的多孔度来开发具有低介电常数的本发明的材料。
本发明涉及在塑料或聚合物基材上使用基于磷酸铝组合物的无机和无机-有机复合材料涂层，以提高对磨损或磨坏的保护，并保护其免受环境侵袭。
具体地，本发明涉及前体溶液化学或用于得到沉积在塑料或聚合物基材上的保护性涂层的结构和性质的可固化的涂料组合物。
本发明的目的是定制含有Al、P和O以及其它物质的前体化学，以在较低温的固化条件下形成具有良好的粘合性的涂层和大致的无机涂层。
本发明的另一个目的是在大致的无机涂料中包含被捕获的水或羟基、有机物并存在一些硝酸盐或其它盐，以增强涂层的挠性和韧性。
一般而言，本发明的另一个目的是向含有磷酸铝化合物的可固化的涂料组合物中加入某些有机和无机添加剂，以有利地定制用于使应力最小化的固化条件，并为涂料增加其它的功能。
本发明的另一个目的是使用多层，该多层包括粘合促进底层和覆盖层(overlayer)，该底层本质上是基本为无机的或有机-无机混合物，所述覆盖层a)密封所述底层的微裂缝，改进阻隔性质，该层本质上是基本为为无机的或有机-无机混合物和b)包含某些有机或无机添加剂来提高涂层体系的耐溶剂性或耐磨性，这样多层体系的总厚度不会超过约15微米，更优选约10微米，最优选约5微米。
本发明的另一个目的是开发可在热或紫外或红外辐射或微波处理下固化的稳定的可喷涂的制剂。可用一种处理方法或超过一种处理方法的组合来进行固化。
本发明的另一个目的是开发电磁辐射的可见光谱基本可以透过的磷酸铝基涂料。
本发明的另一个目的是沉积顶部有机层或将特定的有机添加剂掺入到可固化的制剂中以提高耐久的疏水或亲水性。
本发明的另一个目的是使用磷酸铝基涂料组合物作为粘合剂来将塑料基材结合到其它金属、陶瓷、玻璃和其它塑料材料上。
本发明的一个目的是提供一种使用简单的浸涂、旋涂、喷涂、刷涂或流涂方法将本发明的材料涂料沉积为薄、密封性的、微观结构致密、均匀且透明的涂层。
本发明的目的是使用本发明的材料涂料来保护塑料、聚合物等材料免受湿气、光、气体和其它环境影响。
本发明的目的是使用本发明的材料作为抵抗惰性气体(例如氧气、氮气和氢气)的阻隔膜，作为对化学活性气体(例如水、二氧化碳)和液体或蒸汽(例如香气、精细化学品、汽油)的阻隔膜。
本发明的目的是在室温和高温下处理和使用过程中保护聚合物的表面。
本发明的目的是改善机械性能，包括但不限于抗划伤性、耐磨性、由于高速颗粒和其它物体的冲击而发生的损坏。
本发明的目的是保护聚合物免遭近地轨道环境，例如高通量的原子和分子，例如氧、氢、氮等的影响。
本发明的目的是将本发明的材料用作聚合物表面上的底层涂料或粘合性促进层。
本发明的目的是使用本发明的材料来覆盖表面缺陷并密封聚合物表面上的孔。
本发明的目的是使涂覆的聚合物表面平面化。
本发明的目的是减小涂覆的聚合物表面的摩擦力。
本发明的目的是将本发明的材料用作聚合物和相关基材上的抗静电涂层。
本发明的目的是将本发明的材料涂料用作介电层。本发明的目的是将本发明的材料和改性的本发明的材料涂料用作聚合物和类似基材上的防反射层。
本发明的目的是将本发明的材料涂料用作柔性显示器结构中的湿气和氧阻隔层。
本发明的目的是将本发明的材料涂料用作防止机械损坏的阻隔层。
本发明的目的是将本发明的材料涂料用于定制聚合物和类似材料的光学性质。
本发明的目的是使用本发明的材料涂料保护聚合物、热塑性材料和类似材料免于受到光降解。
本发明的目的是使用本发明的材料涂料保护免于受到损坏性的微生物的影响。
本发明的目的是在医疗设备和由聚合物和类似材料制得的零件上使用本发明的材料涂料使其免遭化学和物理损坏。
本发明的目的是提供一种具有高的无色透明度的阻挡膜及其制备方法。
本发明的目的是提供一种具有上述性质的高透明度的阻挡膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的总厚度减小的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的厚度为约10-500纳米的薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的不会使所述涂覆的聚合物柔性基材卷曲的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的低摩擦力的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质的可以降低的成本生产的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可减小器件中所需的塑料或聚合物总量的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可减小回收困难度的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可用于可在微波炉中使用的食品包装的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可用于可在微波炉中使用且在很长的贮藏期限内仍旧透明的食品包装的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供具有上述性质并可在阻隔薄膜中为所包装的内容物保持给定含量的湿气的涂层或薄膜。
本发明的另一个目的是提供涂层或薄膜以及能以高的生产速度生产阻隔膜的方法。
本发明的另一个目的是提供能使聚合物表面平面化并有助于减少光散射的涂层。
本发明的目的是通过本发明的材料涂料提供用于电子或光电子器件的改进的聚合物基材，本发明的材料涂料可避免或至少减少现有技术的问题。
本发明的目的是在聚合物基材上通过将添加剂分散在本发明的材料前体溶液中来提供功能性涂层，优选导电涂层或磁涂层。
本发明的目的是通过在塑料基材上和沉积在所述塑料基材上的导电金属氧化物涂层上使用本发明的材料涂料，来提供改进的机上透明物体。
本发明的目的是为机上透明物体提供保护层和粘合性促进层。
因此，本发明涉及材料的开发，所述材料可以是无机的、有机-无机复合材料或在组成上主要为无机材料。在某些实施方式中，可用在很多应用中的磷酸铝基材料在这些应用中可被以粉末、大块、纤维和作为涂层使用。本发明还涉及在多种固体基材上施涂磷酸铝基涂料，所述固体基材包括但不限于塑料、聚合物、金属、合金、陶瓷、硅、碳化硅、石英、蓝宝石、玻璃和其它基材材料。本发明还涉及在多种暴露条件下通过磷酸铝基材料涂层保留表面性质例如金属或其它反射性表面的反射性，所述暴露条件包括但不限于高温处理、紫外辐射、湿气等。本发明还涉及施涂磷酸铝基涂料作为抵抗气体、水和其它液体在多种基材上的扩散的阻隔涂层。本发明还涉及在具有由窄的沟和不均匀的表面构成的结构的体系(例如半导体器件和光学层)中使用磷酸铝基前体溶液作为旋涂在玻璃上(spin-on-glass)(SOG)的材料。本发明一般涉及磷酸铝基材料组合物。本发明还涉及改进聚合物和其它类型的材料之间的粘合性的方法。
部分地，本发明还涉及具有结构的复合材料(configured composite)，所述复合材料包含基材和其上的涂料组分。所述涂料组分可包含磷酸铝化合物，所述磷酸铝化合物含有的铝对磷的比例的范围为小于约0.5比约1，到约10比约1，到约20比约1，或者，到约25比约1。该复合材料可排列在基本上与所提供的结构(configuration)垂直的轴的周围。
在某些实施方式中，所述基材可为外形柔性的，这样具有该涂料组分的所述基材的复合材料可在线轴周围缠绕和/或不缠绕，以接着制作成制品。因此，就像本领域所知道的，该基材可选自金属、金属合金和塑料。在某些这类实施方式中，该金属基材可选自不锈钢和刷过的(brushed)不锈钢。无论如何，如本文的其它地方所描述，本发明的涂料组分可在可见光谱中基本透明和/或可提供复合材料和晕彩外观。或者，该涂料组分可含有一种或多种添加剂组分或试剂以提供所述复合材料和抗微生物功能，所述试剂应为明白本发明的本领域技术人员所知道。可通过在基材和所述涂料组分之间***一个或多个夹层来衍生其它的功能或作用，诸如本文所述的夹层组分。
在某些实施方式中，所述基材可包含塑料材料，所述塑料材料含有一种或多种聚碳酸酯和/或其共聚物、聚酰亚胺和/或其共聚物、和聚酯和/或其共聚物。不受限制，其它的这类聚合物材料也在本文的其它地方进行了描述，其应为明白本发明的本领域技术人员所知道。不管基材的特性，其具有的涂料组分可提供对湿气、气体和/或其它渗透物的渗透阻挡层。或者，对于塑料基材，该组分可提供针对有机溶剂的破坏性作用的保护功能。不管提供给基材的功能性益处，为了进一步赋予复合材料功能性益处，覆盖层组分可位于所述涂料组分的上面或上方。取决于基材的特性和所述涂料组分的多种组成方面，如本文其它地方所述，所述涂料组分被鉴定为含有吸收位于约1230cm-1的红外谱的结构部分。
在某些其它实施方式中，基材组分可含有金属箔。不受限制，取决于终端应用，该基材可以是被控制为小于约100密耳。该箔基材可选自铝、不锈钢、钛、镁、镍基合金和超级合金。如上面所提到的，该复合材料还可包含多种夹层组分和覆盖层组分。例如但不受限制，在该涂料组分上的金属覆盖层组分可提供像镜子一样的反射表面，有助于复合材料用在各种灯光应用中。
部分地，本发明还提供使用磷酸铝组合物来密封多孔基材表面的方法。该方法包括：提供包括表面部分的基材；使所述表面部分与含有磷酸铝化合物的组合物接触，所述磷酸铝化合物含有至少一个磷酸酯部分；在一定温度下加热所述组合物，持续一段时间，足以至少部分地除去和/或氧化酯部分中的一个。不受限制，在该实施方式中，所述基材可选自花岗石、大理石、工程石材或处理过的石材、瓷和很多陶瓷材料。无论如何，该方法可提供基本用接触的组合物平面化的表面部分，所述组合物在高达约1000℃的温度基本热稳定。
在某些实施方式中，该组合物可喷在表面部分上。取决于具体的应用或处理要求，该组合物可含有至少以下组分中的至少一种：水性载体组分、非水性载体组分和气溶胶喷射剂，这些组分是明白本发明的本领域技术人员所知道的。如本发明的更宽的方面所预期，该方法可与多种厨房用具和柜台、浴室台和固定设备、以及地板和墙面砖组分一起使用，在这些制品的制造过程中或在制造之后将该组合物施涂在上面。
附图说明
图1是实施例4中制备的样品的FTIR图，显示出了对应于涂料中的磷酸酯和水的基团的吸收峰。
图2是实施例6中制备的样品的FTIR图，显示出了对应于涂料中的磷酸酯和水的基团的吸收峰。
图3是在蓝宝石上的本发明的材料涂料的截面TEM图，示出了密封、致密和均匀性。对应于本发明的材料层的电子衍射图显示出非晶态性质。
图4是在食品粘合测试后用本发明的材料部分涂覆的瓷釉试样(enamelcoupon)的照片。
图5是具有1微米抛光(左面)的未涂覆的碳化硅表面和热处理后的本发明的材料涂覆的SiC(右面)，示出了反射表面。
图6示出了用本发明材料涂覆的、热处理过的碳化硅的原子力显微镜(AFM)照片。
图7示出了用本发明材料涂覆的、热处理过的金属合金的AFM照片。
图8是用本发明的材料部分涂覆的铜板的照片。
图9示出了未涂覆的玻璃(rms～1-2纳米)(左面)和用本发明的材料涂覆(rms～0.1-0.2纳米)(右面)的玻璃的AFM照片。
图10示出了在不锈钢上的本发明材料涂层的FTIR谱对在200℃热处理的温度持续长度(temperature length)的函数。
图11是快速固化(flash-cured)的在不锈钢箔上的本发明材料涂层的FTIR谱。
图12是本发明的材料涂覆的聚酰亚胺薄膜表面的SEM显微照片。
图13是未掺杂的本发明材料和分散有氧化锌颗粒的本发明材料涂层的紫外-可见光吸收谱。
图14是部分地涂覆有本发明材料的熔融石英样品的照片，示出了涂层对于环境侵袭的阻隔作用。
图15是蓝宝石/ZnS结合对的透射光谱，在6微米以上减弱的透射是由于蓝宝石。
图16是在ZnS上的本发明材料的透射光谱。
图17和图18示意说明辊到辊处理和按照本发明得到的复合材料构造。
某些实施方式的详细描述
用在厨房器具例如烤箱等中的瓷釉表面与混有硅酸铝硼的多种碱化学络合，并容易与多种食物化学物质发生化学反应。所述反应产物牢固地粘附在所述表面上并且不容易除去，需要本身有毒的强的清洁溶液(苛性处理)。此外，所述表面具有一定水平的孔隙，导致颗粒相互机械咬合，这也是难以除去的。由于缺乏具有稳定的、惰性和低表面能的能提供密封效果的低成本溶液，没有尝试过表面处理溶液。使用本发明的材料薄膜作为密封涂料代表了该应用的关键创新。
对于炉腔应用，需要本发明的材料涂层来将表面孔隙减少至少50％，以防止正在烤的食物与瓷釉表面发生机械咬合，使得难于清洁。此外，降低瓷釉的表面能将易于清洁，与使用特氟隆涂覆的不粘锅类似。对于这种类型的应用需要小于35达因/厘米的表面能。
对瓷釉试样和瓷砖进行的加工表明本发明的材料涂料具有能用亚微米厚的涂层充分涂覆陶瓷或金属表面的能力。由于瓷釉表面相对粗糙的表面形态，机械咬合被认为是该应用中主要关注的问题。在烤箱的高温下与各种食物相互作用时，预期本发明材料的相对惰性的表面化学性质稳定。
食物处理设备是细菌/生物膜(biofilm)附着和生长的源泉，这反过来变成一个严重的健康问题。细菌粘附的原因之一是表面粗糙，虽然表面粗糙有助于通过机械咬合形成生物膜。另一个是存在湿气。可以使用本发明的材料涂料和与有机疏水层一起使用本发明的材料涂料来消除这两种原因的细菌粘合。因此抗菌涂层可通过将金属表面磨光(finish)减小例如因子5来形成，所述因子5低于使用本发明的材料涂料所达到的电抛光水平。本发明的材料涂料还可被用于低温加工的(cryomachined)表面(车床内喷涂和红外灯固化)。本发明的材料还可被用作镜头或玻璃镜子上的耐磨涂层。
本发明的材料可用作聚酯和其它食物包装塑料基材上的不粘涂层。如下面所讨论，可使用辊到辊涂覆处理以及快速固化来实现高处理量的涂覆产品。
本发明的另一种实施方式是在本发明的材料涂层上使用低表面能的层，例如有机硅烷、氟硅烷、有机分子或聚合物。该顶部层可以几种方式起作用，包括但不限于减少或消除在烹饪温度由食物形成漆样残留物。可通过喷涂技术容易地再施涂这些覆盖层。
本发明的另一种实施方式是使用本发明的材料作为用于商业应用或家用的喷雾产品。
所述技术壁垒(technical barrier)是使用喷涂制剂产生目标薄膜厚度(50-500纳米)的均匀覆盖层，这很重要。大部分商品化的喷涂层较厚(几密耳)并且所述方法不容易开发高质量的薄膜。开发适合的水性制剂(出于安全和环境原因，水性制剂更为优选)中的困难度比开发醇对应物中的更大。可减轻与使用醇基前体相关的很多危险、毒性、易燃性、废物等。水性制剂不具有适当的润湿性且水性制剂的贮藏稳定性差。
本发明的另一种实施方式是前体改性以开发适当的喷雾制剂。气溶胶技术对于各种环境和使用者都是经得起检验的。沉积连续的亚微米厚度的薄膜将是我们在现有技术中最大的挑战。此外，随着溶剂和添加剂变化的雾化参数、表面覆盖度和润湿性将因基材而异。
本发明的另一种实施方式是开发水基或水-醇混合物基的本发明的材料溶液。可通过回流增加聚合物的链长来提高前体溶液的聚合物性质，从而改善润湿性能。为了进一步改善润湿性，可加入少量的(＜2重量％)市售的表面活性剂和/或水/醇混合物溶剂。有用的表面活性剂降低了水的表面张力，但是在固化过程中还与前体化学相容(易于除去溶剂)。可使用已知的用于醇溶液的气溶胶技术将质量好的涂层施涂到固体基材上，市售固体基材包括但不限于瓷釉、不锈钢、玻璃、陶瓷和聚合物。
本发明还提供抛光碳化硅光学表面的便宜快速的方法。该新方法适合用于多种类型的SiC，并且可用于航空和陆地基光学***的SiC表面平面化而不依赖于制造技术。由于磷酸铝和氧化硅之间的低共熔体，本发明的材料可通过与基材的反应使SiC表面平面化。
使用本发明材料薄膜，单独或通过反应机理来使SiC反射面平面化是在降低成本和缩短所需时间方面对目前的表面技术的一个重要的改进。通过投入约0.5人时，一片烧结的SiC的表面粗糙度降低了超过100倍(将1微米的菱形研磨面抛光到2.7纳米rms的粗糙度)。此外，本发明材料的薄涂层可用于平面化铝镜或银镜以及其它的非光学基材表面，而不依赖于反应机制。
基于本发明材料的表面修整方法的优点包括：
●    基本上降低了得到光滑(＜10纳米rms粗糙度)表面的成本
●    缩短了制造光学质量磨光(finish)所需的时间
●    适用于很多陶瓷基材以及金属光学体系，不考虑最终任务
●    不需要投入重要的处理设备来得到光学质量的磨光效果
●    沉积本发明材料的方法极其简单和通用。用于开发所述涂层的前体溶液粘度低，并且清澈稳定(存放期超过几年)，并适合浸涂和旋涂方法。
●    得到的表面本质上是象玻璃的并且常规的或MRF-基修整技术可用于进一步减小表面粗糙度。
因此本发明提供了通过热处理或直接沉积本发明的材料薄膜以在陶瓷表面上获得玻璃状层的机会，所述薄膜可以用与玻璃镜面所用的步骤类似的步骤进行抛光，同时开发陶瓷(例如但不限于碳化硅和氮化硅)的上好的机械性能和热性能。
不希望被任何理论束缚，碳化硅上的本发明的材料似乎显示高温退火时促进磷硅酸铝(aluminophosphosilicate)玻璃的形成。现有技术中已知在SiO2为70摩尔％的AlPO4-SiO2体系中有一个在1400℃熔化的共熔体(eutectic)。施涂在烧结的SiC上的本发明材料的涂层在1400℃退火后似乎形成玻璃相。不希望被任何理论束缚，据信将SiC氧化为SiO2，得到形成反应相的氧化硅。所述表面上的相似乎是玻璃状的，缺乏晶体外观。在光学显微镜下用SEM评价表面，很显然表面比原来的基材或未涂覆的、退火的样品明显光滑。
用1微米的金刚石浆液(diamond slurry)抛光Hexoloy SiC，使得表面光洁度在1-3微米的级别上。Hexoloy SA是99％纯的烧结的SiC。Hexoloy是有些多孔的(与CVD SiC相比)，用本发明的材料涂料有效地密封这些孔。对该基材进行涂覆和热处理，还有一个未涂覆的样品。热处理后，涂覆的样品的反射性很高，表明表面光滑。如AFM所测定，所述涂覆的样品的rms粗糙度减小到约2.7纳米。所述未涂覆的、退火的和抛光过的(as-finished)表面明显更粗糙，并保持较多孔的表面形态。不包括起始的抛光，涂覆和热处理步骤用去约0.5人时的时间。(在这种情况中，所述抛光(1微米的菱形磨料)的碳化硅基材用超声清洁，然后用本发明材料的溶液浸涂，然后在实验室窑炉中热处理。)不希望被任何理论束缚，据信本发明材料中存在的磷酸铝与由碳化硅氧化所形成的氧化硅反应。此外，在冷却时没有观察到破裂，表明玻璃与SiC基材较好的CTE匹配。
此外，本发明材料能很好地防止SiC在高温下被氧化。与接触高达1400超过100小时后所得到的碳化硅相比，对于涂覆的材料，观察到的重量增加明显减小。将硅掺入本发明的材料可用作硅源来形成硅酸磷酸铝(aluminosilicate-phosphate)玻璃组合物。在高温退火后，观察到损失了一些磷，然而，表面似乎密封良好，以提供环境保护。在一个改进的方法中，还可以适用其它的基材，通过首先用任何已知的方法(包括CVD)沉积SiC涂层，然后用所述的本发明的材料处理表面。高温应用中的C/C和C/SiC复合材料需要防止氧化。这样的处理可被认为是提高对这些和其它非氧化物和氧化物复合材料体系的保护。
还可使用本发明来提高有机聚合物涂层和具有或不具有氧化物层的金属表面的粘合性，所述金属表面具有或不具有氧化物层。所述磷酸根和铝酸根可在金属表面与金属原子共价连接。本发明的涂料组合物还至少含有其它的有机物或有机硅烷或有机磷酸酯覆盖层用于提高与有机物和聚合物的粘合。或者，可将具有至少一个能与有机树脂粘合的反应性部分的有机物或有机硅烷或有机磷酸酯覆盖层单独施涂为另一个覆盖层。本发明具体用于提供能提高较惰性的金属表面(例如贵金属表面，如金、银、铂、钯、铱、铼、钌和锇)和有机聚合物涂层之间的粘合性的本发明材料的界面。本发明材料的粘合促进作用不限于金属-聚合物材料。这还包括金属-陶瓷、陶瓷-聚合物、玻璃-聚合物、玻璃-陶瓷、陶瓷-玻璃、陶瓷-陶瓷以及其它体系。
本发明还涉及不锈钢和类似表面上的晕彩(iridescent)、非晕彩、防褪色和高反射(高反射率)涂层。由于基材和涂覆层的折射率的差别，不锈钢上的厚度小于1微米的保护性氧化物涂层显示出晕彩色。不锈钢的本发明材料无定磷酸铝薄涂层有效防止高温氧化，从而防褪色。它们还保持或提高涂覆的金属表面的反射率。该涂层还显示出晕彩色，这可开发为制品上的装饰性涂层。不希望被任何理论束缚，本发明人认为在涂层上观察到的晕彩色取决于涂层的化学性质、厚度和均匀性。
本发明的涂料材料可与底涂层和覆盖层一起适用来提高反射率、改善晕彩色、光泽和薄涂层的其它光学效应。含有3价或4价的磷原子的任何磷材料可用作底涂层。所述磷化合物可以是有机或无机的。有机磷酸盐(酯)可以是，例如但不限于有机亚磷酸盐、磷酸盐、膦酸盐(酯)、亚磷酸氢盐、磷酸氢盐、多磷酸盐、多磷酸盐、磷酸酯、亚磷酸酯、膦、烷基氯代膦(alkyl chlorophosphine)、氯膦酸酯(chlorophosphate)和它们的混合物。无机磷酸盐例如但不限于金属磷酸盐、混有适当的溶剂的磷酸、五氧化磷溶液、卤化磷、磷以及它们的混合物。覆盖层可以是有机或无机涂层或混合涂层。有机覆盖层例如但不限于油脂分子或聚合物的自组装单层。基于硅烷的涂层也可用作覆盖层。本发明材料本身也可用作底涂层和覆盖层。本发明材料涂料还可具有有机或无机添加剂。无机添加剂可以是金属离子，例如但不限于硅、铁、锌和锰及其混合物。纳米晶体氧化物，例如氧化锌、氧化钛极其混合物。
可以使用有机模板，例如聚合物和大的有机分子将本发明材料涂料制成多孔的大块材料。具有所设计的孔隙率的本发明材料可用作低k介电材料和用作硅、砷化镓和其它半导体的涂层，尤其是作为高温半导体并需要热稳定的低k介电层的碳化硅的涂层。按照所使用的方法，旋压玻璃沉积可用作有效的扩散阻挡层的本发明的材料层。本发明材料中的孔隙可被设计成在纳米级别，以使得所述涂层可保持良好的机械性能。可以调整涂料组合物中的有机物含量以提高所述层的粗糙度以及是处理造成的破裂最小化。
可使用本发明的材料涂料有效地实现密封玻璃、聚合物和用在半导体中的其它相关的基材、太阳能电池、柔性显示器上的表面缺陷。而且，本发明的材料涂料可作为防止氧气、湿气、钠和其它环境因子扩散的阻隔层。
本发明材料还可用于密封石英、玻璃和在半导体工业中用作透光板(photoblank)的其它基材上的缺陷。本发明材料还可以亚微米级别进行蚀刻，如果需要的话，使用化学或物理方法。
钢或其它表面上的晕彩玻璃可提高表面的审美价值。当涂覆在表面上时，本发明材料显示出晕彩色。可以艺术形式、标记、零件标签和其它的形式施涂该涂层。
使用溶液基方法在微米级别得到连续且无破裂的涂层是一项很困难的任务。使用含有缺口的结构和不均匀的表面结构就更困难了。在现有技术中，可通过旋压玻璃(spin-on-glass)涂覆硅酸盐、硼硅酸盐和磷硅酸盐在半导体器件中得到这样的涂层。然而，它们具有诸如破裂和钠扩散以及其它问题等缺点。半导体工业正在寻找可以取代现有技术、降低制造成本、具有相等或更高的性能并将多种性质结合在一种材料中的低成本技术。
涂层应该足够厚和致密以阻止或限制钠扩散并且应该是无破裂的。使用溶胶-凝胶涂覆技术难易实现这两种组合。通过适当地改进涂覆技术和使用本发明涂料材料的组合物，可以满足这些条件。所述涂层应该能使被涂覆的基材平面化，以在涂层上构建多层。所述涂层材料应该是稳定的，具有高的介电击穿强度。可通过使用适当的添加剂、组合物、粘度和本发明材料的浓度以及改性的本发明材料的前体来消除液体表面张力效应或使其最小化，所述液体表面张力效应在得到连续的覆盖层或边缘上的涂层会产生问题。
本发明材料可用作诸如石英、硅、碳化硅、砷化镓和其它基材的基材上的旋压玻璃涂层。本发明的材料具有以下特性，例如但不限于绝缘、低介电常数、平面化的(planarizing)、和离子阻挡层等，这些对于半导体器件上的涂层是必须的。由于本发明材料具有强的粘合性质，对于任何类型的非均匀表面，不管其化学性质如何，都可以形成类似的涂层。取决于涂层厚度和方法，本发明材料及其改性的前体可用作保形涂层以及平面化涂层。如果需要，本发明材料涂层还可与其它的平面化技术，象MRF或CMP组合来得到质量更好的表面。所述涂层可防止半导体出现由钠扩散所导致的问题，并防止其影响环境。本发明材料及其改性的前体可用作使用旋涂玻璃技术的可流动的缝隙填充材料。因此，本发明材料可用于开发可流动的旋涂绝缘体。基于旋涂玻璃技术，小且具有复杂几何形状的产品，例如但不限于接合件(fastener)，可用本发明的材料涂覆，以防止电流腐蚀(例如，钢接合件接到铝底盘中)和防止受到溶剂、化学物质和其它环境侵袭而降解。
金属和聚合物箔基材可用在多种应用中，包括但不限于显示器、光生伏打器、热屏蔽等。可在这些基材上沉积本发明材料的热稳定涂层以赋予所需的性质。本发明材料的多功能性质可相对于现有技术以低的处理成本和高生产量提供重要的益处。例如，可沉积本发明的材料以赋予电绝缘性并提供光滑的表面。这避免了用通常使用的昂贵的PVD或CVD方法来沉积具有需要赋予足够的平面化性质的其它涂层的铝层。对于食品包装工业，可以连续的辊到辊的方式在塑料基材上沉积本发明材料并赋予不粘食物的性质。本发明材料还将对扩散进入或扩散出食品包装材料的气体提供适当的阻挡性质。
由于处理方法，真空基涂层本身含有针孔和其它缺陷。真空基涂层上的本发明材料的薄涂层可消除这些缺陷并有效地提高涂层的阻隔性能。而且，本发明的材料涂层可用作平面化模板，用于形成其它类型的涂层。
器件、尤其是微米和纳米级-液体器件(micro-and nano-fluidic device)便用由塑料材料通过以下方式制备的模具：吹塑(below molding)、下压模塑(dipmolding)、***薄膜模塑(film insert molding，FIM)、气体辅助的模塑、反应喷射模塑、树脂转移模塑、旋转模塑、结构泡沫模塑(structural foam molding)、热塑性注射模塑、真空辅助的树脂转移模塑(VARTM)、真空袋模塑、真空成形、注射模塑、压力成形、挤吹模塑、热成形、UV反应模塑或压花模塑或其它模塑方法。这些设备在多个领域找到应用，例如但不限于生物医药器件、光学通讯***(其中零件尺寸低于1毫米，公差(tolerance)低于1微米)等。具有纳米结构表面的微光学零件和具有完美清晰度和长期耐磨性大面积的汽车窗处于塑料处理技术的最前沿。对于很多实验室应用，包括临床诊断和生命科学研究，在芯片***上的微流体实验室具有很大的潜力。正在开发大量的适合满足真正的临床样品(例如全血和其它体液)要求的器件。所述器件可用在独立应用中作为包含自身的被动一次性用品(self-contained passive disposable)，用于定量和半定量分析和分离应用，或它们可用作精密的基于设备的***的组件。
从工具中快速有效地释放模塑好的零件是任何有效的模塑方法的关键。在处理过程中，高热量树脂，例如聚醚酰亚胺，可达到超过700°F的温度，导致很多标准的脱模添加剂分解。需要新的高温脱模来开创这样一种处理窗(processing window)，该处理窗能够较好地重现零件表面并实现减少零件中的残渣(scarp)的快速模塑循环。所述模具表面包括金属、硅等。
塑料处理需要用在模具中的脱模涂层是永久性涂层。其它目标包括耐磨、抗蚀和改进树脂流动性的优良涂层。成功的涂层产生改进的零件释放性和零件质量，防止零件受到磨料磨损并减少沉积物的聚集，允许更快的模具清洁。通过消除由于零件粘在模具中、推钉损坏和不当地操作及其零件(例如倒流阀)所导致的停工期，获得了显著的经济利益。净效应可以是缩短的循环时间和较长的维修间隔。
例如，硬度为40 Rockwell C且腔体周边为12×18英寸的P-20模具是不易释放的模具零件，尽管其具有特氟隆-镍涂层，研磨剂(lapping compound)和钢丝刷处理(wire-brush treatment)和在每次注射(shot)前的脱模应用。此外，零件的72秒循环的最后步骤包括工人用手小心地从模具中取出零件同时尽量不导致任何的变形或翘曲。玻璃零件证明耗时且成本高。废品率(scrap rate)为30-40％。对于扬声器栅格应用(speaker grille application)已经确定需要工具表面上的6微米的光洁度(finish)来自动脱模。使用常规的EDM技术，在150小时的修整工作后，可能仅达到12到14微米的光洁度。150小时后，可达到比这更好的薄面光洁度。
本发明材料技术可用作永久的脱模涂层。本发明材料在以下这一方面是有益的：以常规的抛光技术所需的劳动和成本的几分之一将表面粗糙度降低到6微米以下。在降低表面粗糙度的同时，还可用能自组装的有机覆盖层或在它本身上的层来减小涂覆的表面的表面能。对于塑料和微流体工业，在12微米的表面上用本发明材料涂料改进能量和光洁度是很有益的。取决于应用需求，可在模塑中使用各种类型的材料，例如聚合物、金属、合金、高温稳定的聚合物等。
军用飞机的窗户，不管是喷气式战斗机上的座舱罩还是红外传感器上的覆盖物，都必须特别坚固以抵挡高速碎片的敲击，同时保持透明以使得飞行员能看到外面，或使得红外信号能够进入。由常规的氧化钇制得的窗户在飞行条件下容易破裂。本发明材料可用作介质以高负载量(high load)分散这类纳米颗粒并作为涂层施涂。这可作为用于红外存储扫描仪(infrared store scanner)上的涂层和其它应用的低成本方法。还有助于延长喷气式战斗机的座舱罩的寿命。
本发明的各种其它用途和应用包括以下内容：
本发明的材料涂料可用在热喷涂工业。例如，本发明材料可用作用于MCrAlY类的涡轮叶片喷涂的渗透密封剂(infiltrating sealer)和用于冷喷涂应用的给料。
具有或不具有疏水覆盖层的本发明材料涂层可用作可润湿性低的挡风玻璃涂层。
低温无定形的本发明材料涂层/Al2O3涂层可用在多种领域，包括但不限于电子、纺织和聚合物。
本发明的材料可用作热气处理***中的富Ni元件的抗催化涂层。
本发明的材料可用作粉末-冶金元件(烧结-可硬化的)的浸渍剂(infiltrant)。
本发明的材料可以用在燃料电池和气体转化元件(component)(热表面)中作为涂料组合物。
金属上的本发明的材料涂层可用作界面层，用于改进粘合性、防止腐蚀和改进漆的粘合性。考虑到其低的介电性质，本发明的材料涂层还可用于光电传感器和其它传感器。对于设计在金属箔上的太阳能电池，电绝缘的本发明材料是需要的。本发明材料涂层作为太阳能电池的电后触点(electrical back contact)和导电基材之间的保护层。
本发明材料涂层的厚度需求随着应用而变。
下表中列出了一些应用以及有用的、所需的非限制性的层厚。
应用                                                 层厚
用于高反射率和防反射涂层的光学层叠层(optical layer   10纳米-200纳米
stack)
塑料卷材(web)上的透明气体阻隔涂层                    30纳米-100纳米
聚碳酸酯片上的耐磨涂层                               4-6微米
用于改进粘合性的界面层(几种基材)                     5-20纳米
钢上的转化层(防腐蚀、漆粘合性)                       0.3-0.4微米
介电涂层(传感器、太阳能电池的背面保护)               2-5微米
本发明材料涂层可有利地用于调节多种基材表面的性质。例如，不同公司制造的载玻片可能不具有相同的组成。即使同一个制造商所制造的不同批次的载玻片可能也不完全一致。例如，表面粗糙度随这些样品受到的处理而异。在一些应用中，在样品中具有几乎一样的表面性质很关键，例如，微观排列的情况。本发明的材料涂料可提供均一的表面性质，例如均一的表面化学性质和均一的表面粗糙度等。
由于其良好的机械性能和无毒性，金属和合金，例如钛、Ti6Al4V、CoCr广泛用作整形外科植入物的材料。金属在植入领域(implantology)发挥重要的作用归因于其强度高、抗疲劳度高以及容易处理、成本低。重点指出钛及其合金和CoCr合金，因为这些金属可与周围的组织(特别是硬组织)和合金成为一体并显示出化学和机械连接，显示出良好的生物相容性/组织相容性和生物功能性(biofunctionality)。不同和高速率的腐蚀影响了植入物材料的选择，因为其中的摩擦腐蚀(fretting corrosion)严重地导致磨损颗粒的产生，其可导致颗粒疾病(particle disease)和植入物连续松开。金属表面对微生物污染物和生物膜的亲合力也是一个主要问题。植入物感染(迫使危险重重的植入物调换)的比率即使在好的临床结果中也能达到2％-3％。小心地设计第一次植入物和替换植入物必须面对应力屏蔽(stress shielding)和骨贮存(bone stock)损失问题。大部分现有技术的涂层是有裂缝的且具有差的玻璃-金属界面可靠性。因此，粘合性强的保护涂层和生物相容的涂层将是非常有利的。
在现有技术中已经开发出多种方法来改性聚合物、金属和合金或器件工业中所用的其它生物材料的表面。例子包括常规的涂覆方法，例如喷涂或浸涂；真空沉积技术；和诸如扩散、激光和等离子方法、化学镀覆、接枝或粘合、水凝胶封装和用高能粒子轰击的表面改性技术。传统上，目标是得到元件或器件的改进的物理和机械性能，例如通过向导管加入不粘涂层，以易于***。然而，表面改性也日益致力于引入具体所需的生物应答或抑制潜在的不利反应。对于用于治疗颈动脉和胆管堵塞和外周血管病的侵入性设备、产品和配件以及与颈动脉支架、导线、导管等一起使用侵入性设备、产品和配件，还需要低摩擦力、亲水、疏水或其它功能涂层。
本发明涉及基于本发明材料的保护性、功能性和生物相容性涂层的开发。可定制本发明材料的组合物以适应医疗器件和植入物上的涂层的需要。金属或聚合物基材上的本发明材料涂层可在相当的程度上减小摩擦系数。在涂覆和固化本发明的材料后，表面可变得亲水或疏水。使用用于有机层或本发明材料涂层上的有机层的涂层的自组装，可以赋予适当的功能。可将羟基磷灰石(hydroxylapatite)或其它生物活性纳米颗粒掺入到本发明材料涂层中以改进生物相容性。可使用真空、等离子或溶胶-凝胶基涂覆技术沉积生物活性层，例如羟基磷灰石。在这种情况中，本发明的材料涂层可作为粘合层，提高金属或聚合物医疗器件基材与生物活性材料之间的粘合性。
本发明材料涂料可有效地阻止或减少熔融氧化硅或石英和其它用在例如外科探针、发光产品等的无定形材料由于与碱或其它物质反应造成的析晶(devitrification)。
已知边界润滑来提高很多***的润滑性。本发明涉及在本发明的材料涂层表面上沉积烷基氟代甲硅烷和该有机层的稳定性。对于低摩擦性质，非常需要光滑表面，但是需要大量的表面准备，合金表面上表面缺陷(例如坑)的存在限制了表面光洁度的质量。可以使表面平面化的粘附良好的耐磨涂层对于摩擦学应用很有用。本发明材料薄膜可防止基材被润滑剂和大气腐蚀。密封性的本发明材料涂层能保护基材不会受到润滑剂和大气中存在的腐蚀性物质的影响。
在聚合物等材料上的本发明材料涂层的实施方式具有以下优点：a)很好地防止受到光辐射(例如紫外辐射)，b)很好地防止破坏性的酸、碱、有机溶胶和其它化学物质c)充分密封缺陷(例如坑)并覆盖聚合物表面上的颗粒，使得所述涂层平面化涂覆的表面，并降低表面粗糙度(d)对于惰性气体(例如氧气、氮气和氢气)和化学活性气体(例如水、二氧化碳)的极好的阻挡，(e)对于近地轨道中发现的或实验室中开发的原子氧、氮、氧、氢和其它元素的极好的阻挡，(f)极好地防止多种来源(例如，材料的常规处理、与高速材料碰撞等)造成的聚合物表面的机械损坏，(g)很好地防止被氧化，(h)很好地防止被腐蚀，(i)很好地防止受到湿气影响，(j)很好地防止医学应用中使用的生物医疗聚合物受到体液、化学物质和微生物的影响，(k)通过平面化减小聚合物表面的摩擦系数，(l)提高涂覆的聚合物表面的耐磨性。在这些优点当中，不希望被任何理论束缚，相关和创新的特征是本发明的材料能促进致密、连续、光滑和粘附性强的无机涂层或主要为无机的涂层或无机-有机复合材料涂层的形成。
关于形成塑料薄膜或基材的聚合物的例子，包括纤维素酯(例如三乙酰基纤维素、二乙酰基纤维素、丙酰基纤维素、丁酰基纤维素、乙酰基丙酰基纤维素、硝基纤维素)、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯(例如聚(对苯二甲酸乙二酯)、聚(萘二甲酸乙二酯)、聚(1，4-环己烷二亚甲基对苯二甲酸酯)、聚乙烯-1，2-二苯氧基乙烷-4，4′-二羧酸酯、聚(对苯二甲酸丁二酯)、聚苯乙烯(例如间规立构的聚苯乙烯)、聚烯烃(例如聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯)、聚砜、聚(醚砜)、聚芳基化物、聚(醚酰亚胺)、聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚(醚酮)。优选三乙酰基纤维素、聚碳酸酯、聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚(萘二甲酸乙二酯)。包装材料包括聚合物，例如聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚酰胺PA、PET和由多种聚合物材料，例如PP/PE、PET/PP、PET/PE、PE/PA，制成的层压膜。
用在显示器中的塑料层可由以下材料制成：例如聚酯、聚碳酸酯、聚丁酸乙烯酯、聚乙烯和取代的聚乙烯、聚羟基丁酸酯、聚羟基乙烯基丁酸酯、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚(萘二甲酸乙二酯)、聚酰胺、聚醚、聚砜、聚乙烯基乙炔、透明的热塑性塑料、透明的聚丁二烯、聚氰基丙烯酸酯、纤维素-基的聚合物、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚硫化物和聚硅氧烷。
所述基材还可以是层压形式，用任何适合的方法将复合材料的塑料层涂覆在玻璃层上。也就是说，可以考虑不同的情形(i)当塑料已经是薄膜且被层压放到玻璃上时，和(ii)当塑料不是薄膜的形式而是通过浸涂、喷涂或其它方法涂覆到玻璃上。例如，上面提到的预聚物适用于情形(ii)。然而，对于情形(ii)，可涂覆上面提到的几种其它塑料。在该情况中，所述聚合物可被涂覆到玻璃上，主要通过从溶液涂覆、从熔体涂覆或作为预聚物涂覆，
所述基材还可以是任何的有机物，优选具有高温稳定性的有机聚合物。所述聚合物可以是热塑性或热固性的，优选高温热塑性的，例如聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、双马来酰胺(bismalemide)、氟塑料(例如聚四氟乙烯)、基于酮的树脂、聚苯硫、聚苯并咪唑、芳香族聚酯和液晶聚合物。此外，可使用聚烯烃，尤其是高分子量类型的晶体。
可用任何能导致Al-O-Al、P-O-Al基团的缩合和形成的方法进行固化。例如，热处理、曝光于相应频率的紫外光、将溶液的pH提高到3以上、曝光于红外辐射、曝光于微波辐射、接触会水解P-OR基团的化学物质、加入适当的会提高缩合速率的化学物质或任何上述方法的组合。
无机涂层对聚合物的粘合是限制现有技术中所报道的涂层的用途的主要问题。用胶带测试测定粘合性是在涂覆有本发明材料的聚酰亚胺样品上进行的(与ASTM D-3359测试类似)。将3MTM ScotchTM胶带施加在涂层上然后快速除去，在聚酰亚胺薄膜上的本发明材料的粘合性没有去除或损失。在弯曲180°后用光学显微镜观察用本发明材料涂覆的聚酰亚胺薄膜，没有显示出涂层破裂。这些结果表明CerablakTM涂层对聚合物的强的粘附性。已知基于磷酸盐的涂层对聚合物具有强的粘附性。例如，磷酸钙对聚乙烯和聚(四氟乙烯)的粘附强度分别为6.4和5.8MPa。不希望被任何理论所束缚，我们认为强的粘附性大概是由于在涂层固化的过程中在磷酸根和聚合物界面之间形成了C-O键。还可通过用Ar离子预处理基材来提高粘附性。本发明材料前体溶液是弱酸性的并且在涂覆过程中不会破坏对酸敏感的聚合物基材表面。
可以通过用P-OG基团取代P-OR基团来减少或完全除去与前体溶液中的磷相连的有机基团。然而，前体溶液中的任何化学变化可能影响薄膜的缩合和形成。本发明前体溶液的一些实施方式可保持磷酸铝络合物与特征性的[O＝P-O-Al-O-Al]结合。不希望被任何理论束缚，我们认为可以通过增加“P-OH”物质的相对含量来降低有机物的含量。除了使用水或其它非醇化学物质作为溶剂外，可通过使用位阻大的醇，例如异丁醇作为硝酸铝的溶剂，来降低有机物质的含量。异丁醇与缩合的(P-O-P)基团的反应速率低。即使在溶液中形成P-O-异丁基，它们容易在回流时除去，形成2-甲基丙烷，其在室温时是气体(沸点6.6℃)。
用醇润湿低表面能的聚合物是一个挑战。因为需要该的高的固化温度来提高粘附性，粘附性很重要。在聚酰亚胺薄膜的情况中，本发明材料涂层的粘附性极好，无需任何的表面处理。在与一些聚合物的涂层粘附性差的情况中，采取聚合物的表面改性。可使用几种技术，例如底漆沉积、使用表面组装的单层SAM、氧等离子蚀刻和硫铬(sulfochromic)浴处理来改进润湿性。本发明材料涂层可用作其它金属、聚合物和无机涂层的底漆或粘附性促进层。
底层和覆盖层可选自有机聚合物涂层、无机-有机混合涂层或金属涂层。这些层还可由组成相同或不同的本发明材料形成。这些层还可以由用任何的无机或有机功能剂改性的本发明材料的前体形成。例如，UV吸收剂、用于UV辐射保护的散射剂，例如ZnO、CeO2或TiO2氧化物、用于抗菌活性的Ag离子、用于电性质的透明金属氧化物，象ITO，或光催化物质，如TiO2，以赋予亲水性质。根据需要，可构这些底层和覆盖层中的几层。本发明的材料涂层可平面化聚合物表面并且适当改进的折射率有助于减少涂覆的聚合物基材的光散射。
本发明实施例
以下非限制性的实施例和数据描述了与本发明的复合材料、制品和/或方法相关的各个方面和特征，包括各种磷酸铝化合物和与之相关的组合物的用途，所述化合物和组合物可用本文所描述的合成方法得到。与现有技术相比，本发明的组合物、复合材料、制品和/或相关方法提供了令人惊奇的、意想不到的和相反的结果和数据。尽管通过几种复合材料/制品和其所使用的基于磷酸铝的涂料组合物的用途阐述了本发明的用途，本领域技术人员应理解可用如与本发明范围所互补的各种其它复合材料/制品和/或涂料组合物获得可比较的结果。
实施例1
沉积无定形磷酸铝涂层的一种优选的方法是用清澈的化学前体溶液，所述溶液优选含有在有机溶剂中的铝盐和磷酸酯。铝对磷的比率为2∶1的用于沉积无定形磷酸铝涂层的溶液是通过将264克Al(NO3)3·9H2O溶解在300mL乙醇中来制备的。在另外的容器中，将25克P2O5溶解在100mL乙醇中。将这些溶液混合在一起。用乙醇将所得到溶液稀释到0.2摩尔Al/L的溶液。该溶液用于在基材上沉积无定形磷酸铝涂层。
实施例2
铝对磷的比率为4∶1的用于沉积无定形磷酸铝涂层的溶液是通过将528克Al(NO3)3·9H2O溶解在300mL乙醇中来制备的。在另外的容器中，将25克P2O5溶解在100mL乙醇中。将这些溶液混合在一起。用乙醇将所得到溶液稀释到0.2摩尔Al/L的溶液。
实施例3
用清洁剂和水清洁不锈钢板，接着在甲醇中超声处理。浸在实施例1制备的溶液中。使用热风器干燥。干燥后的样品在400℃加热1分钟并冷却至室温。固化的不锈钢板表面显示出强的晕彩色。可将这种类型等本发明材料涂料施涂在制品上作为装饰性涂层。
实施例4
用清洁剂和水清洁不锈钢板，接着在甲醇中超声处理。浸在由磷酸盐和铝化合物组成的醇溶液中。然后使用热风器干燥。干燥后的样品在400℃加热1分钟并冷却至室温。
实施例5
使用Perkin Elmer Spectrum One分光计和80℃的掠射角零件(图1)记录实施例4制备的样品的红外反射-吸收光谱。
实施例6
通过浸涂将实施例1制备的前体溶液的覆盖层施涂在实施例2中所制备的样品上。然后，在500℃热处理样品15分钟并冷却至室温。板上未涂覆的部分由于氧化脱色。涂覆的部分有光泽且保持银色。所述前体溶液的浓度、组成和涂覆条件取决于所涂覆的表面的表面形态。因此，可通过适当地调节前体和涂覆方法来去掉本发明材料涂层的晕彩效应。
实施例7
使用Perkin Elmer Spectrum One分光计和80℃的掠射角零件(图)记录实施例6制备的样品的红外反射-吸收光谱。
实施例8
在涂覆有本发明材料的不锈钢的表面上，通过将拇指按在表面上来产生手指印。然后用干净的布擦手指印。很容易地从所述涂覆的表面上擦去拇指印，剩下很有美感的清洁表面。使用类似的清洁方法不能从未涂覆的表面上除去手指印。
实施例9
在该实施例中示范了在固体基材上的本发明材料涂层的抗污效果。将各种物质，例如Ketch-up、H2O+NaCl、西红柿、柠檬、咖啡、牛奶、乙酸、柠檬酸20％、猪油+油酸、果酱、黄油、橄榄油和其它东西弄在本发明材料涂覆的试样上并使其在室温和90℃干燥。然后用水洗涤，然后肉眼观察涂覆的表面上的污点。本发明材料涂覆的表面没有任何污点。
实施例10
测试实施例5制备的本发明材料涂覆的不锈钢样品的铅笔硬度(pencilhardness)。所述铅笔硬度大于6H。
实施例11
在高达700℃的热处理之前和之后，测定本发明材料涂覆的表面的反射率。与未涂覆的对照样品相比，涂覆的表面的反射率保持。
实施例12
用去离子水、丙酮和甲醇清洁小的晶体氧化铝(蓝宝石)。使用实施例2制备的前体溶液(4∶1 Al/P比率)。浸涂退出率(withdraw rate)为2厘米/秒。然后在800℃固化10分钟。得到透明涂层。
实施例13
在蓝宝石上的本发明材料涂层的TEM照片示出了密封、致密且均匀的本发明涂层(图3)。本发明材料涂层的电子衍射图显示涂层的无定形性质。本发明材料薄膜是均匀的，厚度为约140nm。高分辨TEM显示典型的薄膜中的无定形对比(contrast)。在本发明材料和蓝宝石之间有界面层(～5nm)。
实施例14
用本发明材料涂覆的瓷釉试样的测试显示与未涂覆的区域相比，仅用水和软布(图4)从涂覆的区域除去在300℃固化15分钟的番茄汁相对容易的证据。当在光学显微镜下观察时，该残留物似乎与基材结合良好。
实施例15
具有1微米抛光度的未涂覆的SiC表面和热处理后的本发明材料涂覆的SiC，与未涂覆的相比，显示出反射性表面(图5)。
实施例16
本发明材料涂覆的热处理的SiC的AFM图，示出了非常光滑的表面。
实施例17
基于本发明材料薄膜的密封性质，观察了很多金属、合金和玻璃基材。预期本发明材料可很好地密封聚合物上微米级(microscale)的表面缺陷。图7示出了用本发明材料涂覆的金属合金表面的AFM图，显示出由薄膜诱导的明显的平面化作用。在存在薄膜时，看到表面粗糙度的减小超过4X。
金属表面上的微米级的缺陷(甚至在抛光到亚微米的光洁度)作为氧化引发位。随着金属基材在高温氧化过程中逐渐被氧化，这些小的表面缺陷作为氧化的引发点。这些小的缺陷变成大的坑。然而，沉积较薄的本发明材料薄膜足以覆盖这些缺陷使得坑基本被除去。这些结果表明本发明材料密封被涂覆的表面上的微米级缺陷(划痕、坑等)的潜力。
实施例18
在丙酮和甲醇中进行超声处理来清洁1″× 3″尺寸的铜块。然后在本发明材料前体溶液中浸涂。在空气中干燥并在200℃中炉中加热处理15分钟。照片显示本发明材料涂层在该热处理后的效果(图8)。本发明材料涂覆的零件仍旧明亮而有光泽。另一方面，未涂覆的面完全失去光泽。类似地，也可用本发明材料涂覆铜、黄铜和其它金属线，保护其不被氧化或受到环境损坏。
实施例19
用本发明材料涂覆的载玻片与未涂覆的玻璃的AFM图示于图9。本发明材料涂覆的表面非常光滑并且rms粗糙度比未涂覆的玻璃减小了一个数量级。
实施例20
由于热膨胀系数不匹配和聚合物基材的热敏性质，在聚合物基材上形成无裂缝的陶瓷材料涂层在技术上很有挑战性。残余的热应力导致膜破裂，尤其是当涂层在高温下固化时。如果将涂层厚度保持在一个最小值并提高薄膜对基材的粘附能，则可以使该现象最小化。由于粘度低，磷酸盐基前体溶液容易在较低的温度下热解分解，用本发明材料可以达到这两个条件。聚酰亚胺复合材料上的本发明材料涂层的光学照片显示涂覆的表面上的平面化效果。本发明材料还覆盖了缺陷并密封表面而不形成这类破裂。
实施例21
将聚乙烯吡咯烷酮，PVP(分子量630,000)溶解在实施例2制备的本发明材料的前体溶液中。溶液中PVP的量可从0重量％到100重量％变化。所述溶液的粘度随着PVP含量的增加而增大。还可通过直接将PVP与Al(NO3)3和P2O5溶液混合来制备所述溶液。还可以使用具有其它分子量的PVP。
实施例22
将聚碳酸酯样品(1″×1″)浸在硫铬浴中30秒。然后用大量的去离子水洗涤。然后用实施例2制备的本发明材料前体浸涂。用热风器干燥所述的涂覆的样品。然后在130℃的烘箱中热处理。在固化一段时间后形成透明的涂层。
实施例23
将聚碳酸酯样品(1″×1″)浸在硫铬浴中30秒。然后用大量的去离子水洗涤。然后用实施例3制备的改性的本发明材料前体浸涂。用热风器干燥所述的涂覆的样品。然后在130℃的烘箱中热处理。在固化一段时间后形成透明的涂层。
实施例24
将甲基乙基酮溶液滴在实施例5制备的本发明材料涂覆的聚碳酸酯薄膜上。没有观察到与聚碳酸酯的反应。这暗示本发明材料防止其受到化学影响的能力和其良好的阻挡性质。
实施例25
分散在介质中的纳米大小的氧化锌颗粒与实施例2制备的本发明材料前体溶液混合。氧化锌的量可以改变。还可以通过直接将氧化锌与Al(NO3)3和P2O5溶液混合来制备所述溶液。
实施例26
为了测定本发明材料涂层的固化状态，记录本发明材料涂覆的不锈钢箔的FTIR反射谱对温度和热处理持续时间的函数(图10)。随着固化温度和时间的增加，磷酸酯的有机吸收峰(1370，1432，1473 1720，2987cm-1)强度减小，在1200cm-1出现了一个由于完全连接的PO4基团的强的吸收。随着固化温度增加，可以缩短热处理所需的持续时间。基于FTIR数据，需要325℃的固化温度来获得含有一些水的完全的无机涂层。通过在最高达340℃固化本发明材料涂覆的一种聚酰亚胺薄膜，得到无裂缝的涂层。所述固化温度和涂层稳定性随着基材性质、厚度和预处理条件而改变。固化温度也可随着本发明材料前体溶液的组成而改变。很有趣地注意到在200℃热处理持续时间较长的样品的FTIR数据显示涂层中残留水的含量几乎不变，表明即使在200℃固化涂层也足够致密和密封。根据这一研究，200℃的固化温度足以在聚合物上形成保护性涂层。但是，高温可以提供更好的粘附性，并且密封质量会更好。
实施例27
用实施例1制备的前体溶液涂覆清洁的不锈钢箔。在高于800℃的熔炉中热处理样品几秒。快速固化的本发明材料涂层的红外反射谱的掠射角(图11)表明不存在有机物和水，形成完全固化的无机金属磷酸盐层。在该快速固化过程中，表明涂层达到500℃以上的温度，而基材在250℃以下。对于某些类型的涂覆方法，例如辊到辊和热敏基材，例如聚合物，优选该快速固化技术。
实施例28
聚酰亚胺被分类为有机树脂，并由于其优良的耐热和耐化学性而用于工程应用。在半导体工业中，这些材料主要被用作柔性印刷电路板的基材，无线、数字和计算机工业中的集成电路应用的基材。这些材料的表面光洁度对于它们的性能具有直接的影响，因此优化这些条件很关键。将本发明材料涂覆在清洁的聚酰亚胺薄膜上并在300℃固化1小时。本发明材料涂覆的聚酰亚胺薄膜的SEM图(图12)显示了涂层的无裂缝性质。而且聚酰亚胺表面上的颗粒也被本发明材料涂层覆盖。
实施例29
当将纳米级的ZnO(＜10摩尔％)加入到本发明材料涂料中时，UV吸收降低了40％。该实施例示出了向本发明材料中加入UV吸收剂的效果。涂覆在蓝宝石板上的本发明材料和分散有ZnO的本发明材料的紫外-可见透射谱(图13)。
实施例30
含有本发明材料涂层的氧化硅玻璃产品或表面处理可阻止硅酸盐在工作过程中与环境反应。该实施例的结果表明在熔融放热二氧化硅样品上的本发明材料涂层的这一效果。用本发明材料部分地涂覆熔融的石英样品并用硫酸钠在900℃处理15小时。在该处理条件下，未涂覆的熔融石英由于与钠离子反应而变得不透明。而本发明材料涂覆的部分仍然是透明的，表明本发明材料涂层对钠离子扩散的阻挡作用。
实施例31
本发明材料具体还可用作化学和热稳定的粘合剂或胶粘剂。在这些实验中，将改性的前体溶液施涂在要粘合的一个表面上，将其它表面压到所述第一表面上，确保前体溶液完全覆盖了要粘合的两片表面。夹紧两片表面并热处理以形成无机材料。鉴于在这些初步实验中花费较少的努力，得到的连接物显示出较好的粘合强度。磷含量会影响透射性和粘合强度。由磷含量较高，本发明材料的富磷组合物在IR范围具有一些吸收，但是粘合可以更强。在玻璃和不锈钢试样上进行粘合实验。玻璃具有非常光滑的表面，而不锈钢具有#3光洁度。这些实验表明基于本发明材料的粘合剂能够粘合具有不同表面光洁度的基材材料。
为了得到与该应用直接相关的进一步证据，蓝宝石板(长方形)被粘合到ZnS片样品上。所述试样在450℃于空气中退火一小时，以测试连接物的热稳定性。所述材料仍旧连接良好，表明本发明材料很强的粘合性质。粘合的试样的透射谱测定表明在3-4微米范围内透光性良好，而在6微米以上由于蓝宝石的不透光性使透光性减弱(图15)。
实施例32
可在很大的Al/P比率范围内合成本发明材料(例如0.5/1到10/1和到25/1)，包括加入或掺杂其它元素，例如硅，可能必需这些元素来产生某些功能性。由图16可以看出，在ZnS上的两种组成不同的本发明材料薄膜的透射性质比较揭示了与加入硅(氧化硅在同一区域周围也有吸收)的磷酸根含量较高的组合物相比，Al/P比率为6/1时显示出可忽略的磷酸根吸收。然而，因为磷酸根具有良好的粘合性，需要找到透射率和高的粘合强度之间的平衡。因此，本发明材料体系允许灵活的组成变化以定制特定的性质。
实施例33
在聚合物上施涂涂层
行业 涂层功能 例子
航空 扩散阻隔层、抗静电涂层、防止受到空间环境影响 浴室镜子、灯罩、热成形零件盘子和桌子、窗户
器具 抵抗湿气和氧的扩散阻隔层 控制台和薄膜开关、仪表板、贮藏食物的容器、印制标签和标示牌
汽车 防止受到机械损坏(腐蚀)、易于清洁和挡风玻璃的疏水涂层、减反射涂层、防静电涂层 缓冲器部件、玻璃窗
建筑物和建筑 防止被腐蚀易于清洁疏水涂层减反射涂层 一般玻璃窗、照明配电盘玻璃窗(Lighting PanelGlazing)、办公室内部、私家居室窗(Privacy Glazing)、公共建筑、屋顶灯、隔开的墙、天窗、隔音墙(Soundwall)、墙板、窗户
电气和电子 电绝缘、扩散阻隔层 外壳(Enclosure)、绝缘屏障、印刷电路
机器(Machinables) 防止受到机械损坏(磨坏、腐蚀) 轴承和支座、齿轮
维修和材料处理 防止被磨坏和腐蚀 溜槽衬垫、输送磨损带(Conveyor Wear Strip)、现成构件、机器保护装置、热成形的盘子
海运 防止受到机械损坏疏水涂层 跳台、外部、内部、家具装潢部件
光学介质 湿气阻挡层 显示器-LCD、OLED
行业 涂层功能 例子
印刷 防止受到机械损坏 装饰层压纸、薄膜开关、标示牌、轮廓纸
安全设备 防止受到机械损坏 护目镜、机器保护装置
信号和显示 防止受到机械损坏 后座舱灯标、建筑招牌(Building Fascia)、遮篷、槽型字(Channel Letter)、地面固定的工业标示牌、LED盖片、菜单首页、架空安装的设备(Pole Mount)、POP显示器、热成形的标记、售货亭(Tradeshow Booth)、自动贩卖机遮盖物(VendingCover)、壁装式设备(WallMounted)
电信和电脑设备 防止受到机械损坏易于清洁光学零件 手机盖、冲切绝缘器、键盘和键区、镜头和盖、监视器和显示器
交通 防止受到机械损坏 ***遮挡物(Bug Shield)、玻璃窗、内部、热成形零件
实施例34
参见前面的一个或多个实施例或描述，使用本领域已知的且明白本发明的人应该知道的辊到辊或连续制造方法制备各种复合材料和/或产品部件。因此，上述的磷酸铝组合物涂层和引入作为参考的涂层(例如购自Applied Thin Films，Inc.，Evanston，IL CerablakTM化合物、组合物和产品)可施涂在很多种基材材料上。在美国专利6,951,770和6,878,871(这两篇专利全文纳入本文作为参考)中更充分地描述了该设备器材和结构。
任选地，可通过以下步骤制备基材：首先除去不牢固的表面碎片，然后使用一种或多种喷涂器或浸涂器用适当的有机或水性溶液(例如丙酮或清洁剂/水)脱油，用水和/或醇清洗。使用烘炉(温度为50-500℃)除去所有的溶剂，对于对大气敏感的基材，使用流动的空气、干燥空气、氧气、氮气或任何其它惰性气体。
如上所述或结合所引入的参考资料，将磷酸铝组合物的前体溶液喷在基材上。或者，将所述基材浸在一种或多种前体溶液浴或储藏池中。如果该基材的两个或多个面或所有面都要涂覆，可以相应地配置一个或多个喷嘴。或者，用浸涂涂覆所有的基材面。前体组合物可以在以下方面变化，例如但不限于Al/P化学计量比、粘度、载体(例如水性或非水性)和存在的添加剂(有机或无机的)。例如，对于高发射率的涂层可能有利的，用溶剂(水性或非水性)载体组分制备浆液。
不考虑各种体积和生产量的需求，涂料组合物可以用一个或多个烘箱或加热/固化源固化在高达100英尺或更长的长度上。例如，可使长度足以按照一套流程干燥和固化的烘箱或熔炉的温度为50-1000℃，停留时间取决于速度和有效加热/固化区域的长度。该区域可因一种或多种加热或固化源(例如UV/IR、流动加热的空气、其它或惰性气体或电阻加热源)而异。可以用适当的溶剂清洁固化的涂层。然后干燥，然后施涂下一涂层。或者，如含有对温度敏感的基材(例如某些塑料)的复合材料中所用的，可用适当的热源以这样的方式进行固化，以较高的温度加热涂层部分，而保持基材在较低的温度(例如在约250℃或以下)，持续一段时间(例如小于约1小时)足以使涂层固化，而不会对基材有不利影响或效果。
对于各种与方法相关的考虑，希望在沿着或经过加热/固化源之前以合适的角度卷基材。如果基材是适当湿的或未固化的，由于弯曲造成的涂层损坏将会最小。取决于最初的表面粗糙度，可以在清洁和施涂涂层之前，如本领域所知道的，电抛光或机械抛光基材。无论如何，参见示意图17和18，其进一步图示了辊到辊/连续涂覆方法和由此得到的非限制性的缠绕或卷的复合材料的结构。

Claims (26)

1.一种具有结构的复合材料，它包含基材和在基材上的涂料组分，所述涂料组分含有磷酸铝化合物，所述化合物含有的铝对磷的比率范围为约0.5∶1到约25∶1，所述复合材料排列在与所述结构基本垂直的轴的周围。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述基材选自金属、金属合金和塑料。
3.如权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述基材选自不锈钢和刷过的不锈钢。
4.如权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述涂料组分在可见光谱内基本透明。
5.如权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述涂料组分为所述复合材料提供晕彩外观。
6.如权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述涂料组分含有抗菌组分。
7.如权利要求2所述的复合材料，它包含至少一个在所述基材和所述涂料组分之间的夹层组分。
8.如权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述基材包括塑料，所述塑料含有聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、聚酰亚胺、聚酰亚胺共聚物、聚酯和聚酯共聚物中的一种。
9.如权利要求8所述的复合材料，其特征在于，所述涂料组分包含渗透阻隔层。
10.如权利要求8所述的复合材料，其特征在于，所述涂料组分至少部分不溶于有机溶剂。
11.如权利要求8所述的复合材料，包括至少一种在所述涂料组分上的覆盖层组分，所述涂料组分粘附到所述覆盖层组分上。
12.如权利要求11所述的复合材料，其特征在于，所述涂料组分含有吸收在红外谱中的约1230cm-1的辐射的结构部分。
13.如权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述基材包括厚度尺寸小于约100密耳的金属箔。
14.如权利要求13所述的复合材料，其特征在于，所述箔选自铝、不锈钢、钛、锰、镍基合金和超合金。
15.如权利要求14所述的复合材料，包含在所述涂料组分上的反射性金属覆盖层。
16.如权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述基材包括线材。
17.权利要求1所述的复合材料，它绕在线轴上。
18.权利要求1所述的复合材料，它制成制品。
19.使用磷酸铝组合物密封多孔基材表面的方法，所述方法包括：
提供含有表面部分的基材；
使所述表面部分与含有磷酸铝化合物的组合物接触，所述化合物含有至少一个磷酸酯部分；和
在足以至少部分除去所述酯部分的温度和时间条件下加热所述组合物。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述基材选自花岗石、大理石、工程石材、瓷和陶瓷。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述表面部分基本是平面化的。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述的被接触的组合物在高达约1000℃的温度下基本热稳定。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述组合物喷涂在所述表面部分。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述组合物含有水性载体组分、非水性载体组分和气溶胶喷射剂中的至少一种。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述组合物含有气溶胶喷雾。
26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述基材选自厨房用具和柜台、浴室装置、地板砖和墙面砖部分。
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