JP2015536839A - 耐久性超疎水性コーティング - Google Patents
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Abstract
Description
「疎水性」表面又は粒子は、一般的に、そして、本明細書において、水滴との間に90度ないし150度の接触角を与える表面又は粒子として定義される。「超疎水性」表面又は粒子は、一般的に、そして、本明細書において、水滴との間に150度より大きい接触角を与える表面又は粒子として定義される。水滴と表面との間にとることができる可能な最大接触角は、180度である。
i)1段階の加水分解反応:シリカリッチ微粒子は、超疎水性シラン及びカップリング剤の溶液内で官能化することができる。超疎水性シラン及びカップリング剤の濃度と反応性(例えば、−トリクロロ又は−トリメトキシ基へのシラン末端化)が、粒子表面でのSH:カップリング剤部位の対応する表面積比を決定する。
ii)2段階の加水分解反応:超疎水性シランの結合反応速度をモニターすることができる。算出された反応速度に応じて反応を停止し、超疎水性部位の表面被覆率を制御することができる。続いて、第2の反応を開始することができ、残りの部位は、ポリマー結合剤への粒子の共有結合を促進するカップリング剤で占めることができる。
i)高分子結合剤の溶解度を減少させること(すなわち、良溶媒及び貧溶媒の混合物を用いること)。溶解度の低い結合剤は、結合剤と微粒子の間でより顕著に相分離した。
ii)それらの官能基化の前のシリカリッチ微粒子のアニーリング。官能基化の前に、粉末は、摂氏500度で30分間焼鈍し、その後、摂氏70度に冷却してもよい。オーブンの上部の小さな開口部は、水の蒸発を可能にした。摂氏500度の焼鈍により、両方の水層(弱い結合及び強い結合)が蒸発するのに対し、摂氏70度での平衡は、微粒子の表面に強く結合する少量の水の吸収を可能にする。アニーリング処理中に、強く結合した及び弱く結合した水の量を定量化しなかった。水がない又は微量の水を有するミクロンサイズの粒子は、官能基化の後、弱い静電(ファン・デル・ワールス)力を示し、バインダー表面を破壊し、超疎水性の突出が生じるのにより適したより凹凸の少ない凝集体を形成する。粒子のアニーリングのさらなる利点は、粒子表面上の有機汚染物の除去である。
種々の実施態様によれば、高分子結合剤とも称される、前記樹脂は疎水性であってもよい。適切な疎水性樹脂の一例は、フッ化エチレンプロピレン(FEP)である。他の実施態様は、紫外線(UV)硬化性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱可塑プラスチックを使用してもよい。UV硬化性樹脂はプラスチック、ワックス又は他の樹脂で使用される硬化温度において溶融又は軟化する場合があるあらゆる材料等の種々の感熱基材のコーティングを可能にすることができるため、UV硬化性樹脂がある目的に対して特に好適である。ある実施態様によれば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及びUV硬化性樹脂を含む市販の静電粉末コート樹脂である(FEPのような)疎水性樹脂を使用することが有利である場合がある。また、種々の種類の樹脂の組み合わせを使用してもよい。
前記超疎水性コーティング内における、超疎水性粒子の樹脂に対する比は、体積で、1:1, 1:1.25, 1:1.5, 1:1.75, 1:2, 1:2.25, 1:2.5, 1:2.75, 1:3, 1:3.25, 1:3.5, 1:3.75, 1:4, 1:4.25, 1:4.5, 1:4.75, 1:5, 1:5.25, 1:5.5, 1:5.75, 1:6, 1:6.25, 1:6.5, 1:6.75, 1:7, 1:7.25, 1:7.5, 1:7.75, 1:8, 1:8.25, 1:8.5, 1:8.75, 1:9, 1:9.25, 1:9.5, 1:9.75, 1:10, 1:10.25, 1:10.5, 1:10.75, 1:11, 1:11.25, 1:11.5, 1:11.75, 1:12, 1:12.25, 1:12.5, 1:12.75, 1:13, 1:13.25, 1:13.5, 1:13.75, 1:14, 1:14.25, 1:14.5, 1:14.75及び1:15から選択されてもよい。例えば、ある好適な実施態様によれば、超疎水性コーティング内の超疎水性粒子の樹脂に対する比は、体積で、1:1ないし1:10であってもよい。超疎水性粒子の樹脂に対する比は、体積で、1:1.5ないし1:5であってもよい。超疎水性粒子の樹脂に対する比は、体積で、約1:4であってもよい。
超疎水性コーティングのための前駆体粉末は、超疎水性粒子を有する超疎水性粉末と複数の樹脂粒子とを含む。前記超疎水性粒子は、それぞれが細孔を備える3次元表面トポロジーを有してもよい。前記樹脂粒子は樹脂材料を含み、当該樹脂材料は硬化時に、前記超疎水性粒子を前記樹脂内に埋めることができるが、前記超疎水性粒子の前記細孔を完全には充填しない。
超疎水性コーティングを表面に塗布する方法は、超疎水性コーティング用の前駆体粉末を供するステップを含む場合がある。前記前駆体粉末は、複数の超疎水性粒子を有していてもよい。前記超疎水性粒子は、細孔を備える3次元表面トポロジーを有していてもよい。また、前記前駆体粉末は、複数の樹脂粒子を含んでいてもよい。前記樹脂粒子は、硬化時に、前記樹脂内に前記超疎水性粒子を埋め込むことができるが、前記超疎水性粒子の細孔を充填したり、前記粒子表面を完全に覆ったりしない、樹脂材料を含んでもよい。前記前駆体粉末が、前記表面に塗布される。前記樹脂が硬化し、前記樹脂が前記表面に結合し、前記超疎水性粒子が前記樹脂内に埋め込まれる。
様々な実施態様は、超疎水性表面の再生方法に関する。前記超疎水性表面は、前述の実施態様のいずれかによる表面であってもよい。前記超疎水性表面が、前述の実施態様のいずれかにより調製されてもよい。例えば、前記超疎水性表面は、樹脂と複数の超疎水性粒子とを含んでもよい。各超疎水性粒子は、複数の細孔を画定する、3次元ナノ構造表面トポロジーを有していてもよい。前記超疎水性粒子の少なくとも一部分は、前記樹脂によって取り囲まれるように、前記樹脂内に埋め込まれるか又は前記樹脂に化学結合されてもよい。様々の実施態様によれば、前記超疎水性粒子の前記3次元表面トポロジーが維持されるように、前記樹脂は埋め込まれた前記超疎水性粒子の前記細孔を充填しない。超疎水性表面の前記再生方法は、埋め込まれた前記超疎水性粒子を露出させるように、前記超疎水性表面を単に摩耗することを含む場合がある。
実施例1及び2に記載される混合超疎水性粉末コーティング技術を使用すると、アルミニウム及び鋼の板の両方が、アルミニウム電力線の小さな部分と共にうまくコーティングされる。
Claims (27)
- 樹脂と複数の粒子とを含む超疎水性コーティングであって、
前記複数の粒子は、それぞれ、少なくとも1つの超疎水性領域と少なくとも1つの親水性領域とを含み、
各粒子は、複数の細孔を画定する3次元ナノ構造表面トポロジーを有し、
前記粒子は、少なくとも1つの親水性領域を介して、前記樹脂と共有結合し、
前記粒子の3次元表面トポロジーが維持されるように、前記樹脂は前記粒子の細孔を充填せず、
前記複数の粒子は、樹脂の少なくとも1つの表面を超疎水性にすることを特徴とする超疎水性コーティング。 - 前記超疎水性粒子の少なくとも一部が、樹脂内部に埋め込まれ、前記樹脂によって、取り囲まれることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 前記樹脂が、疎水性であることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 各粒子は疎水性コーティングを含み、前記疎水性コーティングは、前記ナノ構造表面トポロジーを維持するように、前記超疎水性粒子の表面に一致させることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 前記超疎水性粒子は、珪藻土粒子を含むことを特徴とする請求項4に記載の超疎水性コーティング。
- 前記多孔質コアは、親水性であることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 前記多孔質コアは、ケイ酸塩であることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 前記ケイ酸塩は、エッチングされ、前記ナノ構造表面トポロジーを備えることを特徴とする請求項7に記載の超疎水性コーティング。
- 各粒子の細孔容積は、50%未満が樹脂によって充填されることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 各粒子の直径が、1−20μmであることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 各粒子の直径が、10−20μmであることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 粒子の樹脂に対する比が、体積で、1:1から1:10であることを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 前記少なくとも1つの超疎水性領域は、フルオロモノマー、パラフィン系炭化水素モノマー及びそれらの組み合わせからなる群から選択される化学部分を含むことを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 前記フルオロモノマーは、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリクロロシランであることを特徴とする請求項14に記載の超疎水性コーティング。
- 前記パラフィン系炭化水素モノマーは、アルキル系シランであることを特徴とする請求項14に記載の超疎水性コーティング。
- 前記少なくとも1つの親水性領域は、少なくとも1つの官能基を含むシランからなる群から選択される化学部分を含むことを特徴とする請求項1に記載の超疎水性コーティング。
- 前記少なくとも1つの官能基は、(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−トリメトキシシリルプロピル)ジエチレン−トリアミン及びそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項16に記載の超疎水性コーティング。
- シリカを含む複数の微粒子を少なくとも1つの超疎水性シラン及び少なくとも1つのカップリング剤と反応させて、複数の両性粒子を形成させるステップを含み、各両性粒子は少なくとも1つの超疎水性領域と少なくとも1つの親水性領域とを含むことを特徴とする両性粒子の製造方法。
- 前記反応は、1段階で起こることを特徴とする請求項18に記載の両性粒子の製造方法。
- 前記反応は、第1の段階及び第2の段階で起こり、
前記第1の段階で、前記複数の微粒子を前記少なくとも1つの超疎水性シランと反応させ、
前記第2の段階で、前記複数の微粒子を前記少なくとも1つのカップリング剤と反応させることを特徴とする請求項18に記載の両性粒子の製造方法。 - 前記少なくとも1つの超疎水性領域は、フルオロモノマー、パラフィン系炭化水素モノマー及びそれらの組み合わせからなる群から選択される化学部分を含むことを特徴とする請求項18に記載の両性粒子の製造方法。
- 前記フルオロモノマーは、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル)トリクロロシランであることを特徴とする請求項21に記載の両性粒子の製造方法。
- カップリング剤は、パラフィン系炭化水素モノマーであることを特徴とする請求項18に記載の両性粒子の製造方法。
- 前記パラフィン系炭化水素モノマーは、アルキル系シランであることを特徴とする請求項23に記載の両性粒子の製造方法。
- 前記少なくとも1つの親水性領域は、少なくとも1つの官能基を含むシランからなる群から選択される化学部分を含むことを特徴とする請求項18に記載の両性粒子の製造方法。
- 前記少なくとも1つの官能基は、(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−トリメトキシシリルプロピル)ジエチレン−トリアミン及びそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項25に記載の超疎水性コーティング。
- 高分子結合剤を含む溶液中に複数の両性微粒子溶液を分散させるステップを含み、
各両性粒子は、少なくとも1つの超疎水性領域と少なくとも1つの親水性領域とを含み、
前記高分子結合剤は、各両性粒子の前記少なくとも1つの親水性領域と共有結合可能な複数の官能基を含むことを特徴とする超疎水性コーティングの製造方法。
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