CN113631674A - 单组分疏水涂层 - Google Patents

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Abstract

一种涂料组合物包含由反应物混合物制备的聚合物，所述反应物包含(a)氟化聚硅氧烷和(b)烷氧基硅烷官能树脂。所述烷氧基硅烷官能树脂包含聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。还公开了至少部分涂有所述涂料组合物的基材。还公开了一种通过使至少部分涂有所述涂料组合物的基材与极性流体接触使得极性流体冷凝在涂布基材的至少一部分上来冷凝极性流体的方法。

Description

单组分疏水涂层
关于联邦资助研究的声明
本发明是在政府支持下根据与国家制造科学中心的第201667-140842号合作协议完成的。美国政府可能拥有本发明的某些权利。
技术领域
本发明涉及一种涂料组合物、涂有该涂料组合物的基材和通过使至少部分涂有该涂料组合物的基材与极性流体接触来冷凝所述极性流体的方法。
背景技术
涂覆在基材上并固化以形成涂层的涂料组合物用于各种工业中以促进来自周围空气的水或其他极性流体冷凝在涂层上。实例包含用在通风井或采暖、通风和空调(HVAC)系统(例如，其冷凝器管)上的涂料组合物。热交换器的效率可以通过将来自空气的水快速冷凝在这些涂层区域中，然后通过重力和/或强制空气流过热交换器表面从涂布表面快速去除水滴来改进。因此，需要提供高水接触角和低滞后值的涂布表面以促进热交换器更高效和成本有效的运行。
发明内容
本发明涉及包括由反应物混合物制备的聚合物的涂料组合物，所述反应物包含(a)氟化聚硅氧烷和(b)烷氧基硅烷官能树脂。所述烷氧基硅烷官能树脂包含聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。
本发明还涉及一种冷凝极性流体的方法，该方法包含：使至少部分涂有涂料组合物的基材与极性流体接触，使得所述极性流体冷凝在涂布基材的至少一部分上。所述涂料组合物包含由反应物的混合物制备的聚合物，所述反应物包含(a)氟化聚硅氧烷和(b)烷氧基硅烷官能树脂。所述烷氧基硅烷官能树脂包含聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。
具体实施方式
为了以下详细描述的目的，应当理解的是，除非另有明确说明，本发明可以采取各种替代性变化和步骤顺序。此外，除了在任何操作实例中，或者在另有说明的情况下，在说明书和权利要求中使用的表示例如成分的数量的所有数字应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求中列出的数字参数是近似值，其可以根据本发明获得的所需性质而变化。至少，并且不是试图将等同原则的应用限制到权利要求的范围，每个数值参数至少应该根据所报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。
尽管阐述本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体实例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值都固有地含有一定误差，这些误差必定是由在其各自的测试测量值中发现的标准偏差引起的。
此外，应当理解，本文所述的任何数值范围旨在包含其中包含的所有子范围。例如，“1至10”的范围旨在包含所述最小值1和所述最大值10之间(并包含此二值)的所有子范围，即具有大于等于1的最小值和小于等于10的最大值。
在本申请中，除非另有明确说明，否则单数的使用包含复数并且复数涵盖单数。此外，在本申请中，除非另有明确说明，否则“或”的使用意指“和/或”，即使“和/或”可以明确地用于某些情况。进一步，在本申请中，除非另有明确说明，否则“一(a)”或“一(an)”的使用意指“至少一个”。例如，“一个”烷氧基硅烷官能树脂、“一个”氟化聚硅氧烷等是指这些项目中的一个或多个。此外，如本文所用，术语“聚合物”意指预聚物、低聚物以及均聚物和共聚物二者。术语“树脂”与“聚合物”可互换使用。
如本文所用，过渡性术语“包括”(和其他同等术语，例如“含有”和“包含”)是“开放式的”并且对包含未指定的内容开放。尽管根据“包括”来描述，但术语“基本上由……组成”和“由……组成”也在本发明的范围内。
本发明可涉及一种涂料组合物，其包括由反应物混合物制备的聚合物，反应物包含(a)氟化聚硅氧烷和(b)烷氧基硅烷官能树脂，其中烷氧基硅烷官能树脂可包含聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。涂料组合物可以指当将涂料组合物涂覆于基材并固化时，使来自周围环境的水(或其他极性流体)冷凝到基材上的涂料组合物。涂料组合物在涂覆于基材并固化时，可有助于涂布基材表现出其他有利特性，如易于清洁、自清洁、防污和/或防雾(例如，促进水以薄膜的形式而不是小滴的形式冷凝)特性。
聚合物可由包括氟化聚硅氧烷的混合物制备。如本文所用，术语“聚硅氧烷”是指具有含有一个或多个Si-O-Si键的骨架或主链的聚合物。聚硅氧烷可包含单一聚硅氧烷或聚硅氧烷的混合物。聚硅氧烷可具有下式I的一般结构：
Figure BDA0003280942510000031
在式I中，n范围可为至少1至最大1,000或1至100，并且每个Ra和Rb独立地代表选自氢、羟基、取代或未取代的烃基及其混合物的基团。每个单独的Ra基团可以与其他Ra基团相同或不同，并且每个单独的Rb基团可以与其他Rb基团相同或不同。氟化聚硅氧烷可具有式I的一般结构，其中至少一个Rb基团含有氟化基团。Rb可以是一个或多个碳的烷基链，其中一个或多个氟基团与烷基链中的一个或多个碳连接。氟基团可以与末端碳或沿烷基链的其他碳连接。合适的氟化聚硅氧烷包含但不限于聚三氟丙基甲基硅氧烷，如式II中所示的聚合物。氟化聚硅氧烷可以是硅烷醇封端的。
Figure BDA0003280942510000032
聚合物组分(a)可包含至少两种聚硅氧烷，第一氟化聚硅氧烷和第二聚硅氧烷，它们彼此不同。按涂料组合物的总固体重量计，氟化聚硅氧烷可以以5重量％或更高，如10重量％或更高、20重量％或更高、30重量％或更高、40重量％或更高、或50重量％或更高的量存在于涂料组合物中。按涂料组合物的总固体重量计，氟化聚硅氧烷可以以80重量％或更少，如75重量％或更少的量存在于涂料组合物中。按涂料组合物的总固体重量计，氟化聚硅氧烷可以以5-80重量％、10-75重量％、20-75重量％、30-75重量％、40-75重量％、50-80重量％、或50-75重量％的量存在于涂料组合物中。氟化聚硅氧烷可以赋予在涂料组合物中包含氟化聚硅氧烷而制备的固化涂层疏水性(借助于聚合物中存在的疏水部分)。疏水部分被定义为使用Kruss液滴形状分析表现出至少90°的水接触角(WCA)的涂料组合物的部分。如本文所报道，根据ASTM测试方法D7334在Kruss液滴形状分析仪(DSA 100)上进行Kruss液滴形状分析。
聚合物可由包括烷氧基硅烷官能树脂的混合物制备。烷氧基硅烷官能树脂包含至少一个侧基和/或末端烷氧基硅烷基团。“侧基”，也称为“侧链”，是聚合物主链的一个分支，并且不是主链的一部分，以及“端基”是指位于聚合物主链末端的官能团。术语“硅烷”是指衍生自SiH4的用有机基团替代一个或多个氢原子的化合物，并且术语“烷氧基”是指-O-烷基。此外，“烷氧基硅烷”是指具有至少一个与硅原子键合的烷氧基硅烷化合物。烷氧基硅烷还可以包括多个与硅原子键合的烷氧基。烷氧基硅烷可包括与硅原子键合的两个烷氧基或三个烷氧基。因此，烷氧基硅烷可具有一个、两个或三个烷氧基。可与硅原子键合的烷氧基包含但不限于具有C1至C20碳链、C1至C10碳链、C1至C6碳链或C1至C4碳链的烷氧基。合适的烷氧基包含甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、异戊氧基及其组合。
烷氧基硅烷官能树脂可包括特定的聚合物结构，如包括侧链和/或末端烷氧基硅烷基团的线性聚合物。烷氧基硅烷官能树脂可以是包括侧链和/或末端烷氧基硅烷基团的支化聚合物。烷氧基硅烷官能树脂可含有总共至少2个与硅原子键合的烷氧基，如至少3个、至少4个、至少6个或至少9个与硅原子键合的烷氧基。
烷氧基硅烷官能树脂可包含聚氨酯树脂。如本文所用，术语“聚氨酯树脂”是指包括至少一个氨基甲酸酯键的聚合物。聚氨酯树脂可以根据本领域已知的任何方法形成，如通过使至少一种多异氰酸酯与一种或多种具有与多异氰酸酯的异氰酸酯官能团具反应性的官能团的化合物反应。反应性官能团可以是含活性氢的官能团，如羟基、硫醇基团、胺基团和酸基团，如羧酸基团。羟基可以与异氰酸酯基团反应形成氨基甲酸酯键。伯胺或仲胺基团可以与异氰酸酯基团反应形成脲键。通常，反应混合物包含至少一种羟基官能的反应性化合物，如用于形成氨基甲酸酯官能团的多元醇。通常，具有与多异氰酸酯的异氰酸酯官能团具反应性的官能团的化合物包括至少一种每个分子具有两个或更多个含活性氢的官能团的化合物，例如选自上述那些的官能团。
合适的反应性化合物包含多元醇、多异氰酸酯、含羧酸基团的化合物，包含含有羧酸基团的二醇、多胺、多硫醇和/或具有反应性官能团，如羟基、硫醇基团、胺基团和羧酸的其他化合物。反应性化合物可包括烷氧基硅烷基团以将烷氧基硅烷官能团赋予聚氨酯树脂。
异氰酸酯官能的聚氨酯预聚物可通过使化学计量过量的多异氰酸酯与一种或多种上述反应性化合物，如多元醇反应来形成。异氰酸酯官能的聚氨酯预聚物可以与包括烷氧基硅烷的另外的反应性化合物反应以产生烷氧基硅烷官能的聚氨酯。另外的反应性化合物可以是烷氧基硅烷官能的伯胺或仲胺，其与聚氨酯预聚物反应形成脲键。烷氧基硅烷官能反应性化合物可包括末端烷氧基硅烷基团以产生具有末端烷氧基硅烷基团的聚氨酯。
烷氧基硅烷官能树脂可包含丙烯酸树脂。如本文所用，术语“丙烯酸树脂”是指由至少一种丙烯酸单体形成的聚合物。丙烯酸树脂可以根据本领域已知的任何方法通过使用任意数量的丙烯酸单体形成，包含(甲基)丙烯酸烷基酯，如(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸甲酯和(甲基)丙烯酸丁酯；官能丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸羟乙酯；环状和多环状(甲基)丙烯酸类，如(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸环己酯和(甲基)丙烯酸异冰片酯；以及丙烯酰胺，如N-丁氧基甲基丙烯酰胺。丙烯酸单体可以是烷氧基硅烷官能丙烯酸单体。可以各自使用酸官能的(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸烷基酯。也可以使用(甲基)丙烯酸树脂的混合物。应当理解，(甲基)丙烯酸和类似术语指甲基丙烯酸和丙烯酸二者。
烷氧基硅烷官能丙烯酸树脂可以是由至少一种烷氧基硅烷官能丙烯酸单体形成的聚合物。烷氧基硅烷官能丙烯酸树脂可以是由至少一种异氰酸酯官能丙烯酸单体和/或环氧官能丙烯酸单体形成的聚合物，其进一步反应形成烷氧基硅烷官能丙烯酸树脂。异氰酸酯官能丙烯酸残基可以与具有与异氰酸酯官能团具反应性的官能团的烷氧基硅烷官能化合物，如烷氧基硅烷官能胺反应。环氧官能丙烯酸残基可以与具有与环氧官能团具反应性的官能团的烷氧基硅烷官能化合物，如烷氧基硅烷官能胺或烷氧基硅烷官能硫醇反应。烷氧基硅烷官能丙烯酸树脂可以是由羟基官能丙烯酸树脂形成的聚合物，该羟基官能丙烯酸树脂与具有与羟基官能团具反应性的官能团的烷氧基硅烷官能化合物，如烷氧基硅烷官能异氰酸酯反应。
聚合物还可以包含(c)金属醇盐。“醇盐”是指醇(Y-OH)的共轭碱，其中Y可以是C1-C10直链或支链烷基。金属醇盐可包含多价金属。合适的金属醇盐包含锆醇盐(如丁醇锆或甲醇锆)、钛醇盐、钽醇盐、铪醇盐、铝醇盐、异丙醇锆异丙醇或其混合物。
按涂料组合物的总固体重量计，金属醇盐可以以至少0.5重量％、至少1重量％或至少2重量％的量存在于涂料组合物中。按涂料组合物的总固体重量计，金属醇盐可以以小于20重量％，如小于15重量％、小于10重量％或小于5重量％的量存在于涂料组合物中。按涂料组合物的总固体重量计，金属醇盐可以以0.5-20重量％，例如0.5-5重量％、0.5-10重量％、0.5-15重量％、1-20重量％、1-10重量％、1-5重量％、2-20重量％、2-10重量％或2-5重量％的量存在于涂料组合物中。
聚合物还可包含疏水和/或亲水添加剂。如本文所用，“疏水添加剂”是增加固化涂料组合物的水接触角的添加剂。如本文所用，“亲水添加剂”是降低固化涂料组合物的水接触角的添加剂。添加剂可以是亲水添加剂，其可以不是形成聚合物的反应物。亲水添加剂可以在制备如前所述的聚合物之后加入。亲水添加剂可以赋予在涂料组合物中包含亲水添加剂而制备的固化涂层亲水性(产生亲水部分)。亲水部分被定义为使用Kruss液滴形状分析表现出小于90°的WCA的涂料组合物的一部分。合适的亲水添加剂包含二氧化钛(TiO2)、氨基丙基硅烷处理的二氧化硅、未处理的二氧化硅和/或其混合物的纳米尺寸的颗粒。根据ASTM F1877-16，“纳米尺寸”是指平均粒径不超过100纳米的TiO2颗粒。
按涂料组合物的总固体重量计，亲水添加剂可以以至少1重量％、至少10重量％、至少15重量％、至少20重量％或至少25重量％的量存在于涂料组合物中。按涂料组合物的总固体重量计，亲水添加剂可以以小于50重量％、小于40重量％或小于35重量％的量存在于涂料组合物中。按涂料组合物的总固体重量计，亲水添加剂可以以10-50重量％、15-40重量％、20-35重量％或25-35重量％的量存在于涂料组合物中。可将有效量的亲水添加剂加入涂料组合物中，使得当涂覆于基材并固化时，整个涂层是疏水的。亲水涂层被定义为使用Kruss液滴形状分析显示WCA小于90°的整个固化涂层。疏水涂层被定义为使用Kruss液滴形状分析显示WCA为至少90°的整个固化涂层。超疏水涂层被定义为使用Kruss液滴形状分析显示WCA为至少150°的整个固化涂层。如本文所用，术语“整个涂层”是指当作为整体考虑时的涂层，而不是涂层的任何一个部分的特性。
可以将有效量的亲水添加剂加入涂料组合物中，使得当涂覆于基材并固化时，整个固化涂层表现出至少100°、至少110°、至少120°、至少130°、至少140°或至少150°的WCA。可以将有效量的亲水添加剂加入涂料组合物中，使得当涂覆于基材并固化时，整个涂层是超疏水的。可以将有效量的亲水添加剂加入涂料组合物中，使得当涂覆于基材并固化时，整个固化涂层表现出至少150°的WCA和不超过25°或不超过10°的滞后。如本文所用，滞后被定义为一滴液体(如水)在相对于水平面成0°至90°角的平面上的前进接触角和后退接触角的差。滞后可以使用Kruss液滴形状分析来测量。
添加剂可以是疏水添加剂，其可以不是形成聚合物的反应物。如前所述，可以在制备聚合物之后加入疏水添加剂。疏水添加剂可以赋予在涂料组合物中包含疏水添加剂而制备的固化涂层疏水性(产生疏水部分)。疏水部分被定义为使用Kruss液滴形状分析表现出至少90°的WCA的涂料组合物的一部分。合适的疏水添加剂包含氟化处理的颗粒，如氟化处理的二氧化硅，氟化硅烷处理的颗粒，如氟化硅烷处理的二氧化硅，疏水处理的金属氧化物，稀土金属氧化物，或其混合物。
按涂料组合物的总固体重量计，疏水添加剂可以以至少1重量％、至少3重量％、至少5重量％、至少10重量％或至少15重量％的量存在于涂料组合物中。按涂料组合物的总固体重量计，疏水添加剂可以以小于30重量％、小于25重量％、小于20重量％或小于18重量％的量存在于涂料组合物中。按涂料组合物的总固体重量计，疏水添加剂可以以3-30重量％、5-25重量％、10-20重量％或15-20重量％的量存在于涂料组合物中。可以将有效量的疏水添加剂加入涂料组合物中，使得当涂覆于基材并固化时，整个涂层是疏水的。可以将有效量的疏水添加剂添加到涂料组合物中，使得当涂覆到基材上并固化时，整个固化涂层表现出至少100°、至少110°、至少120°、至少130°、至少140°或至少150°的WCA。可以将有效量的疏水添加剂加入涂料组合物中，使得当涂覆于基材并固化时，整个固化涂层是超疏水的。可以将有效量的疏水添加剂加入涂料组合物中，使得当涂覆于基材并固化时，整个固化涂层表现出至少150°的WCA和不超过25°或不超过10°的滞后。
涂料组合物可进一步包含偶联剂。偶联剂可包含与基材，如铝具反应性以提供或增强涂料组合物与基材之间的粘附力的官能团，如羟基、甲氧基或乙氧基。偶联剂可包含硅烷、烷氧基硅烷、氟烷基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和/或其混合物。偶联剂可以是烷氧基硅烷，如3-氨丙基三乙氧基硅烷。基于基材和/或涂料组合物中包含的其他组分的组成，涂料组合物中可包含其他偶联剂。
烷氧基硅烷官能树脂可与自身或偶联剂反应以形成交联聚合物网络。偶联剂的使用用于增加交联聚合物网络的交联密度。偶联剂，如氨丙基三乙氧基硅烷的使用也可用于加速涂料组合物的固化响应。如ASTM F2214-02所测量的，交联聚合物网络可具有1.5至3.5mmole/cm3的交联密度。
涂料组合物可进一步包含导热材料。导热材料可包含金属材料或导电碳质材料。导热材料可包含金属薄片、金属粉末、导电碳或其某种组合。导热材料可包含铜、石墨烯、锌铈或其某种组合。
本文所述的任何涂料组合物可包含附加材料。可与本发明的涂料组合物一起使用的合适的附加材料包含：着色剂(例如颜料和/或染料)、增塑剂、耐磨颗粒、耐腐蚀颗粒、腐蚀抑制添加剂，填料包含但不限于粘土、无机矿物、抗氧化剂、受阻胺光稳定剂、UV光吸收剂和稳定剂、表面活性剂、流动和表面控制剂、触变剂、有机共溶剂、反应性稀释剂、催化剂、反应抑制剂和其他常用助剂。
在制备涂料组合物之后，可以将涂料组合物涂覆于基材并固化以形成涂层。基材可以是任何合适的材料。基材可以是金属的或非金属的。金属基材可包含但不限于锡、钢(包含不锈钢、电镀锌钢、冷轧钢和热浸镀锌钢等)、铝、铝合金、锌铝合金、涂有锌铝合金的钢或镀铝钢。金属基材还可进一步包含金属预处理涂层或转化涂层。合适的预处理涂层或转化涂层包含但不限于磷酸锌、磷酸铁或含铬酸盐的预处理。其他合适的预处理涂层或转化涂层包含但不限于薄膜预处理涂层，如含锆或钛的预处理。金属预处理涂层还可包含封闭剂，如铬酸盐或非铬酸盐封闭剂。
非金属基材可包括聚合材料。用于基材的合适聚合材料可包含塑料、聚酯、聚烯烃、聚酰胺、纤维素、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、EVOH、聚乳酸、其他“绿色”聚合基材、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚碳酸酯、聚碳酸酯丙烯腈丁二烯苯乙烯(PC/ABS)或聚酰胺。其他非金属基材可包含玻璃、木材、木饰面、木质复合材料、刨花板、中密度纤维板、水泥、石头、纸、纸板、纺织品、皮革(合成的和天然的)等。非金属基材还可以包含在涂覆涂层之前涂覆的处理涂层，这增加了涂层对基材的粘附力。
基材可以是HVAC系统或包含热交换器的其他系统的一部分，其包括金属，如铝、铝合金或不锈钢。基材可以是HVAC系统的冷凝器管的表面，使得冷凝器管涂有涂料组合物，并且涂布的冷凝器管可以将水冷凝到其表面上。可替代地，基材可以是玻璃，使得由涂料组合物涂覆的玻璃使玻璃自清洁或易于清洁。
可以将涂料组合物涂覆在HVAC系统或包含热交换器的其他系统的部件上，并且可以配制和/或涂覆涂料组合物以避免部件过度绝缘。由涂覆的涂料组合物形成的涂层使部件绝缘的程度可以通过涂层的热流阻力(R值)来表示。可以确定涂布基材和/或未涂布基材和/或涂层本身的R值。可以使用下式确定R值：
R＝l//λ
其中R是热流阻力，l是材料的厚度，以米计，和λ是材料的热导率，以W/mK计，使得R的单位为平方米开尔文每瓦(m2K/W)。
为了最小化涂层的R值，可以包含先前所述的导热材料以增加材料的热导率，从而降低涂层和/或涂布基材的R值。
为了最小化涂层的R值，可以最小化涂层的厚度，从而降低涂层和/或涂布基材的R值。涂层的厚度可以为至多3密耳，如至多2密耳，或至多1密耳。涂层的厚度范围可以为0.5至3密耳，如0.5至2.5密耳、0.5至2密耳、0.5至1.5密耳、0.5至1密耳、1至3密耳、1至2.5密耳、1至2密耳、或1至1.5密耳。
将涂料组合物涂覆于基材使基材表面具有活性。将涂料组合物涂覆于基材，如金属基材提供了基材的涂布表面，该表面能够将来自周围空气的极性流体(例如水)冷凝到涂布基材的表面上。将涂料组合物涂覆于基材，如玻璃可以提供易于清洁或自清洁的涂布玻璃表面。
本文所述的涂料组合物可以通过本领域已知的任何方式涂覆，如电涂、喷涂、静电喷涂、浸涂、滚涂、刷涂等。涂料组合物可以通过喷涂，如通过使用虹吸进料喷枪涂覆于基材。涂料组合物可以以多种不同的厚度(例如，使用不同的通过次数)喷涂到基材上。
涂料组合物，当涂覆于基材并固化以形成涂层时，在24小时时可具有约30N/mm2的硬度值，并且当完全固化时可具有150N/mm2的最大硬度值，如通过使用FISCHERSCOPEHM2000所测量的，FISCHERSCOPE HM2000是一种专业的借助于纳米压痕来分析材料的机械和弹性特性的显微硬度测量仪器。涂料组合物表现出的硬度值可大于由不包含烷氧基硅烷官能树脂的涂料组合物制备的相同涂层的硬度值。
涂料组合物在涂覆于基材并固化以形成涂层时可使涂布基材疏水。涂料组合物在涂覆于基材并固化以形成涂层时可使涂布基材疏水，从而表现出至少140°的WCA。涂料组合物在涂覆于基材并固化以形成涂层时可使涂布基材超疏水。涂料组合物在涂覆于基材并固化以形成涂层时可使涂布基材疏水，使得其表现出至少150°的WCA和不超过25°的滞后。
当将涂料组合物涂覆于基材上并固化形成涂层时，固化涂层可包含至少一个疏水部分(包含聚合物的至少一个氟化部分)和至少一个亲水部分(包含亲水添加剂)。疏水部分可以表现出至少90°的WCA，而亲水部分可以表现出小于90°的WCA。应当理解，虽然固化涂层可以包含至少一个疏水部分和至少一个亲水部分，但是整个涂层可以是疏水的，使得整个固化涂层表现出疏水的WCA，如通过Kruss液滴形状分析所测量的。
涂料组合物在涂覆于基材并固化以形成涂层时可包含多个疏水部分和多个亲水部分。涂料组合物可包含交替的疏水部分和亲水部分。交替的疏水部分和亲水部分可以是指至少一个疏水部分位于至少两个不相互直接接触的亲水部分之间和/或至少一个亲水部分位于至少两个不相互直接接触的疏水部分之间。应当理解，虽然固化涂层可以包含交替的疏水部分和亲水部分，但是整个涂层可以是疏水的，使得整个固化涂层表现出疏水的WCA。
本发明进一步包含以下条款的主题：
条款1：一种涂料组合物，其包括由反应物混合物制备的聚合物，反应物包括(a)氟化聚硅氧烷；和(b)烷氧基硅烷官能树脂，其中烷氧基硅烷官能树脂包括聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。
条款2：根据条款1的涂料组合物，其中反应物的混合物进一步包括(c)金属醇盐。
条款3：根据条款1或2的涂料组合物，其进一步包括疏水添加剂和/或亲水添加剂。
条款4：根据条款3的涂料组合物，其中表面活性涂料组合物包括疏水添加剂，其中疏水添加剂包括氟化处理的二氧化硅、氟化硅烷处理的二氧化硅、氟化硅烷处理的颗粒、疏水处理的金属氧化物、稀土金属氧化物或其某种组合。
条款5：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中氟化聚硅氧烷包括聚三氟丙基甲基硅氧烷。
条款6：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其进一步包括偶联剂。
条款7：根据条款6的组合物，其中偶联剂包括硅烷、烷氧基硅烷、氟烷基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷或其某种组合。
条款8：根据条款3至7中任一项的涂料组合物，其中按表面活性涂料组合物的总固体重量计，亲水添加剂和/或疏水添加剂占表面活性涂料组合物的至少1重量％。
条款9：根据条款2至8中任一项的涂料组合物，其中按表面活性涂料组合物的总固体重量计，金属醇盐占表面活性涂料组合物的至少0.5重量％。
条款10：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中当涂覆于基材并固化以形成涂层时，涂层是疏水的。
条款11：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中当涂覆于基材并固化以形成涂层时，涂布基材表现出至少140°的水接触角。
条款12：根据条款3至11中任一项的涂料组合物，其中当涂覆于基材并固化以形成涂层时，涂层包括包括聚合物的至少氟化部分的疏水部分和包括亲水添加剂的亲水部分。
条款13：根据条款3至12中任一项的涂料组合物，其中表面活性涂料组合物包括亲水添加剂，其中亲水添加剂包括纳米级颗粒，纳米级颗粒包括二氧化钛、氨基丙基硅烷处理的二氧化硅颗粒、未处理的二氧化硅颗粒或其某种组合。
条款14：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中烷氧基硅烷官能树脂包括至少4个与硅原子键合的烷氧基。
条款15：根据条款14的涂料组合物，其中烷氧基硅烷官能树脂包括至少6个与硅原子键合的烷氧基。
条款16：根据条款14或15的涂料组合物，其中烷氧基硅烷官能树脂包括至少9个与硅原子键合的烷氧基。
条款17：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中当固化时，由表面活性涂料组合物形成的涂层表现出的硬度值大于由不包含烷氧基硅烷官能树脂的涂料组合物制备的相同涂层的硬度值。
条款18：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中当完全固化时硬度值小于或等于150N/mm2。
条款19：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中当固化时交联密度为1.5至3.5mmole/cm3。
条款20：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中当涂覆于基材并固化以形成涂层时，涂布基材表现出至少150°的水接触角和不超过25°的滞后。
条款21：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其中当涂覆于基材并固化以形成涂层时，涂层是超疏水的。
条款22：根据前述条款中任一项的涂料组合物，其进一步包括交联剂。
条款23：根据条款2至22中任一项的涂料组合物，其中按涂料组合物的总固体重量计，金属醇盐占涂料组合物的0.5-10重量％。
条款24：根据条款23的涂料组合物，其中按涂料组合物的总固体重量计，金属醇盐占涂料组合物的0.5-5重量％。
条款25：根据条款1至24中任一项的涂料组合物，其进一步包括导热材料，导热材料包括金属薄片、金属粉末、导电碳或其某种组合。
条款26：一种基材，其至少部分涂有前述条款中任一项的涂料组合物。
条款27：根据条款26的基材，其中基材包括金属或玻璃。
条款28：根据条款26或27的基材，其中基材包括HVAC系统中的部件的表面。
条款29：根据条款26至28中任一项的基材，其中当涂料组合物固化以形成涂层时，涂层具有至多3密耳的膜厚度。
条款30：一种冷凝极性流体的方法，其包括：使条款26至29中任一项的基材与极性流体接触，使得极性流体冷凝在涂布基材的至少一部分上。
条款31：根据条款30的方法，其中极性流体包括水。
提供以下实例以展示本发明的一般原理。本发明不应被认为局限于所给出的具体示例。除非另有说明，否则实例中的所有份数和百分比均以重量计。
实例1
室温固化涂料组合物的水接触角
涂料组合物由表1中所列的组分制备。
表1
组分 溶液重量 固体 固体重量％
FMS-9922硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷<sup>1</sup> 8.4 8.4 21.7％
纳米TiO<sub>2</sub>-P25,Aeroxide<sup>2</sup> 12.6 12.6 32.6％
3-氨丙基三乙氧基硅烷<sup>3</sup> 2.0 2.0 5.2％
乙酸正丁酯<sup>4</sup> 47.8 0 0.0％
丁醇锆<sup>5</sup> 1.4 1.4 3.6％
二乙酸二丁基锡<sup>6</sup> 0.25 0.25 0.6％
烷氧基硅烷氨基甲酸酯<sup>7</sup> 24.15 14 36.2％
96.60 38.65 100.0％
1可获自Gelest公司(宾夕法尼亚州莫里斯维尔)
2粒径为25nm.可获自赢创工业集团(德国埃森)
3可获自Gelest公司(宾夕法尼亚州莫里斯维尔)
4可获自Fisher Scientific(新罕布什尔汉普顿)
5可获自Sigma Aldrich(密苏里州圣路易斯)
6可获自Sigma Aldrich(密苏里州圣路易斯)
7通过使多官能异氰酸酯三聚体(52％)、1,4-丁二醇(3.8％)和正丁基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(44.2％)(固体含量)反应制备的烷氧基硅烷官能氨基甲酸酯树脂。
将总共8.4克FMS-9922硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷和47.8克乙酸正丁酯加入合适的反应容器中，该反应容器配备有气动马达，其含有首先设定在125rpm的考尔斯分散叶片。经15分钟的时间将TiO2-P25 aeroxide纳米级颗粒(13.04克)(来自赢创工业集团(德国埃森))，并且制造商报告的平均粒径为25nm)缓慢加入反应容器中。将气动马达的速度增加到1600rpm，并且将颗粒分散在混合物中30分钟。30分钟后，将气动马达的速度设置为125rpm，并经10分钟将2.0克3-氨丙基三乙氧基硅烷、1.4克丁醇锆、0.25克二乙酸二丁基锡和24.15克烷氧基硅烷官能的氨基甲酸酯加入混合物中，并使混合物以125rpm再搅拌10分钟。然后(使用来自PPG工业公司(PA匹兹堡市)的X-Bond 4000)将该混合物喷涂至预处理的铝板，并使其在室温下固化24小时。涂层厚度约为0.3mm。第二天，根据ASTM测试方法D7334，使用Kruss液滴形状分析仪(DSA100)使用Kruss液滴形状分析测试板的WCA和滞后。该涂层的WCA为154.5°。涂层显示的滞后为20.4°。还使用FISCHERSCOPE HM2000测试涂层的硬度，FISCHERSCOPE HM2000是一种专业的借助于纳米压痕来分析材料的机械和弹性特性的显微硬度测量仪器。该涂层的显微硬度测量为104.6N/mm2。
实例2
不含金属醇盐的室温固化涂料组合物的水接触角
涂料组合物由表2中所列的组分制备。
表2
组分 溶液重量 固体 固体重量％
FMS-9922硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷<sup>1</sup> 15.4 15.4 41.3％
纳米TiO<sub>2</sub>-P25,Aeroxide<sup>2</sup> 12.6 12.6 33.8％
3-氨丙基三乙氧基硅烷<sup>3</sup> 2.0 2.0 5.4％
乙酸正丁酯<sup>4</sup> 53 0 0.0％
二乙酸二丁基锡<sup>5</sup> 0.25 0.25 0.7％
烷氧基硅烷氨基甲酸酯<sup>6</sup> 12.07 7 18.8％
95.32 37.25 100.0％
1-6参见表1.
将总共15.4克FMS-9922硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷和53.0克乙酸正丁酯加入合适的反应容器中，该反应容器配备有气动马达，其含有首先设定在125rpm的考尔斯分散叶片。经15分钟的时间将TiO2-P25 aeroxide纳米级颗粒(12.6克)(根据ASTMF1877-16，平均粒径为25nm)缓慢加入反应容器中。将气动马达的速度增加到1600rpm，并且将颗粒分散在混合物中30分钟。30分钟后，将气动马达的速度设置为125rpm，并经10分钟将2.0克3-氨丙基三乙氧基硅烷、0.25克二乙酸二丁基锡和12.1克烷氧基硅烷官能的氨基甲酸酯加入混合物中，并使混合物以125rpm再搅拌10分钟。然后使用X-Bond 4000将该混合物喷涂至预处理的铝板，并使其在室温下固化24小时。涂层厚度约为0.3mm。第二天，使用Kruss液滴形状分析测试板的WCA和滞后。该涂层的WCA为158.1°。涂层显示的滞后为26.2°。还使用FISCHERSCOPE HM2000测试涂层的硬度，FISCHERSCOPE HM2000是一种专业的借助于纳米压痕来分析材料的机械和弹性特性的显微硬度测量仪器。该涂层的显微硬度测量为16.1N/mm2。
实例3
室温固化涂料组合物的水接触角
涂料组合物由表3中所列的组分制备。
表3
组分 溶液重量 固体 固体重量％
FMS-9922硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷<sup>1</sup> 9.8 9.8 22.8％
纳米TiO<sub>2</sub>-P25,Aeroxide<sup>2</sup> 12.9 12.9 30.0％
3-氨丙基三乙氧基硅烷<sup>3</sup> 2.3 2.3 5.3％
乙酸正丁酯<sup>4</sup> 48.8 0.0 0.0％
丁醇锆<sup>5</sup> 1.4 1.4 3.2％
二乙酸二丁基锡<sup>6</sup> 0.26 0.26 0.6％
丙烯酸硅烷<sup>8</sup> 24.47 16.4 38.1％
99.93 43.2 100.0％
1-6参见表1。
8通过使丙烯酸多元醇(84％)、异氰酸三甲氧基甲硅烷基酯官能硅烷(16％)和乙烯基三甲氧基硅烷(固体含量)反应制备的硅烷官能丙烯酸树脂。
将总共9.8克FMS-9922硅烷醇封端的聚三氟丙基甲基硅氧烷和48.8克乙酸正丁酯加入合适的反应容器中，该反应容器配备有气动马达，其含有首先设定在125rpm的考尔斯分散叶片。经15分钟的时间将TiO2-P25 aeroxide纳米级颗粒(12.9克)(根据ASTM F1877-16，平均粒径为25nm)缓慢加入反应容器中。将气动马达的速度增加到1600rpm，并且将颗粒分散在混合物中30分钟。30分钟后，将气动马达的速度设置为125rpm，并经10分钟将2.3克3-氨丙基三乙氧基硅烷、1.4克丁醇锆、0.26克二乙酸二丁基锡和24.47克硅烷官能丙烯酸加入混合物中，并使混合物以125rpm再搅拌10分钟。然后使用X-Bond 4000将该混合物喷涂至预处理的铝板，并使其在室温下固化24小时。涂层厚度约为0.3mm。第二天，使用Kruss液滴形状分析测试板的WCA和滞后。该涂层的WCA为154.2°。涂层显示的滞后为1.8°。完全固化涂层的Fischer显微硬度测量为92.04N/mm2。
尽管以上出于说明的目的描述了本发明的特定实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所附权利要求中所限定的本发明的情况下，可对本发明的细节进行多种变化。

Claims (20)

1.一种涂料组合物，其包括由反应物混合物制备的聚合物，所述反应物包括(a)氟化聚硅氧烷；和(b)烷氧基硅烷官能树脂，其中所述烷氧基硅烷官能树脂包括聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述反应物混合物进一步包括(c)金属醇盐。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其进一步包括疏水添加剂和/或亲水添加剂。
4.根据权利要求3所述的涂料组合物，其中所述表面活性涂料组合物包括疏水添加剂，其中所述疏水添加剂包括氟化处理的二氧化硅、氟化硅烷处理的颗粒、疏水处理的金属氧化物、稀土金属氧化物或其组合。
5.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述氟化聚硅氧烷包括聚三氟丙基甲基硅氧烷。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物，其进一步包括偶联剂。
7.根据权利要求6所述的涂料组合物，其中所述偶联剂包括硅烷、烷氧基硅烷、氟烷基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷或其某种组合。
8.根据权利要求3所述的涂料组合物，其中按所述涂料组合物的总固体重量计，所述亲水添加剂和/或疏水添加剂占所述涂料组合物的至少1重量％。
9.根据权利要求2所述的涂料组合物，其中按所述涂料组合物的总固体重量计，所述金属醇盐占所述涂料组合物的至少0.5重量％。
10.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中当涂覆于基材并固化以形成涂层时，所述涂层是疏水的。
11.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中当涂覆于基材并固化以形成涂层时，涂布基材表现出至少140°的水接触角。
12.根据权利要求3所述的涂料组合物，其中当涂覆于基材并固化以形成涂层时，所述涂层包括疏水部分和亲水部分，所述疏水部分包括聚合物的至少氟化部分，所述亲水部分包括亲水添加剂。
13.根据权利要求3所述的涂料组合物，其中所述涂料组合物包括亲水添加剂，其中所述亲水添加剂包括纳米级颗粒，所述纳米级颗粒包括二氧化钛、氨基丙基硅烷处理的二氧化硅颗粒、未处理的二氧化硅颗粒或其某种组合。
14.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述烷氧基硅烷官能树脂包括至少4个与硅原子键合的烷氧基。
15.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中当固化时，由所述涂料组合物形成的涂层表现出的硬度值大于由不包含烷氧基硅烷官能树脂的涂料组合物制备的相同涂层的硬度值。
16.根据权利要求1所述的涂料组合物，其进一步包括导热材料，所述导热材料包括金属薄片、金属粉末、导电碳或其某种组合。
17.一种至少部分涂有根据权利要求1所述的涂料组合物的基材。
18.根据权利要求17所述的基材，其中当所述涂料组合物固化形成涂层时，所述涂层具有至多3密耳的膜厚度。
19.根据权利要求17所述的基材，其中所述基材包括HVAC系统中的部件的表面。
20.一种冷凝极性流体的方法，所述方法包括：
使至少部分涂有涂料组合物的基材与极性流体接触，使得所述极性流体冷凝在涂布基材的至少一部分上，所述涂料组合物包括由反应物混合物制备的聚合物，所述反应物包括(a)氟化聚硅氧烷；和(b)烷氧基硅烷官能树脂，其中所述烷氧基硅烷官能树脂包括聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。
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