JP2011526835A5 - - Google Patents
Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011526835A5 JP2011526835A5 JP2011516803A JP2011516803A JP2011526835A5 JP 2011526835 A5 JP2011526835 A5 JP 2011526835A5 JP 2011516803 A JP2011516803 A JP 2011516803A JP 2011516803 A JP2011516803 A JP 2011516803A JP 2011526835 A5 JP2011526835 A5 JP 2011526835A5
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coating
- superhydrophobic
- polysilicate gel
- gel
- solvent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 95
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 95
- 230000003075 superhydrophobic Effects 0.000 claims description 95
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 56
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 31
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 21
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 12
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N Trimethylsilyl chloride Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000005051 trimethylchlorosilane Substances 0.000 claims description 10
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N Bis(trimethylsilyl)amine Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000027455 binding Effects 0.000 claims description 7
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims description 7
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 7
- RCHUVCPBWWSUMC-UHFFFAOYSA-N trichloro(octyl)silane Chemical compound CCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl RCHUVCPBWWSUMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- DWAWYEUJUWLESO-UHFFFAOYSA-N trichloromethylsilane Chemical compound [SiH3]C(Cl)(Cl)Cl DWAWYEUJUWLESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 6
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- GLISZRPOUBOZDL-UHFFFAOYSA-N 3-bromopropyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCBr GLISZRPOUBOZDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OXYZDRAJMHGSMW-UHFFFAOYSA-N 3-chloropropyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCCl OXYZDRAJMHGSMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOC(=O)C(C)=C XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YYLGKUPAFFKGRQ-UHFFFAOYSA-N Dimethyldiethoxysilane Chemical compound CCO[Si](C)(C)OCC YYLGKUPAFFKGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N Methyltrimethoxysilane Chemical group CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N Tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FPOSCXQHGOVVPD-UHFFFAOYSA-N chloromethyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](CCl)(OC)OC FPOSCXQHGOVVPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 3
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000007761 roller coating Methods 0.000 claims description 3
- IZRJPHXTEXTLHY-UHFFFAOYSA-N triethoxy(2-triethoxysilylethyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CC[Si](OCC)(OCC)OCC IZRJPHXTEXTLHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ARYZCSRUUPFYMY-UHFFFAOYSA-N methoxysilane Chemical compound CO[SiH3] ARYZCSRUUPFYMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007171 acid catalysis Methods 0.000 claims 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 75
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000008079 hexane Substances 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 4
- -1 salt ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000000844 anti-bacterial Effects 0.000 description 3
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 3
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N HCl Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 2
- 238000006884 silylation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000321453 Paranthias colonus Species 0.000 description 1
- 102000014961 Protein Precursors Human genes 0.000 description 1
- 108010078762 Protein Precursors Proteins 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005103 alkyl silyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial Effects 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003124 biologic agent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilane Chemical compound CO[SiH](OC)OC YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Description
(発明の説明)
(政府の権利)
本発明は、Sandia CorporationとU.S. Department of Energyとの間の契約番号DE−AC04−94AL85000、およびU.S. Air Force Office of Scientific Researchより授与されたFA9550−06−C−0033の下で、開発された。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。
(政府の権利)
本発明は、Sandia CorporationとU.S. Department of Energyとの間の契約番号DE−AC04−94AL85000、およびU.S. Air Force Office of Scientific Researchより授与されたFA9550−06−C−0033の下で、開発された。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。
(関連出願)
本出願は、2008年6月30日に出願された米国仮特許出願第61/077,145号からの優先権を主張し、この仮特許出願は、その全体が本明細書により参考として援用される。
本出願は、2008年6月30日に出願された米国仮特許出願第61/077,145号からの優先権を主張し、この仮特許出願は、その全体が本明細書により参考として援用される。
(発明の分野)
本発明の主題は、保護コーティングに、より具体的には超疎水性コーティングに関する。
本発明の主題は、保護コーティングに、より具体的には超疎水性コーティングに関する。
(発明の背景)
近年、防衛関連の腐食コストが、年間米国防衛費総額の約7%を超えるものと見積もられており、腐食関連コスト推定額の約20%が、鋼構造体におけるさび落とし(scraping)および再塗装に関連している。これらの驚くほどのコストが鋼の腐食から来ているため、従来のコーティングよりも性能が優れている可能性のある多機能コーティングを開発する途方もなく大きなニーズが存在する。例えば、撥水性の疎水性表面を作り出すことが、金属構成部分のための腐食抑制の分野において、および衣服の化学および生物学剤防護の分野においても、また多くの他の用途において巨大な可能性を有している。耐食性材料を達成するための多くの様々な取組みが試みられている。例えば、耐食性材料を作るために、金属構成部分上に2層コーティングを形成することができる。2層コーティングは、水および/または塩イオンがコーティング表面に浸透するのを防止するために使用される、疎水性下部層と、疎水性もしくは超疎水性表層とを含むことができる。しかし、大部分の超疎水性コーティングは、環境に優しくない恐れがあるフッ素を含有し、また製造するのに費用効果的ではない可能性がある。
近年、防衛関連の腐食コストが、年間米国防衛費総額の約7%を超えるものと見積もられており、腐食関連コスト推定額の約20%が、鋼構造体におけるさび落とし(scraping)および再塗装に関連している。これらの驚くほどのコストが鋼の腐食から来ているため、従来のコーティングよりも性能が優れている可能性のある多機能コーティングを開発する途方もなく大きなニーズが存在する。例えば、撥水性の疎水性表面を作り出すことが、金属構成部分のための腐食抑制の分野において、および衣服の化学および生物学剤防護の分野においても、また多くの他の用途において巨大な可能性を有している。耐食性材料を達成するための多くの様々な取組みが試みられている。例えば、耐食性材料を作るために、金属構成部分上に2層コーティングを形成することができる。2層コーティングは、水および/または塩イオンがコーティング表面に浸透するのを防止するために使用される、疎水性下部層と、疎水性もしくは超疎水性表層とを含むことができる。しかし、大部分の超疎水性コーティングは、環境に優しくない恐れがあるフッ素を含有し、また製造するのに費用効果的ではない可能性がある。
したがって、従来技術のこれらおよび他の問題を克服する必要性が、また、フッ素を含有しない、頑丈なおよび高価でない超疎水性コーティングを提供する必要性が存在する。
(発明の要旨)
種々の実施形態により、超疎水性コーティングを調製する一方法が存在する。この方法は、第1の溶媒、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体、水および酸を使用して形成される超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供するステップであり、このポリシリケートゲルが、表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目および複数の孔を含むことができ、この複数の孔内に流体が配置され、この流体が第1の溶媒、アルコキシシランの酸触媒作用加水分解の1種または複数の反応生成物および未反応材料を含むステップを含むことができる。この方法はまた、このポリシリケートゲルの複数の孔内に存在する第1の溶媒を、第1の溶媒と不混和性である第2の溶媒で置き換えるステップと、表面官能基を、シリル化剤を使用し誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップとを含むこともできる。この方法はさらに、第3の溶媒中において表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成するステップと、このコーティング溶液を基材表面に塗布して、超疎水性コーティングを形成するステップとを含むことができる。
種々の実施形態により、超疎水性コーティングを調製する一方法が存在する。この方法は、第1の溶媒、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体、水および酸を使用して形成される超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供するステップであり、このポリシリケートゲルが、表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目および複数の孔を含むことができ、この複数の孔内に流体が配置され、この流体が第1の溶媒、アルコキシシランの酸触媒作用加水分解の1種または複数の反応生成物および未反応材料を含むステップを含むことができる。この方法はまた、このポリシリケートゲルの複数の孔内に存在する第1の溶媒を、第1の溶媒と不混和性である第2の溶媒で置き換えるステップと、表面官能基を、シリル化剤を使用し誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップとを含むこともできる。この方法はさらに、第3の溶媒中において表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成するステップと、このコーティング溶液を基材表面に塗布して、超疎水性コーティングを形成するステップとを含むことができる。
種々の実施形態に従って、基材構成部分と、この基材構成部分を覆って配置された1層または複数の超疎水性コーティングとを含む超疎水性デバイスであって、この1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層が、少なくとも約150°の水接触角および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する超疎水性デバイスが存在する。この1層または複数の超疎水性コーティングは、超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを含むことができ、このポリシリケートゲルは、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含む。
別の実施形態に従って、少なくとも1つの領域を含む表面と、その少なくとも1つの領域上に配置された超疎水性コーティングとを含む物品であって、この超疎水性コーティングが、少なくとも約150°の水接触角および約1°未満の接触角ヒステリシスを有している物品が存在する。この超疎水性コーティングは、超高水分含量の触媒作用されたポリシリケートゲルを含むことができ、このポリシリケートゲルは、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含む。
これらの実施形態のさらなる利点は、以下の記述において一部示されるであろうし、また一部はその記述から明らかであろうし、または本発明の実施により学習され得るものである。これらの利点は、添付される特許請求の範囲において特に指摘される要素および組合せによって、実現および達成されるであろう。
前述の一般的記述および下記の詳細な記述は両方とも、例示的および説明的であるだけで、特許請求されるものとして本発明を制約するものではないことが理解されるはずである。
本明細書に組み込まれその一部を構成する付属の図面は、本発明の実施形態を例示し、その記述と合わせて、本発明の原理を説明する役割を果たすものである。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
(項目1)
超疎水性コーティングを調製する方法であって、
第1の溶媒、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体、水および酸を使用して形成される超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供するステップであり、該ポリシリケートゲルが、表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含み、該複数の孔内に流体が配置され、該流体が該第1の溶媒、該アルコキシシランの酸触媒作用加水分解の1種または複数の反応生成物および未反応材料を含むステップと、
該ポリシリケートゲルの該複数の孔内に配置される該流体を、該第1の溶媒と不混和性である第2の溶媒で置き換えるステップと、
該表面官能基を、シリル化剤を使用し誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップと、
第3の溶媒中において該表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成するステップと、
該コーティング溶液を基材表面に塗布して、超疎水性コーティングを形成するステップと
を含む方法。
(項目2)
超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供する前記ステップが、水 対 アルコキシシラン前駆体のモル比が約10〜約80の範囲にあるように、前記第1の溶媒、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体、水および酸を使用して該ポリシリケートゲルを形成するステップを含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目3)
前記アルコキシシラン前駆体が、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン、ブロモプロピルトリメトキシシラン、ヨードプロピルトリメトキシシランおよびクロロメチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランならびに1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタンからなる群から選択される1種または複数のシラン化合物を含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目4)
前記ポリシリケートゲルの前記複数の孔内に配置される前記流体を、第2の溶媒で置き換える前記ステップが、
(a)前記超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを砕いて、破砕ゲルを形成するステップと、
(b)該破砕ゲルに第2の溶媒を添加し、約40℃〜約60℃の範囲にある温度で少なくとも約30分間保持するステップと、
(c)該破砕ゲルから、過剰な該第2の溶媒および該第1の溶媒を除去するステップと、
(d)ステップbおよびcを、少なくとも1回繰り返すステップと
を含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目5)
前記表面官能基を、シリル化剤を使用し誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成する前記ステップが、
前記ポリシリケートゲルにシリル化剤を徐々に添加するステップであり、該シリル化剤が、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、および少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランの1種または複数を含むステップと、
該ポリシリケートゲルを、約40℃〜約60℃の範囲にある温度でシリル化剤中において約6時間〜約10時間貯蔵して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップと、
過剰の該シリル化剤を除去するステップと
を含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目6)
第3の溶媒中において前記表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成する前記ステップが、
該表面誘導体化ポリシリケートゲルを前記第2の溶媒で洗浄するステップと、
該表面誘導体化ポリシリケートゲルを第3の溶媒で少なくとも2回洗浄するステップと、
該表面誘導体化ポリシリケートゲルに該第3の溶媒を添加して、コーティング溶液を形成するステップと
を含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目7)
前記第3の溶媒が、前記第1の溶媒と同じである、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目8)
前記コーティング溶液を基材表面に塗布する前記ステップが、浸し塗り、はけ塗り、ローラ塗り、吹付け塗り、スピンコーティング、キャスティングおよび流し塗りの少なくとも1種を使用して該コーティング溶液を塗布するステップを含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目9)
前記基材表面が、金属、シリコンウエハ、ガラス、セラミック、プラスチックおよび布の少なくとも1つを含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目10)
基材構成部分と、
該基材構成部分を覆って配置された1層または複数の超疎水性コーティングであり、超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを含み、該ポリシリケートゲルが、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含む1層または複数の超疎水性コーティングと
を備える超疎水性デバイスであって、
該1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層が、少なくとも約150°の水接触角および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する超疎水性デバイス。
(項目11)
前記基材構成部分が、金属、シリコンウエハ、ガラス、セラミック、プラスチックおよび布の少なくとも1つを含む、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目12)
前記シリル化剤が、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、および少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランの1種または複数を含む、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目13)
それぞれの前記1層または複数の超疎水性コーティングが、約0.2μm〜約3μmの範囲にある厚さを有する、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目14)
前記1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層が、水環境における、防氷コーティング、防曇コーティング、抗菌コーティング、耐汚染性コーティング、および摩擦抵抗低減コーティングの少なくとも1つとして使用される、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目15)
前記1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層が、約1800時間以上の間、腐食に耐える、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目16)
少なくとも1つの領域を含む表面と、
該少なくとも1つの領域を覆って配置された超疎水性コーティングであり、超高水分含量の触媒作用によるポリシリケートゲルを含み、該ポリシリケートゲルが、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含む超疎水性コーティングと
を備える物品であって、
該超疎水性コーティングが、少なくとも約150°の水接触角、および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する物品。
(項目17)
前記シリル化剤が、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、および少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランからなる群から選択される、項目16に記載の物品。
(項目18)
前記超疎水性コーティングが、約0.2μm〜約3μmの範囲にある厚さを有する、項目16に記載の物品。
(項目19)
前記超疎水性コーティングが、約1800時間以上の間、腐食に耐える、項目16に記載の物品。
(項目20)
前記超疎水性コーティングが、水環境における、防氷コーティング、防曇コーティング、抗菌コーティング、耐汚染性コーティング、および摩擦抵抗低減コーティングの少なくとも1つのために使用される、項目16に記載の物品。
(項目21)
アンテナ、窓、自動車、航空機、建物、布地、ボート、部分的および/または完全に水没した水中構造体の少なくとも1つを備える、項目16に記載の物品。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
(項目1)
超疎水性コーティングを調製する方法であって、
第1の溶媒、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体、水および酸を使用して形成される超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供するステップであり、該ポリシリケートゲルが、表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含み、該複数の孔内に流体が配置され、該流体が該第1の溶媒、該アルコキシシランの酸触媒作用加水分解の1種または複数の反応生成物および未反応材料を含むステップと、
該ポリシリケートゲルの該複数の孔内に配置される該流体を、該第1の溶媒と不混和性である第2の溶媒で置き換えるステップと、
該表面官能基を、シリル化剤を使用し誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップと、
第3の溶媒中において該表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成するステップと、
該コーティング溶液を基材表面に塗布して、超疎水性コーティングを形成するステップと
を含む方法。
(項目2)
超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供する前記ステップが、水 対 アルコキシシラン前駆体のモル比が約10〜約80の範囲にあるように、前記第1の溶媒、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体、水および酸を使用して該ポリシリケートゲルを形成するステップを含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目3)
前記アルコキシシラン前駆体が、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン、ブロモプロピルトリメトキシシラン、ヨードプロピルトリメトキシシランおよびクロロメチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランならびに1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタンからなる群から選択される1種または複数のシラン化合物を含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目4)
前記ポリシリケートゲルの前記複数の孔内に配置される前記流体を、第2の溶媒で置き換える前記ステップが、
(a)前記超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを砕いて、破砕ゲルを形成するステップと、
(b)該破砕ゲルに第2の溶媒を添加し、約40℃〜約60℃の範囲にある温度で少なくとも約30分間保持するステップと、
(c)該破砕ゲルから、過剰な該第2の溶媒および該第1の溶媒を除去するステップと、
(d)ステップbおよびcを、少なくとも1回繰り返すステップと
を含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目5)
前記表面官能基を、シリル化剤を使用し誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成する前記ステップが、
前記ポリシリケートゲルにシリル化剤を徐々に添加するステップであり、該シリル化剤が、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、および少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランの1種または複数を含むステップと、
該ポリシリケートゲルを、約40℃〜約60℃の範囲にある温度でシリル化剤中において約6時間〜約10時間貯蔵して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップと、
過剰の該シリル化剤を除去するステップと
を含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目6)
第3の溶媒中において前記表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成する前記ステップが、
該表面誘導体化ポリシリケートゲルを前記第2の溶媒で洗浄するステップと、
該表面誘導体化ポリシリケートゲルを第3の溶媒で少なくとも2回洗浄するステップと、
該表面誘導体化ポリシリケートゲルに該第3の溶媒を添加して、コーティング溶液を形成するステップと
を含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目7)
前記第3の溶媒が、前記第1の溶媒と同じである、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目8)
前記コーティング溶液を基材表面に塗布する前記ステップが、浸し塗り、はけ塗り、ローラ塗り、吹付け塗り、スピンコーティング、キャスティングおよび流し塗りの少なくとも1種を使用して該コーティング溶液を塗布するステップを含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目9)
前記基材表面が、金属、シリコンウエハ、ガラス、セラミック、プラスチックおよび布の少なくとも1つを含む、項目1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
(項目10)
基材構成部分と、
該基材構成部分を覆って配置された1層または複数の超疎水性コーティングであり、超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを含み、該ポリシリケートゲルが、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含む1層または複数の超疎水性コーティングと
を備える超疎水性デバイスであって、
該1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層が、少なくとも約150°の水接触角および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する超疎水性デバイス。
(項目11)
前記基材構成部分が、金属、シリコンウエハ、ガラス、セラミック、プラスチックおよび布の少なくとも1つを含む、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目12)
前記シリル化剤が、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、および少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランの1種または複数を含む、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目13)
それぞれの前記1層または複数の超疎水性コーティングが、約0.2μm〜約3μmの範囲にある厚さを有する、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目14)
前記1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層が、水環境における、防氷コーティング、防曇コーティング、抗菌コーティング、耐汚染性コーティング、および摩擦抵抗低減コーティングの少なくとも1つとして使用される、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目15)
前記1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層が、約1800時間以上の間、腐食に耐える、項目10に記載の超疎水性デバイス。
(項目16)
少なくとも1つの領域を含む表面と、
該少なくとも1つの領域を覆って配置された超疎水性コーティングであり、超高水分含量の触媒作用によるポリシリケートゲルを含み、該ポリシリケートゲルが、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含む超疎水性コーティングと
を備える物品であって、
該超疎水性コーティングが、少なくとも約150°の水接触角、および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する物品。
(項目17)
前記シリル化剤が、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、および少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランからなる群から選択される、項目16に記載の物品。
(項目18)
前記超疎水性コーティングが、約0.2μm〜約3μmの範囲にある厚さを有する、項目16に記載の物品。
(項目19)
前記超疎水性コーティングが、約1800時間以上の間、腐食に耐える、項目16に記載の物品。
(項目20)
前記超疎水性コーティングが、水環境における、防氷コーティング、防曇コーティング、抗菌コーティング、耐汚染性コーティング、および摩擦抵抗低減コーティングの少なくとも1つのために使用される、項目16に記載の物品。
(項目21)
アンテナ、窓、自動車、航空機、建物、布地、ボート、部分的および/または完全に水没した水中構造体の少なくとも1つを備える、項目16に記載の物品。
(実施形態の説明)
ここで、その例が付属の図面中に例示されている、本実施形態を詳細に参照する。可能な箇所ではどこでも、図面全体にわたって同一の参照番号は、同一もしくは同様な部分を指すのに使用されるであろう。
ここで、その例が付属の図面中に例示されている、本実施形態を詳細に参照する。可能な箇所ではどこでも、図面全体にわたって同一の参照番号は、同一もしくは同様な部分を指すのに使用されるであろう。
本発明の広範な範囲を示す数的範囲およびパラメータは近似値であるが、特定の例中に示される数値は、できるだけ正確に報告される。しかし、どんな数値も、それぞれのそれらの試験測定において見出される標準偏差から必然的にもたらされるいくつかの誤差を本来的に含むものである。その上、本明細書において開示される全ての範囲は、それらの中に包摂される任意のまた全ての小範囲(sub−range)を包含することを理解されたい。例えば、「10未満」の範囲には、最小値ゼロと最大値10の間の(ゼロと10とを含めて)任意のおよび全ての小範囲、すなわち、ゼロ以上の最小値と10以下の最大値とを有する任意のおよび全ての小範囲、例えば1〜5が含まれ得る。いくつかの場合、パラメータについて表される数値は、マイナス値を取る可能性がある。この場合、「10未満」として表される範囲の例値は、マイナス値、例えば−1、−2、−3、−10、−20、−30などと考えられる可能性がある。
本明細書において使用される用語「疎水性の(hydrophobic)」および「疎水性(hydrophobicity)」は、およそ85°以上の水接触角を有する表面(例えばコーティング表面)の濡れ性を指す。用語「超疎水性の(superhydrophobic)」および「超疎水性(superhydrophobicity)」は、およそ150°以上の水接触角、および非常に低い接触角ヒステリシス(Δθ=θA−θB<1)を有する表面(例えばコーティング表面)の濡れ性を指す。典型的には、例えば、疎水性表面上では、表面を適度に傾ける場合、直径2mmの水滴は玉になるが、表面から流出することはない。表面を傾けると、水滴の下り坂側の接触角が増大し、一方水滴の上り坂側の濡れ角が小さくなる。その前進(下り坂)界面を、固体表面の次の増分(increment)まで前進させることが困難であり、またその後退(上り坂)界面を、固体表面のその小部分で動かすことが困難であるので、水滴は、そのまま停止し、もしくはその場に押し付けられる傾向がある。疎水性表面は、前進接触角と後退接触角の差が1°未満である場合、低い接触角ヒステリシスを有すると言われる。
本教示の種々の実施形態に従って、図1は、超疎水性コーティングを調製する例示的な方法100を示し、例えば、例示的な超疎水性コーティング210および310が、図2および3中に示される。この方法100は、第1の溶媒と、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体と、水と、酸とを使用して形成される超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供するステップ101を含むことができ、その場合、このポリシリケートゲルは、表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目および複数の孔を含むことができる。種々の実施形態において、この複数の孔内に流体を配置することができる。例示的流体には、第1の溶媒、アルコキシシランの酸触媒作用による加水分解の1種もしくは複数の反応生成物、および未反応材料例えばアルコキシシラン前駆体などが含まれ得るが、これらに限定されない。
種々の実施形態において、このアルコキシシラン前駆体は、例えば(R’)xSi(OR)4−x(式中、xは1または2であってよく、またRおよびR’は、同一もしくは異なることができ、有機基例えばアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール基など、またはこれらの組合せを含むことができる。)の一般式を有する有機修飾シランモノマーであり得る。このアルコキシシラン前駆体には、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン、ブロモプロピルトリメトキシシラン、ヨードプロピルトリメトキシシランおよびクロロメチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランならびに1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタンを含むがこれらに限定されない、1種もしくは複数のシラン化合物が含まれ得る。いくつかの実施形態において、第1の溶媒は、任意の適切な液体例えば、メタノール、エタノールなど、および少なくとも部分的に水混和性がある任意の有機溶媒であり得る。他の実施形態において、酸は、例えば1.0N塩酸などの任意の適切な酸、および任意の他の水素イオン供給源であり得る。
いくつかの実施形態において、超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供するステップ101は、水 対 アルコキシシラン前駆体のモル比が約10〜約80の範囲であり得るように、第1の溶媒と、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体と、水と、酸とを使用してポリシリケートゲルを形成するステップを含むことができ、それにより、「超高水分」含量の特質がもたらされる。いくつかの実施形態において、水 対 アルコキシシラン前駆体のモル比は、約80を超えるものであり得る。種々の実施形態において、このポリシリケートゲルは、最初に第1の溶媒をアルコキシシラン前駆体に添加し、続いて水および酸を添加して、反応混合物を形成するステップによって形成することができる。次いでこの反応混合物を撹拌し、約15℃〜約80℃の範囲にある温度におよそ1日〜およそ90日の期間の間、置くことができ、またいくつかの場合、反応混合物を約40℃〜約60℃の範囲にある温度におよそ3日〜およそ10日の期間の間、置くステップによる。反応が完結すると、ポリシリケートゲルは幾分堅くなり得、また使用した第1の溶媒に応じて透明から不透明の外観を有することができる。ポリシリケートゲルは、この段階で弛んだものであるべきではない。反応容器の底を叩くと、ポリシリケートゲル全体にわたって反響をもたらすものであるべきである。過剰の水分、およびより高レベルの酸触媒により、この合成のうち加水分解の部分が支配的な工程となり、縮合が制約を受ける恐れがある。米国特許出願公開第20080113188号、および2007年5月の「Mechanical property characterization of sol−gel derived nanomaterials using an acoustic wave technique」と題するDavid J. Kisselの修士論文は、シリカゲルを形成するゾルゲル法を詳細に記述しており、それらの開示は、それらの全体が本明細書に参照により組み込まれている。
超疎水性コーティングを調製する方法100は、ポリシリケートゲルの複数の孔内に配置された流体を、第2の溶媒で置き換えるステップ102をさらに含むことができる。種々の実施形態において、ポリシリケートゲルの複数の孔内に配置された流体を、第2の溶媒で置き換えるステップ102は、超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを砕いて破砕ゲルを形成し、この破砕ゲルに第2の溶媒を添加するステップを含むことができる。例えばヘキサンなどの、第1の溶媒と混和性のない任意の適切な溶媒を、第2の溶媒として使用することができる。第2の溶媒中の破砕ゲルは、約40℃〜約60℃の範囲にある温度に少なくとも約30分間保持して、溶媒交換させることができる。また最後に、破砕ゲルから過剰の第2の溶媒および流体を除去することができる。これらのステップは、少なくとも1回、好ましくは3回繰り返して、ポリシリケートゲルの複数の孔内に配置された大部分の流体の置き換えを可能とすることができる。新たな第2の溶媒をポリシリケートゲルに添加した後、約10℃未満の温度で冷貯蔵場所に貯蔵することができる。
超疎水性コーティングを調製する方法100は、1種または複数のシリル化剤を使用し、ポリシリケートゲルの表面官能基を誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップ103をさらに含むことができる。種々の実施形態において、ポリシリケートゲルの表面官能基を誘導体化するステップ103は、シリル化反応が特性として発熱性であるため、ポリシリケートゲルにシリル化剤を徐々に添加するステップを含むことができる。シリル化剤として、例えば、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、および少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランなどの任意の適切なシランを使用することができる。シリル化反応は、溶媒の泡立ちをももたらす可能性があり、泡立ちが止まると直ぐに、ポリシリケートゲルは、約40℃〜約60℃の範囲にある温度でシリル化剤中において約6時間〜約10時間貯蔵して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成することができ、また過剰のシリル化剤を除去することができる。どんな特定の理論によっても制約されようとせずに、第2の溶媒は、例えば、ポリシリケートゲルの表面ヒドロキシル部分などの表面官能基との反応のためにシリル化剤を輸送する助けになると考えられる。
超疎水性コーティングを調製する方法100は、第3の溶媒中の表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成するステップ104をさらに含むことができる。種々の実施形態において、第3の溶媒中の表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成するステップ104は、表面誘導体化ポリシリケートゲルを過剰の第2の溶媒で洗浄し、そして表面誘導体化ポリシリケートゲルを第3の溶媒で少なくとも2回洗浄した後、表面誘導体化ポリシリケートゲルに第3の溶媒を添加して、コーティング溶液を形成するステップを含むことができる。ある実施形態において、コーティング溶液を形成するステップ104は、表面誘導体化ポリシリケートゲルを音波処理して凝集体を砕くステップと、第3の溶媒中に表面誘導体化ポリシリケートゲルを再分散させるステップとを含むこともできる。例えばエタノールなどの任意の適切な第3の溶媒を使用することができる。いくつかの実施形態において、第3の溶媒は、第1の溶媒と同じであり得る。超疎水性コーティングを調製する方法100はさらに、例えば、浸し塗り、はけ塗り、ローラ塗り、吹付け塗り、スピンコーティング、キャスティングおよび流し塗りなどの任意の適切な技術を使用して、基材にコーティング溶液を塗布することにより超疎水性コーティングを形成する105のステップを含むことができる。基材表面のために、例えば、金属、シリコンウエハ、ガラス、セラミック、プラスチックおよび布などの任意の適切な材料を使用することができる。
図2は、本教示の種々の実施形態に従って、例示的超疎水性デバイス200の一部の横断面を概略的に図示する。例示的超疎水性デバイス200は、基材構成部分220と、この基材構成部分220を覆って配置された1層または複数の超疎水性コーティング210とを含むことができ、この1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層は、少なくとも約150°の水接触角および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する。この基材構成部分のために、例えば、金属、シリコンウエハ、ガラス、セラミック、プラスチックおよび布などの任意の適切な材料を使用することができる。種々の実施形態において、それぞれの1層または複数の超疎水性コーティングは、超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを含むことができ、このポリシリケートゲルは、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目および複数の孔を含むことができる。例示的なシリル化剤には、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザンまたは、少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランが含まれ得るが、それらに限定されない。いくつかの実施形態において、それぞれの1層または複数の超疎水性コーティング210は、化学組成および厚さに関して同一であり得る。実施形態において、1層または複数の超疎水性コーティング210の少なくとも1層は、化学組成および厚さに関して異なり得る。種々の実施形態において、1層または複数の超疎水性コーティングのそれぞれは、約0.2μm〜約3μmの厚さを有することができる。
ある実施形態において、1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層は、約1800時間以上の間、腐食に耐えることができる。いくつかの他の実施形態において、1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層は、水環境における、防氷コーティング、防曇コーティング、抗菌コーティング、耐汚染性コーティング、または摩擦抵抗低減コーティングとして使用することができる。
図3は、本教示の種々の実施形態に従って、例示的物品300の一部の横断面を概略的に図示する。例示的物品300は、表面320を含むことができ、この表面320は、少なくとも1つの領域330と、この少なくとも1つの領域330を覆って配置された超疎水性コーティング310とを含み、この場合この超疎水性コーティングは、少なくとも約150°の水接触角、および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する。表面320の少なくとも1つの領域330のために、金属、シリコンウエハ、ガラス、セラミック、プラスチックおよび布を含むが、それらに限定されない任意の適切な材料を使用することができる。種々の実施形態において、超疎水性コーティング320は、超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを含むことができ、この場合このポリシリケートゲルは、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目および複数の孔を含むことができる。例示的なシリル化剤には、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザンまたは、少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランが含まれ得るが、それらに限定されない。種々の実施形態において、超疎水性コーティング310は、約0.2μm〜約3μmの厚さを有することができる。
ある実施形態において、超疎水性コーティング320は、約1800時間以上腐食に耐えることができる。種々の実施形態において、例示的物品300には、それらに限定されずにアンテナ、窓、自動車、航空機、建物、布地、ボート、部分的におよび/または完全に水没した水中構造体が含まれ得る。そして超疎水性コーティング320は、水環境における、防氷コーティング、防曇コーティング、抗菌コーティング、耐汚染性コーティング、および摩擦抵抗低減コーティングを含むがこれらに限定されない様々な用途に使用することができる。
撥水性である同様なゾルゲル系コーティングのように、本明細書において開示される超疎水性コーティング210、310は、他の薄膜エアロゲルと同様な形で調製される。しかし、超疎水性コーティング210、310の表面化学的性質、すなわち、アルキルシリル部分(誘導体化表面官能基)が、その固有の材料粗さおよび超撥水性に起因する。この特質が、本開示の超疎水性コーティング210、310を、よりコストが安いものとし、またそれらを生物学的用途のために安全なものとしている。また、本開示の超疎水性コーティング210、310の製造においてフルオロ−アルキルシランおよび同様のフッ素化試薬を使用しないことによって、超疎水性コーティング210、310およびそれらの製造方法100は、環境に優しいものである。本開示の超疎水性コーティング210、310の他の特徴は、約600nmにおいて約1.06〜約1.08の範囲における低い屈折率、および光学的透明さである。
本明細書において以下に実施例が示され、本開示の実施において利用することができる反応物および反応条件の種々の量および型を例示している。しかし、本開示は、本実施例において使用されるものよりも他の反応物および反応条件の量および型で、また、上記の開示に従いおよび本明細書において以後指摘されて、得られるデバイス、種々の異なる性状および用途で、実施することができる点は明らかであろう。
(実施例1)
超疎水性コーティングの形成
超疎水性コーティングの形成
本発明は、1つまたは複数の実施態様に関して例証されているが、添付した特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱せずに例示した実施例に対して変更および/または修正を行うことができる。さらに、いくつかの実施態様の1つのみに関して本発明の特定の特徴が開示され得ているが、このような特徴は、任意の所与のもしくは特定の機能について所望得、および有利であり得るように、他の実施態様の1つまたは複数の他の特徴と組み合わせることができる。その上、用語「含む(including)」、「含む(includes)」、「有する(having)」、「有する(has)」、「有する(with)」またはこれらの変形形態が、詳細な説明(detailed description)および特許請求の範囲(claims)のいずれかで使用される範囲まで、このような用語は、用語「含む(comprising)」と同様な様式で包括的であることを意図されている。本明細書において使用される語句、例えば、A、BまたはCの「1つまたは複数(one or more of)」は、次のいずれかを意味している:A、BまたはC単独のいずれか;あるいは、AとB、BとC、AとCなどの2つの組合せ;あるいは、A、BおよびCの3つの組合せ。
本発明の他の実施形態は、本明細書、および本明細書において開示される本発明の実施を考慮すれば、当業者には明らかであろう。明細書および実施例は例示的のみのものとみなされ、本発明の真の範囲および趣旨は、下記の特許請求の範囲によって示されることが意図されている。
Claims (8)
- 超疎水性コーティングを調製する方法であって、
第1の溶媒、少なくとも1種のアルコキシシラン前駆体、水および酸を使用して形成される超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを提供するステップであり、該ポリシリケートゲルが、表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含み、該複数の孔内に流体が配置され、該流体が該第1の溶媒、該アルコキシシランの酸触媒作用加水分解の1種または複数の反応生成物および未反応材料を含むステップと、
該ポリシリケートゲルの該複数の孔内に配置される該流体を、該第1の溶媒と不混和性である第2の溶媒で置き換えるステップと、
該表面官能基を、シリル化剤を使用し誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップと、
第3の溶媒中において該表面誘導体化ポリシリケートゲルのコーティング溶液を形成するステップと、
該コーティング溶液を基材表面に塗布して、超疎水性コーティングを形成するステップと
を含む方法。 - 前記アルコキシシラン前駆体が、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン、ブロモプロピルトリメトキシシラン、ヨードプロピルトリメトキシシランおよびクロロメチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランならびに1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタンからなる群から選択される1種または複数のシラン化合物を含む、請求項1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
- 前記表面官能基を、シリル化剤を使用し誘導体化して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成する前記ステップが、
前記ポリシリケートゲルにシリル化剤を徐々に添加するステップであり、該シリル化剤が、トリメチルクロロシラン、トリクロロメチルシラン、トリクロロオクチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、および少なくとも1つの疎水性リガンドを含む任意の反応性シランの1種または複数を含むステップと、
該ポリシリケートゲルを、約40℃〜約60℃の範囲にある温度でシリル化剤中において約6時間〜約10時間貯蔵して、表面誘導体化ポリシリケートゲルを形成するステップと、
過剰の該シリル化剤を除去するステップと
を含む、請求項1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。 - 前記コーティング溶液を基材表面に塗布する前記ステップが、浸し塗り、はけ塗り、ローラ塗り、吹付け塗り、スピンコーティング、キャスティングおよび流し塗りの少なくとも1種を使用して該コーティング溶液を塗布するステップを含む、請求項1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
- 前記基材表面が、金属、シリコンウエハ、ガラス、セラミック、プラスチックおよび布の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の超疎水性コーティングを調製する方法。
- 基材構成部分と、
該基材構成部分を覆って配置された1層または複数の超疎水性コーティングであり、超高水分含量の酸触媒作用によるポリシリケートゲルを含み、該ポリシリケートゲルが、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含む1層または複数の超疎水性コーティングと
を備える超疎水性デバイスであって、
該1層または複数の超疎水性コーティングの少なくとも1層が、少なくとも約150°の水接触角および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する超疎水性デバイス。 - 少なくとも1つの領域を含む表面と、
該少なくとも1つの領域を覆って配置された超疎水性コーティングであり、超高水分含量の触媒作用によるポリシリケートゲルを含み、該ポリシリケートゲルが、シリル化剤により誘導体化された表面官能基を有するシリカ粒子の三次元網目、および複数の孔を含む超疎水性コーティングと
を備える物品であって、
該超疎水性コーティングが、少なくとも約150°の水接触角、および約1°未満の接触角ヒステリシスを有する物品。 - 前記超疎水性コーティングが、約0.2μm〜約3μmの範囲にある厚さを有する、請求項7に記載の物品。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US7714508P | 2008-06-30 | 2008-06-30 | |
US61/077,145 | 2008-06-30 | ||
PCT/US2009/049208 WO2010002859A2 (en) | 2008-06-30 | 2009-06-30 | A superhydrophobic aerogel that does not require per-fluoro compounds or contain any fluorine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011526835A JP2011526835A (ja) | 2011-10-20 |
JP2011526835A5 true JP2011526835A5 (ja) | 2012-07-26 |
Family
ID=41466560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011516803A Pending JP2011526835A (ja) | 2008-06-30 | 2009-06-30 | パーフルオロ化合物を必要としない、またはフッ素を含まない、超疎水性エアロゲル |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US9040435B2 (ja) |
EP (1) | EP2294152B1 (ja) |
JP (1) | JP2011526835A (ja) |
KR (1) | KR20110042268A (ja) |
CN (1) | CN102119197A (ja) |
AU (1) | AU2009267062A1 (ja) |
CA (1) | CA2727920A1 (ja) |
WO (1) | WO2010002859A2 (ja) |
Families Citing this family (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102119197A (zh) * | 2008-06-30 | 2011-07-06 | Stc.Unm公司 | 一种不需要全氟化合物或不包含任何氟元素的超疏水气凝胶 |
US8663742B2 (en) * | 2008-06-30 | 2014-03-04 | Stc.Unm | Durable polymer-aerogel based superhydrophobic coatings, a composite material |
EP2346678B1 (en) | 2008-10-07 | 2017-10-04 | Ross Technology Corporation | Spill resistant surfaces having hydrophobic and oleophobic borders |
JP5858441B2 (ja) | 2010-03-15 | 2016-02-10 | ロス テクノロジー コーポレーション.Ross Technology Corporation | プランジャーおよび疎水性表面を得るための方法 |
KR101187653B1 (ko) | 2010-07-20 | 2012-10-05 | 한국과학기술연구원 | 초소수성 표면 제조 방법 |
CN102453465B (zh) * | 2010-10-27 | 2014-09-03 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种粘附型超疏水材料及其制备方法 |
EP2678400A4 (en) | 2011-02-21 | 2015-11-18 | Ross Technology Corp | SUPERHYDROPHOBIC AND OIL-REPELLENT COATINGS WITH BINDING SYSTEMS WITH A LOW CONTENT OF VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS |
US9675994B2 (en) | 2011-06-01 | 2017-06-13 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Superhydrophobic coatings and methods for their preparation |
US9364859B2 (en) | 2011-07-28 | 2016-06-14 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Superhydrophobic surfaces |
US9217094B2 (en) | 2011-07-28 | 2015-12-22 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Superhydrophobic compositions |
WO2013090939A1 (en) | 2011-12-15 | 2013-06-20 | Ross Technology Corporation | Composition and coating for superhydrophobic performance |
CN102643029B (zh) * | 2012-04-24 | 2015-01-28 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 憎水修饰剂及其修饰的憎水玻璃、憎水玻璃的制备方法 |
US9273305B1 (en) | 2012-04-25 | 2016-03-01 | Sandia Corporation | Cell-based composite materials with programmed structures and functions |
WO2014003852A2 (en) | 2012-06-25 | 2014-01-03 | Ross Technology Corporation | Elastomeric coatings having hydrophobic and/or oleophobic properties |
CN103045083A (zh) * | 2013-01-08 | 2013-04-17 | 天津大学 | 一种单组份氟硅橡胶防覆冰涂层材料及其制备方法 |
US10005917B2 (en) | 2013-04-30 | 2018-06-26 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Non-fluorinated water-based superhydrophobic compositions |
US9803100B2 (en) | 2013-04-30 | 2017-10-31 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Non-fluorinated water-based superhydrophobic surfaces |
WO2015013464A1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-01-29 | Lotus Leaf Coatings, Inc. | Process for preparing an optically clear superhydrophobic coating solution |
CN104003406A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-27 | 武汉理工大学 | 一种超疏水性SiO2气凝胶粉体的制备方法及应用 |
RU2572974C1 (ru) * | 2014-09-19 | 2016-01-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Электросети" | Композиция супергидрофобного покрытия и способ получения супергидрофобного покрытия из нее |
EP3122470A1 (en) | 2014-10-28 | 2017-02-01 | 3M Innovative Properties Company | Spray application system components comprising a repellent surface&methods |
US11142867B2 (en) * | 2014-11-12 | 2021-10-12 | University Of Houston System | Soil-resistant, stain-resistant fluorine-free coatings and methods of applying on materials |
SG11201703900QA (en) * | 2014-11-12 | 2017-06-29 | Univ Houston System | Soil-resistant, stain-resistant coatings and methods of applying on textile or other flexible materials |
WO2016089345A1 (en) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Coated substrates |
WO2016138272A1 (en) | 2015-02-27 | 2016-09-01 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Non-fluorinated water-based superhydrophobic compositions |
DE102015211812A1 (de) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | Wacker Chemie Ag | Wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von organisch modifizierten Lyo- oder Aerogelen |
CN108350290B (zh) * | 2015-10-28 | 2021-10-15 | 3M创新有限公司 | 包括拒斥性表面的经历冰形成的制品 |
CA3003259A1 (en) | 2015-10-28 | 2017-05-04 | 3M Innovative Properties Company | Spray application system components comprising a repellent surface & methods |
EP3405166A1 (en) | 2016-01-22 | 2018-11-28 | Edgewell Personal Care Brands, LLC | Hydrophobic topical compositions |
CN109071992A (zh) | 2016-04-26 | 2018-12-21 | 3M创新有限公司 | 包括包含硅氧烷材料的排斥性表面的经受冰形成的制品 |
US10327338B2 (en) * | 2016-06-17 | 2019-06-18 | Nanoshield Technology Co., Ltd. | Method for coating a device and devices having nanofilm thereon |
US10271435B2 (en) | 2016-06-17 | 2019-04-23 | Nanoshield Technology Co., Ltd. | Method for coating devices and resulting products |
CN106120339B (zh) * | 2016-07-06 | 2019-02-26 | 烟台大学 | 一种空气和油中具有超疏水性能的织物及制备方法和用途 |
US10538632B1 (en) | 2016-09-30 | 2020-01-21 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Shape-preserving polymeric replication of biological matter |
CN106752214B (zh) * | 2017-01-13 | 2020-01-31 | 吉林大学 | 一种基于非连续性润湿性改良的仿生防结冰表面 |
US11603329B2 (en) | 2020-04-22 | 2023-03-14 | Waymo Llc | Methods for preparing a superomniphobic coating |
US11155490B1 (en) | 2020-04-22 | 2021-10-26 | Waymo Llc | Superomniphobic thin film |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ZA823554B (en) | 1981-06-19 | 1983-03-30 | Dow Corning Ltd | Siloxane compositions and process for treatment of materials |
JPS59170157A (ja) * | 1983-03-18 | 1984-09-26 | Toray Silicone Co Ltd | プライマ−組成物 |
US4701508A (en) | 1984-12-14 | 1987-10-20 | Mitsui Sekiyu Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Solvent soluble fluorine-containing polymer, coating composition containing the same and coating process thereof |
JP4772953B2 (ja) * | 2000-09-08 | 2011-09-14 | 東レ・ダウコーニング株式会社 | 水性塗料組成物、およびその製造方法 |
WO2002088262A1 (en) * | 2001-05-01 | 2002-11-07 | Dow Corning Corporation | Protective coating composition |
JP4947855B2 (ja) * | 2001-07-31 | 2012-06-06 | 東レ・ダウコーニング株式会社 | 皮膜形成性シリコーン樹脂組成物 |
EP1479738A1 (en) * | 2003-05-20 | 2004-11-24 | DSM IP Assets B.V. | Hydrophobic coatings comprising reactive nano-particles |
JP4384898B2 (ja) * | 2003-11-28 | 2009-12-16 | 日油株式会社 | 撥水撥油性被膜の製造方法 |
EP1717278A1 (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-02 | Nuplex Resins B.V. | Coated particles and coating compositions comprising coated particles |
CN100384726C (zh) | 2005-05-19 | 2008-04-30 | 同济大学 | 表面活性可调的纳米多孔二氧化硅气凝胶及其制备方法 |
JP4953426B2 (ja) | 2005-06-09 | 2012-06-13 | ペンタックスリコーイメージング株式会社 | シリカエアロゲル膜の製造方法 |
US20060292345A1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Dave Bakul C | Micropatterned superhydrophobic silica based sol-gel surfaces |
CN1317188C (zh) | 2005-07-15 | 2007-05-23 | 清华大学 | 以稻壳灰为原料制备疏水性二氧化硅气凝胶的方法 |
BRPI0808993B1 (pt) | 2007-03-16 | 2018-12-04 | Cabot Corp | método de fabricação de partículas de aerogel |
CN102119197A (zh) * | 2008-06-30 | 2011-07-06 | Stc.Unm公司 | 一种不需要全氟化合物或不包含任何氟元素的超疏水气凝胶 |
-
2009
- 2009-06-30 CN CN200980125283XA patent/CN102119197A/zh active Pending
- 2009-06-30 EP EP20090774310 patent/EP2294152B1/en not_active Not-in-force
- 2009-06-30 AU AU2009267062A patent/AU2009267062A1/en not_active Abandoned
- 2009-06-30 CA CA2727920A patent/CA2727920A1/en not_active Abandoned
- 2009-06-30 WO PCT/US2009/049208 patent/WO2010002859A2/en active Application Filing
- 2009-06-30 US US13/121,166 patent/US9040435B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-06-30 JP JP2011516803A patent/JP2011526835A/ja active Pending
- 2009-06-30 KR KR1020107029367A patent/KR20110042268A/ko not_active Application Discontinuation
-
2015
- 2015-04-03 US US14/678,533 patent/US20150240123A1/en not_active Abandoned
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2011526835A5 (ja) | ||
JP2011526835A (ja) | パーフルオロ化合物を必要としない、またはフッ素を含まない、超疎水性エアロゲル | |
JP2011526958A (ja) | 耐久性のある、ポリマー−エアロゲルベースの超疎水性コーティング:複合材料 | |
JP2011526958A5 (ja) | ||
Xu et al. | Fabrication of superhydrophobic surfaces with hierarchical structure through a solution-immersion process on copper and galvanized iron substrates | |
AU2009302806B9 (en) | Highly durable superhydrophobic, oleophobic and anti-icing coatings and methods and compositions for their preparation | |
US8535761B2 (en) | Silsesquioxane derived hard, hydrophobic and thermally stable thin films and coatings for tailorable protective and multi-structured surfaces and interfaces | |
Talha et al. | Recent advancements in corrosion protection of magnesium alloys by silane-based sol–gel coatings | |
KR20200100038A (ko) | 표면 코팅을 포함하는 물품 및 이의 제조 방법 | |
Gurav et al. | Porous water repellent silica coatings on glass by sol–gel method | |
JP6243914B2 (ja) | 超疎水/超親油性のある塗料、エポキシおよび組成物の製造方法 | |
EP1523530A1 (en) | Superprimer | |
CN105164221B (zh) | 形成对附着污物的自清洁能力优异的皮膜的水系亲水性涂料组合物、以及形成有对附着污物的自清洁能力优异的皮膜的表面处理材料 | |
JP2023506022A (ja) | 選択的に塗布した勾配塗膜形成組成物 | |
Wankhede et al. | Development of hydrophobic non-fluorine sol-gel coatings on aluminium using long chain alkyl silane precursor | |
CN112218728B (zh) | 隐形指纹涂料及其形成方法 | |
US9587142B2 (en) | Process for preparing an optically clear superhydrophobic coating solution | |
Zhai et al. | Di-particles-derived slippery lubricant-infused porous surface with broad anti-adhesion performance | |
WO2016080867A1 (en) | Coating system for preparing a hydrophobic coating | |
Dandan Doganci et al. | Investigation of superhydrophobic and anticorrosive epoxy films with Al2O3 nanoparticles on different surfaces | |
Kissel et al. | Superhydrophobic aerogel that does not require per-fluoro compounds or contain any fluorine | |
Xiao et al. | Photoredox Catalysis for the Fabrication of Water-Repellent Surfaces with Application for Oil/Water Separation | |
JP2013216530A (ja) | 複合アルミナ皮膜 | |
JP2020037627A (ja) | 2液型の親水性被膜形成用組成物 |