RU2490077C1 - Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса - Google Patents
Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490077C1 RU2490077C1 RU2011150422/05A RU2011150422A RU2490077C1 RU 2490077 C1 RU2490077 C1 RU 2490077C1 RU 2011150422/05 A RU2011150422/05 A RU 2011150422/05A RU 2011150422 A RU2011150422 A RU 2011150422A RU 2490077 C1 RU2490077 C1 RU 2490077C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- self
- component
- lotus effect
- perfluoropolyoxaalkylene
- Prior art date
Links
Landscapes
- Detergent Compositions (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химической технологии получения лакокрасочных материалов. Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса включает гидрофобизирующий компонент амиды или эфиры перфторполиоксаалкиленсульфо- или перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот из ряда С17-46, растворенный в органическом растворителе фреоне, изопропаноле или их смеси, структурообразующий компонент, выбранный из ряда: органорастворимый силиказоль с размерами частиц 3-18 нм, тетрабутоксититан, тетраизопропоксититан, тетраэтоксисилан или продукты его частичного гидролиза, при массовом соотношении гидрофобизирующего и структурообразующего компонентов в пределах 100:(4-7) и концентрации гидрофобизирующего компонента в растворителе 0,2-8 мас.%. Изобретение обеспечивает самоочищающие свойства обрабатываемой поверхности. 5 пр.
Description
Изобретение относится к области химической технологии получения лакокрасочных материалов, а именно материалов способных к самоочищению за счет свойств обеспечивающих возникновение эффекта лотоса. Изобретение может найти применение в тех областях техники где необходимо придание поверхности свойств самоочищения, а также в бытовом применении например для обработки стекол и кузова автомобиля.
Эффект лотоса - эффект практически полной несмачиваемости поверхности твердого тела жидкостью, возникающий из-за особенностей рельефа данной поверхности на микро- и наноуровне, приводящих к снижению площади контакта жидкости с поверхностью данного тела.
Природное явление плохой смачиваемости водой и, как следствие, эффект самоочистки поверхности наблюдается для листьев и цветков ряда растений, таких, как лотос, люпин и др., а также крыльев насекомых. При помощи электронной микроскопии было обнаружено, что подобные поверхности имеют особый рельеф в виде «шипов», образованных гидрофобными веществами. Капля воды на такой поверхности имеет малую площадь соприкосновения (менее 1% от всей площади капли), не может удерживаться на ней и скатывается, унося с собой пыль, сажу, споры грибов и другие загрязнения поверхности, что и приводит к эффекту самоочищения.
В настоящее время известно большое количество лакокрасочных материалов, обладающих свойством самоочищения благодаря эффекту лотоса.
Известно самоочищающееся лакокрасочное покрытие, содержащее базовый слой лака, и верхний слой, содержащий частицы. Верхний слой имеет структурированную поверхность возвышенностей и углублений, образованных частицами, которые имеют средний диаметр менее 100 нанометров, высота которых меньше 50 нм, поверхность или верхний слой которых по крайней мере частично гидрофобные и где весовое соотношение системы связующего и частиц может варьироваться от 1:50 до 10:1. В качестве частиц используются оксиды из ряда SiO2, ТiO2, Аl2О3, ZrO2, SnO2, и их комбинации, а в качестве связующего верхнего слоя - фторсодержащие алкоксисиланы и алкоксисилоксаны [1].
Известна композиция, включающая наночастицы оксидов металлов (TiO2, Аl2О3, SiO2, ZnO), имеющие размер частиц менее 300 нм и гидрофобный модификатор поверхности (фторполимеры, фторсодержащие модификаторы, алкоксисиланы, алкоксисилоксаны) [2]. Известен состав содержащий коллоидный кремнезем, с размерами частиц от 7 до 26 нм и силиконовую жидкость (например, декаметилциклопентасилоксан) [3].
Описан [4] ЛКМ образующий покрытие, где в качестве связующего выступает полиметилметакрилат, а в качестве частиц образующих специфический рельеф используются частицы пирогенного оксида кремния марки Aerosil R 974.
Существует материал, получаемый согласно [4], где в качестве связующего используется УФ-стабильные гидрофобные полимеры класса полисилоксанов, а в качестве частиц образующих специфический рельеф используются гидрофобные частицы оксидов титана, цинка, обработанные для придания гидрофобности органосиланами, алкилсиланами, фторированными силанами или дисилазанами.
Известна композиция [5], представляющая собой смесь продуктов полного гидролиза тетраэтоксисилана, растворителя (этанола), гидрофобизирующего агента (полидиметилсилоксана) и связующего (эпоксидной смолы)).
Рассмотренные выше лакокрасочные материалы способные придавать обрабатываемой поверхности свойства самоочищения за счет проявления эффекта лотоса, представляют собой заранее синтезированные наноразмерные частицы и связующие. Недостатками этих материалов является то, что они склонны к агрегации частиц при хранении, и образуют достаточно толстые пленки которые различимы визуально. По этой причине в ряде случаев их применение может быть ограниченным. Кроме того, образуемые ими покрытия относительно не устойчивы к внешним механическим воздействиям.
Наиболее близким аналогом заявляемого состава является материал марки 6СФК-180-05 [6]. Материал представляет собой раствор амидов и эфиров перфторполиоксаалкиленсульфо- или перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот из ряда C17-46 в органическом растворителе (смеси Хладона-113 и изопропилового спирта), и помимо прочих областей применения он может быть применен для придание поверхности свойств самоочищения за счет резкого снижения энергии ее поверхности и придание ей гидрофобных свойств. Механизм действия материала [6] основан в образовании на обрабатываемой поверхности чрезвычайно устойчивых к внешним факторам молекулярных пленок Ленгмюра-Блоджета. При этом молекулярные пленки могут быть образованы практически на любой защищаемой поверхности, без какого либо изменения ее внешнего вида.
Недостаток материала [4] состоит в том, что его действие основано только на одном из физических явлений обеспечивающих возникновения эффекта лотоса, а именно на придании поверхности гидрофобных свойств. Это в свою очередь снижает эффективность его применения для придания поверхности самоочищающихся свойств.
Техническим результатом заявленного изобретения является то, что предлагаемая композиция помимо раствора амидов и эфиров перфторполиоксаалкиленсульфо- или перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот из ряда С17-46 в органическом растворителе содержит структурообразующий компонент, образующий специфический нанорельеф поверхности обеспечивающий в сочетании с повышенной гидрофобностью реализацию эффекта лотоса. Придание поверхности специфического нанорельефа значительно повышает эффективность применения предлагаемой композиции для придания самоочищающихся свойств обрабатываемой поверхности.
Технический результат достигается за счет того, что композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса содержащая гидрофобизирующий компонент амиды и эфиры перфторполиоксаалкиленсульфо- или перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот из ряда С17-46 растворенную в органическом растворителе фреоне, изопропаноле или их смеси, дополнительно содержит структурообразующий компонент выбранный из ряда: органорастворимый силиказоль с размерами частиц 3-18 нм, тетрабутоксититан, тетраизопропоксититан, тетраэтоксисилан или продукты его частичного гидролиза, причем массовое соотношение гидрофобизирующего и структурообразующего компонента находится в пределах от 100:(0-7), а концентрация гидрофобизируещего компонента в растворителе составляет 0-8 мас.%.
Приготовление композиции осуществляется простым смешением ее компонентов. Механизм действия заявляемой композиции состоит в следующем: после нанесения композиции на обрабатываемую поверхность происходит испарение растворителя и адсорбирование молекул гидрофобизирующего компонента. В результате адсорбции гидрофобизирующего компонента на обработанной поверхности образуются молекулярные пленки Ленгмюра-Блоджета, придающие поверхности гидрофобные свойства. В случае если композиция содержит в качестве структурообразующего агента органорастворимый силиказоль с размерами частиц 3-18 нм частицы силиказоля оказываются включенными в состав молекулярной пленки Ленгмюра-Блоджета и удерживаются силами адсорбции, образуя тем самым требуемый нанорельеф, обеспечивающий возникновение эффекта лотоса. В случае, если композиция содержит в качестве структурообразующего агента тетрабутоксититан, тетраизопропоксититан, тетраэтоксисилан или продукты его частичного гидролиза, образование нанорельефа происходит следующим образом. При нанесении композиции на обрабатываемую поверхность происходит испарении растворителя и одновременный гидролиз указанных соединений за счет реакции с парами воды содержащихся в воздухе. В результате гидролиза образуются, в зависимости от исходного гидролизуемого вещества, наночастицы оксида кремния или оксида титана, создающие необходимый нанорельеф. Образованные наночастицы составляют единое целое с образованной пленкой Ленгмюра-Блоджета и удерживаются силами адсорбции.
На основе предлагаемых решений были синтезированы несколько вариантов предлагаемой композиции для придания поверхности свойств самоочищения. Некоторые из возможных рецептур композиции приведены ниже. При этом возможны любые другие варианты рецептуры, отвечающие приведенному описанию патентуемой композиции, поскольку во всех случаях будет происходить образование гидрофобной поверхности со специфическим нанорельефом. Композиции готовились путем смешения указанных компонентов. Все покрытия наносились на стеклянную подложку, после их высыхания был измеряй краевой угол смачивания, который во всех случаях составлял менее 1°.
Пример 1
Смесь эфиров перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот С17-46 - 1%
Изопропанол - 98,93% Тетрабутоксититан - 0,07%
Пример 2
Смесь эфиров перфторполиоксаалкиленсульфокарбоновых кислот С17-46 - 8%
Изопропанол - 82,6%
Фреон (например, марки «Хладон 113») - 9%
Тетраэтоксисилан - 0,4%
Пример 3
Смесь амидов перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот С17-46 - 4%
Фреон (марки «Хладон 113») тетраизопропоксититан - 95,76%
Тетраизопропоксититан - 0,24%
Пример 4
Смесь амидов перфторполиоксаалкиленсульфокарбоновых кислот С17-46 - 2%
Изопропанол - 89,92%
Фреон (марки «Хладон 113») - 8%
Продукт частичного гидролиза тетраэтоксисилана (например промышленно выпускаемый Этилсиликат-40) - 0,08%
Пример 5
Смесь эфиров перфторполиоксаалкиленсульфокарбоновых кислот C17-46 - 0,2%
Изопропанол - 87,784%
Фреон (марки «Хладон 113») - 12%
Органорастворимый силиказоль с размерами частиц 3-18 нм (растворитель - изопропанол, концентрация наночастиц кремнезема - 34%) - 0,016%
Таким образом, вышеприведенные данные подтверждают достоверность заявленного технического результата.
Источники информации принятые во внимание при составлении заявки на изобретение
1. United States Patent №7544411,06/09/2009
2. United States Patent №719604303/27/2007
3. United States Patent №7732497 06/08/2010
4. United States Patent Application №20030147932 08/07/2003
5. United States Patent №7744953 06/29/2010
6. ТУ №6-02-1229-82 (прототип)
Claims (1)
- Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса, содержащая гидрофобизирующий компонент амиды или эфиры перфторполиоксаалкиленсульфо- или перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот из ряда С17-46, растворенный в органическом растворителе фреоне, изопропаноле или их смеси, отличающаяся тем, что дополнительно содержит структурообразующий компонент, выбранный из ряда: органорастворимый силиказоль с размерами частиц 3-18 нм, тетрабутоксититан, тетраизопропоксититан, тетраэтоксисилан или продукты его частичного гидролиза, причем массовое соотношение гидрофобизирующего и структурообразующего компонентов находится в пределах 100:(4-7), а концентрация гидрофобизирующего компонента в растворителе составляет 0,2-8 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011150422/05A RU2490077C1 (ru) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011150422/05A RU2490077C1 (ru) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011150422A RU2011150422A (ru) | 2013-06-20 |
RU2490077C1 true RU2490077C1 (ru) | 2013-08-20 |
Family
ID=48785068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011150422/05A RU2490077C1 (ru) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2490077C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763891C1 (ru) * | 2021-03-09 | 2022-01-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030147932A1 (en) * | 2001-08-10 | 2003-08-07 | Creavis Gesellschaft Fuer Tech. Und Innovation Mbh | Self-cleaning lotus effect surfaces having antimicrobial properties |
CN1903961A (zh) * | 2006-07-20 | 2007-01-31 | 上海申真企业发展有限公司 | 一种荷叶效应自清洁氟碳涂料 |
US7196043B2 (en) * | 2002-10-23 | 2007-03-27 | S. C. Johnson & Son, Inc. | Process and composition for producing self-cleaning surfaces from aqueous systems |
US20080156224A1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-03 | Industrial Technology Research Institute | Method of fabricating transparent hydrophobic self-cleaning coating material and coating material and transparent coating made therefrom |
RU2331532C2 (ru) * | 2006-04-28 | 2008-08-20 | Физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова | Водоотталкивающий элемент и способ получения гидрофобного покрытия |
US7744953B2 (en) * | 2004-12-30 | 2010-06-29 | Industrial Technology Research Institute | Method for forming self-cleaning coating comprising hydrophobically-modified particles |
-
2011
- 2011-12-13 RU RU2011150422/05A patent/RU2490077C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030147932A1 (en) * | 2001-08-10 | 2003-08-07 | Creavis Gesellschaft Fuer Tech. Und Innovation Mbh | Self-cleaning lotus effect surfaces having antimicrobial properties |
US7196043B2 (en) * | 2002-10-23 | 2007-03-27 | S. C. Johnson & Son, Inc. | Process and composition for producing self-cleaning surfaces from aqueous systems |
US7744953B2 (en) * | 2004-12-30 | 2010-06-29 | Industrial Technology Research Institute | Method for forming self-cleaning coating comprising hydrophobically-modified particles |
RU2331532C2 (ru) * | 2006-04-28 | 2008-08-20 | Физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова | Водоотталкивающий элемент и способ получения гидрофобного покрытия |
CN1903961A (zh) * | 2006-07-20 | 2007-01-31 | 上海申真企业发展有限公司 | 一种荷叶效应自清洁氟碳涂料 |
US20080156224A1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-03 | Industrial Technology Research Institute | Method of fabricating transparent hydrophobic self-cleaning coating material and coating material and transparent coating made therefrom |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763891C1 (ru) * | 2021-03-09 | 2022-01-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011150422A (ru) | 2013-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2317344T3 (es) | Materiales compuestos que contienen nanoparticulas de carbono. | |
AU2009207772B2 (en) | Superhydrophilic coating compositions and their preparation | |
JP5950399B2 (ja) | 有機−無機透明ハイブリッド皮膜とその製造方法 | |
Milionis et al. | Water-based scalable methods for self-cleaning antibacterial ZnO-nanostructured surfaces | |
DK2688964T3 (en) | Alkyd COATING COMPOSITION | |
CA2880761A1 (en) | Coating composition for the prevention and/or removal of limescale and/or soap scum | |
WO2014136275A1 (ja) | 有機-無機透明ハイブリッド皮膜とその製造方法 | |
US10253190B2 (en) | Transparent durable superhydrophobic ceramic coating | |
ES2590344T3 (es) | Procedimiento para la obtención de superficies hidrófobas | |
EP2880111B1 (en) | Hydrophobic coating | |
CN107614436B (zh) | 含有氧化锌的复合粒子、紫外线屏蔽用组合物、以及化妆品 | |
Lai et al. | Self-cleaning and anti-fogging hierarchical structure arrays inspired by termite wing | |
KR102296571B1 (ko) | 졸겔 나노입자 분산용매의 유전상수 조절을 통한 입자응집 제어 및 이에 의한 초발수 표면 제조방법 | |
EP2935488A1 (en) | Composition for hydrophobic coating | |
RU2490077C1 (ru) | Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса | |
TW200823269A (en) | Low stain and low mist adhesion coatings | |
JP6779294B2 (ja) | 酸化亜鉛含有複合粒子、紫外線遮蔽用組成物、及び化粧料 | |
WO2017206010A1 (en) | Article having amphiphobic coating film and method for preparation thereof | |
CN107200333B (zh) | 一种二氧化硅亲水纳米粒子的制备方法及应用 | |
EP2625135A2 (en) | Method of modifying dissolution rate of particles by addition of hydrophobic nanoparticles | |
KR101323146B1 (ko) | 친유성 및 초발수성을 가지는 신규의 고분자 복합체 | |
JP2011511749A (ja) | 二酸化ケイ素分散液 | |
Pagáčová et al. | The nano building blocks approach for modification of surface properties of nanocomposite inorganic–organic films | |
DK181111B1 (en) | Preparation of a nanocomposite | |
Munkhbaatar et al. | PVP-assisted Synthesis of TiO 2 Nanospheres and their Application to the Preparation of Superhydrophobic Surfaces |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141214 |