SK285652B6

SK285652B6 - Ultrafóbny povrch

Info

Publication number: SK285652B6
Application number: SK833-2001A
Authority: SK
Inventors: Karsten Reihs; Daniel-Gordon Duff; Georg Wiessmeier; Matthias Voetz; Johan Kijlstra; Dieter R�Hle; Burkhard K�Hler
Original assignee: Qiagen Gmbh
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2007-05-03
Also published as: CA2356178A1; KR100689730B1; EP1144537A1; JP4566409B2; BR9916844A; NO20013050L; CN1337984A; DE59908917D1; SK8332001A3; BR9916844B1; PL349423A1; AU770714B2; AU2101400A; HU228095B1; HUP0200082A2; WO2000039240A1; ATE262016T1; CA2356178C; EP1144537B1; CN1220747C

Abstract

Štruktúrovaný povrch s ultrafóbnymi vlastnosťami má povrchovú topológiu, v ktorej hodnota integrálufunkcie S(log f) = a(f).f, ktorý udáva vzťah medzi priestorovými frekvenciami f jednotlivých Fourierových zložiek a ich amplitúd a(f), je najmenej 0,5 v integračnom rozsahu log(f1/mím-1) = -3 a log(f2/mím-1) = 3. Povrch sa skladá z hydrofóbneho alebo oleofóbneho materiálu, alebo je pokrytý hydrofóbnym alebo oleofóbnym materiálom.

Description

Predkladaný vynález sa týka ultrafóbneho povrchu, spôsobov jeho prípravy a jeho použitia. Povrch má povrchovú topografiu, v ktorej priestorová frekvencia f jednotlivých Fouricrových zložiek a ich amplitúd a(f) vyjadrená integrálom funkcie S

S(log f)=a(í).f (1) počítanej v integračnom rozsahu logťf/pm'¹) = -3 a log/f/pm’¹} = 3 je najmenej 0,5 a skladá sa z hydrofóbneho alebo najmä oleofóbneho materiálu, alebo je pokrytý s hydrofóbnym alebo oleofóbnym materiálom.

Doterajší stav techniky

Ultrafóbne povrchy sa vyznačujú tým, že uhol zmáčania (kontaktný uhol) kvapky kvapaliny, obyčajne vody, na povrchu je značne väčší ako 90°, a že uhol stekania neprekračuje 10°. Ultrafóbne povrchy s uhlom zmáčania >150° a vyššie uvedeným uhlom stekania majú veľké priemyselné použitie, pretože napr. nie sú zmáčateľné s olejom alebo vodou, častice hliny priliehajú k týmto povrchom len veľmi slabo a tieto povrchy sú samočistiace. Samočistenie tu znamená schopnosť povrchu ochotne uvoľniť častice hliny alebo prachu priliehajúce k povrchu na kvapaliny, ktoré tečú po povrchu.

Bolo preto množstvo pokusov vytvoriť takéto ultrafóbne povrchy. Napr. EP 476 510 Al zverejňuje spôsob prípravy ultrafóbneho povrchu, v ktorom je film z oxidu kovu aplikovaný na sklený povrch a je potom leptaný pomocou Ar plazmy. Ale povrchy pripravené týmto spôsobom majú nevýhodu, že uhol zmáčania kvapky na povrchu je menej ako 150°.

US 5 693 236 tiež zverejňuje množstvo spôsobov na prípravu ultrafóbnych povrchov, v ktorých mikroihličky oxidu zinku sú aplikované na povrch použitím spojiva a sú potom čiastočne odkryté rôznymi spôsobmi (napr. opracovaním plazmou). Povrch štruktúrovaný týmto spôsobom je potom pokrytý s vodoodpudivou kompozíciou. Ale povrchy štruktúrované týmto spôsobom majú tiež uhly zmáčania iba do 150°.

WO 96/04123 taktiež (podobne) zverejňuje spôsoby na prípravu ultrafóbnych povrchov. Táto patentová prihláška uvádza medziiným, ako vytvoriť požadovaný povrch štruktúr hneď počas prípravy odlievania hydrofóbnych polymérov, v ktorých sú odliatky pripravené zo začiatku vo formách, ktorých povrch je negatívom požadovanej povrchovej štruktúry. Ale tento spôsob má nevýhodu, že negatív požadovanej povrchovej štruktúry musí byť pripravený predtým ako predmet s požadovanou povrchovou štruktúrou môže byť odlievaný. Počas prípravy negatívu formy, ako je opísané, je tiež možné, že na povrchu narastú chyby, ktoré poškodia pozitívny odtlačok hydrofóbneho polyméru s ohľadom na jeho povrchové vlastnosti.

Podstata vynálezu

Preto je cieľ poskytnúť ultrafóbne povrchy a spôsoby na ich prípravu, ktoré majú uhol zmáčania >150°, a prednostne uhol stekania <10°.

Uhol stekania je tu uhol sklonu v podstate rovinného, ale štruktúrovaného povrchu proti horizontálnej rovine, pri ktorom sa nehybná kvapka vody objemu 10 μί pohne v dôsledku gravitačnej sily, ak sa povrch nakloní.

Špecifický problém je, že ultrafóbna vlastnosť je nájdená na povrchoch veľmi rozdielnych materiálov, ktoré majú úplne rozdielnu povrchovú stavbu, ako je ukázané v uvedených príkladoch. Až doteraz tu nebol nijaký postup, ktorý je schopný určiť ultrafóbnu vlastnosť povrchu bez ohľadu na materiál. Ďalší predmet vynálezu je preto nájsť metódu, ktorou by povrchy mohli byť testované na ultrafóbne vlastnosti bez ohľadu na materiál.

Cieľ podľa vynálezu je dosiahnutý štruktúrovaným povrchom, ktorý má ultrafóbne vlastnosti, ktorý sa vyznačuje tým, že má povrchovú topografiu, v ktorej hodnota integrálu funkcie S

S(log f)=a(f).f (1), ktorá udáva vzťah medzi priestorovými frekvenciami f jednotlivých Fourierových zložiek a ich amplitúd a(f), je najmenej 0,5 v integračnom rozsahu )og(f|/pm'’)= -3 a log(f₂/pm ') = 3, a skladá sa z hydrofóbneho, alebo najmä oleofóbneho materiálu, alebo je pokrytá s hydrofóbnym alebo, najmä, oleofóbnym materiálom.

V rámci zmieneného vynálezu, hydrofóbny materiál je materiál, ktorý na úrovni neštruktúrovaného povrchu má uhol zmáčania pre vodu väčší ako 90°.

V rámci uvedeného vynálezu, oleofóbny materiál je materiál, ktorý na úrovni neštruktúrovaného povrchu, má uhol zmáčania pre n-alkány s dlhým reťazcom, ako je n-dekán, väčší ako 90°.

Spomínaný integrál funkcie (1) je prednostne >0,6.

Prednosť je daná ultrafóbnemu povrchu, ktorý má uhol zmáčania proti vode najmenej 150°, predovšetkým najmenej 155°.

Ultrafóbny povrch alebo jeho substrát sa prednostne skladá z kovového, plastického, skleného alebo keramického materiálu.

Kov je zvlášť výhodne vybraný zo skupiny zahrnujúcej berýlium, horčík, skandium, titán, vanád, chróm, mangán, železo, kobalt, nikel, meď, zinok, gálium, ytrium, zirkónium, niób, molybdén, technécium, ruténium, rénium, paládium, striebro, kadmium, indium, cín, lantán, cér, prazeodým, neodým, samárium, európium, gadolínium, terbium, dysprózium, holmium, erbium, túlium, yterbium, lutécium, hafhium, tantal, volfrám, rénium, osmium, irídium, platina, zlato, tálium, olovo, bizmut, najmä titán, hliník, horčík a nikel alebo zliatiny spomenutých kovov.

Kov ultrafóbneho povrchu je veľmi výhodne zliatina hliník-horčík, zvlášť výhodne AlMg₃.

Polymér vhodný na ultrafóbny povrch alebo jeho substrát je termosetový alebo termoplastický polymér.

Termosetový polymér je vybraný najmä zo skupiny zahrnujúcej dialyl ftalátová živica, epoxidová živica, močovino-formaldehydová živica, melamin-formaldehydová živica, melamín-fenol-formaldehydová živica, fenol-formaldehydová živica, polyimid, silikónová guma a nenasýtená polyesterová živica.

Termoplastický polymér je vybraný najmä zo skupiny zahrnujúcej termoplastický polyolefín, napr. polypropylén alebo polyetylén, polykarbonát, polyester karbonát, polyester (napr. PBT alebo PET), polystyrén, styrénový kopolymér, SAN živica, gumu obsahujúci styrénový očkovaný kopolymér, napr. ABS polymér, polyamíd, polyuretán, polyfenylén sulfid, polyvinyl chlorid alebo akékoľvek možné zmesi spomínaných polymérov.

Ďalej uvedené termoplastické polyméry sú zvlášť vhodné ako substrát na povrch podľa vynálezu:

polyolefíny, také ako polyetylén vysokej a nízkej hustoty, t. j. hustôt od 0,91g/cm’ do 0,97 g/cm³ , ktoré môžu byť pripravené známymi spôsobmi, Ullmann (4th) 19, strana 167 a nasledujúce, Winnacker-Kííchler (4th) 6, 353-367, Elias & Vohwinkel, Neue Polymere Werkstoffe fúr die industrielle Anwendung, Munich, Hanser 1983.

Vhodné sú tiež polypropylény s molekulovými hmotnosťami od 10 000 g/mol do 1 000 000 g/mol, ktoré môžu byť pripravené známymi spôsobmi, Ullmann (5th) A10, strana 615 a nasledujúce, Houben-Weyl E20/2, strana 722 a nasledujúce, Ullmann (4th) ]9, strana 195 a nasledujúce, Kirk-Othmer (3rd) ]_6, strana 357 a nasledujúce.

Ale kopolyméry spomínaných olefínov alebo s ďalšími α-olefínmi sú rovnako možné, ako sú napríklad polyméry etylénu s butánom, hexénom a/alebo okténom, EVA (etylén-vinyl acetátové kopolyméry), EBA (etylén-etylakrylátové kopolyméry), EEA (etylén-butylakrylátové kopolyméry), EAS (akrylová kyselina-etylénové kopolyméry), EVK (etylén-vinylkarbazolové kopolyméry), EPB (etylénpropylénové blokové kopolyméry), EPDM (etylén-propylén-diénové kopolyméry), PB (polybutylény), PMP (polymetylpentény), PIB (polyizobutylény), NBR (akrylonitrilbutadiénové kopolyméry), polyizoprény, metyl-butylénové kopolyméry, izoprén-izobutylénové kopolyméry.

Spôsoby prípravy: takéto polyméry sú opísané, napr. v

Kunststoff-Handbuch [Polymér Handbook], Volume IV, Munich, Hanser Verlag, Ullman (4th) 19, strana 167 a nasledujúce.

Winnacker-Kííchler (4th) 6, 353-367,

Elias & Vohwinkel, Neue Polymere Werkstoffe [Novel Polymeric Materials], Munich, Hanser 1983,

Franck & Biederbick, Kunststoff Kompendium [Polymér Compendium] Wurzburg, Vogel 1984.

Termoplastické polyméry vhodné podľa vynálezu sú tiež termoplastické aromatické polykarbonáty, najmä také založené na difenoloch vzorca (I),

v ktorom,

A je jednoduchá väzba, Cj-Cj-alkylén, C₂-C₅-alkylidén, C₅-C₆-cykloalkylidén, -S-, -SO₂-, -O-, -CO- alebo C₆-C₁₂-arylénový radikál, ktoré môžu byť ľubovoľne kondenzované s ďalšími aromatickými kruhmi obsahujúcimi heteroatómy, radikály B, nezávisle jeden od druhého, sú zakaždým C|-Cg-alkyl, Ce-Cjo-aryl, zvlášť výhodne fenyl, C₇-C,₂-arylalkyl, prednostne benzyl, halogén, výhodne chlór, bróm, x je nezávisle jeden od druhého v každom prípade 0,1 alebo 2 a p je 1 alebo 0, alebo alkyl-substituované dihydroxydifenylcykloalkány vzorca (II),

R¹ a R², nezávisle jeden od druhého, sú v každom prípade vodík, halogén, výhodne chlór alebo bróm, C|-C₈-alkyl, C₅-C₆-cykloalkyl, C₆-C|o-aryl, výhodne fenyl, a C₇-Ci₂-arylalkyl, výhodne fenyl-C|-C₄-alkyl, najmä benzyl, m je celé číslo od 4 do 7, výhodne 4 alebo 5,

R³ a R⁴ pre každé Z môžu byť vybraté jednotlivo a sú, nezávislé jeden od druhého, vodík alebo Q-Q-alkyl, výhodne vodík, metyl alebo etyl, a

Z je uhlík, za podmienky, že aspoň jeden z atómov Z, R³a R⁴ sú súčasne alkyl.

Vhodné difenoly vzorca (štruktúry) (I) sú, napr., hydrochinón, rezorcinol, 4,4'-dihydroxydifenyl, 2,2-bis-(4-hydroxyfenyl)-propán, 2,4-bis-(4-hydroxyfenyl)-2-metylbután,

1,1 -bis-(4-hydroxyfenyl)-cyklohexán, 2,2-bis-(3-chlór-4-hydroxyfenyl)-propán, 2,2-bis-(3,5-dibróm-4-hydroxyfenyl)-propán.

Výhodné difenoly vzorca (I) sú 2,2-bis(4-hydroxyfenyl)-propán, 2,2-bis-(3,5-dichlór-4-hydroxyfenyl)-cyklohexán.

Výhodné difenoly vzorca štruktúry (II) sú dihydroxydifcnylcykloalkány, ktoré majú 5 a 6 atómov uhlíka v kruhu v cykloalifatickom radikáli [(m=4 alebo 5 vo vzorci (II)] tak, ako napr. difenoly vzorcov

1,1 -bis-(4-hydroxyfenyl)-3,3,5-trimetylcyklopcntán (vzorec (líc)) je zvlášť výhodný.

Polykarbonáty vhodné podľa vynálezu môžu byť vetvené známym spôsobom, a osobitne, výhodne inkorporovaním od 0,05 do 2,0 mólových %, založené na súčte použitých difenolov, tri- alebo viac ako trifunkcionálnych zlúčenín, napr. takých s troma alebo viac ako troma fenolickými skupinami, napr.

floroglucinol,

4.6- dimetyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyfenyl)-hept-2-én,

4.6- dimetyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyfenyl)-heptán, l,3,5-tri-(4-hydroxyfenyl)-benzén,

1,1,1 -tri-(4-hydroxyfenyl)-etán, tri-(4-hydroxyfenyl)-fenylmetán, 2,2-bis-(4,4-bis-(4-hydroxyfenyl)-cyklohexyl)-propán,

2.4- bis-(4-hydroxyfenyl)-izopropyl)-fenol,

2.6- bis-(2-hydroxy-5'-metyl-benzyl)-4-metylfenol, 2-(4-hydroxyfenyl)-2-(2,4-dihydroxyfenyl)-propán, hexa-(4-(4-hydroxyfenyl-izopropyl)-fenyl)orto-tereftalát, tetra-(4-hydroxyfenyl)-metán, tetra-(4-(4-hydroxyfenyl-izopropyl)-fenoxy)-metán a

1.4- bis-((4'-,4-dihydroxytrifenyl)-metyl)-benzén.

Niektoré z ďalších trifunkcionálnych zlúčenín sú 2,4-dihydroxybenzoová kyselina, trimezínová kyselina, trimelitová kyselina, chlorid kyseliny kyanurovej a 3,3-bis-(3-metyl-4-hydroxyfenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindol.

SK 28S652 B6

Výhodné polykarbonáty sú, okrem biseptol A homopolykarbonátu, kopolykarbonáty biseptolu A obsahujúce do 15 mólových %, založené na mólovom súčte difenolov, 2,2-bis(3,5-dibróm-4-hydroxyfenyl)-propánu.

Použité aromatické polykarbonáty môžu byť čiastočne nahradené aromatickými polyesterovými karbonátmi.

Aromatické polykarbonáty a/alebo aromatické polyesterové karbonáty sú známe v literatúre a môžu byť pripravené spôsobmi známymi v literatúre (na prípravu aromatických polykarbonátov, pozri napr. Schnell, Chemistry and Physic of Polycarbonates”, Interscience Publishers, 1964, a DE-AS (Germán Published Specification) 1 495 626, DE-OS (Germán Published Specification) 2 232 877, DE-OS (Germán Published Specification) 2 703 376, DE-OS (GermanPublished Specification) 2 714 544, DE-OS (Germán Published Specification) 3 000 610, DE-OS (Germán Published Specification) 3 832 396; na prípravu aromatických polyesterových karbonátov napr. DE-OS (Germán Published Specification) 3 077 934).

Aromatické polykarbonáty a/alebo aromatické polyesterové karbonáty môžu byť pripravené napr. reakciou difenolov s halidmi kyseliny uhličitej, prednostne s fosgénom a/alebo s dihalidmi aromatickej dikarboxylovej kyseliny, prednostne s dihalidmi benzéndikarboxylej kyseliny, metódou fázového rozhrania, voliteľne použitím reťazových terminátorov a voliteľne použitím trifunkcionálnych alebo viac ako trifunkcionálnych vetviacich činidiel.

Navyše, styrénové kopolyméry jedného alebo najmenej dvoch etylénových nenasýtených monomérov (vinylové monoméry) sú vhodné ako termoplastické polyméry, také, ako sú napr. zo styrénu, α-metylstyrénu, styrény substituované v jadre, akrylonitril, metakrylonitril, metylmetakrylát, maleín anhydrid, N-substituované maleimidy a (met)akryláty, ktoré majú 1-18 uhlíkových atómov v alkoholovej zložke.

Polyméry sú živicové, termoplastické a negumové.

Výhodné styrénové kopolyméry sú také, ktoré obsahujú najmenej jeden monomér z radu styrénu, a-metylstyrén a'alebo styrén substituovaný v jadre s najmenej jedným monomérom zo skupiny zahrnujúcej akrylonitril, metykrylonitril, metylmetakrylát, maleín anhydrid a'alebo N-substituovaný maleimid.

Zvlášť výhodné hmotnostné pomery v termoplastickom kopolymére sú 60 až 95 % hmotnostných styrénových monomérov a 40 až 5 % hmotnostných ďalších vinylových monomérov.

Zvlášť výhodné kopolyméry sú také styrény s akrylonitrilom a voliteľne s metylmetakrylátom, α-metylstyrény s akrylonitrilom a voliteľne s metylmetakrylátom, alebo styrény a α-metylstyrény s akrylonitrilom a voliteľne s metylmetakrylátom.

Styrén-akrylonitrilové kopolyméry sú známe a môžu byť pripravené voľnou radikálovou polymerizáciou, najmä emulznou, suspenznou, roztokovou polymerizáciou alebo polymerizáciou v celom objeme. Kopolyméry majú výhodne molekulovú hmotnosť Mn (priemerná hmotnosť určená rozptylom svetla alebo sedimentáciou) medzi 15 000 a 200 000 g/mol.

Zvlášť výhodné kopolyméry sú tiež náhodné kopolyméry styrénu a maleín anhydridu, ktoré môžu byť výhodne pripravené z príslušných monomérov postupnou polymerizáciou v celom objeme alebo roztokovou polymerizáciou s parciálnymi konverziami.

Pomery dvoch komponentov náhodných styrén-maleín anhydridových kopolymérov vhodných podľa vynálezu sa môžu pohybovať v širokých hraniciach. Výhodný obsah malcínanhydridu je 5 až 25 % hmotnostných.

Miesto styrénu môžu tiež polyméry obsahovať styrény substituované na kruhu, také ako p-metylstyrén, 2,4-dime tylstyrén a ďalšie substituované styrény, také ako sú a-metylstyrény.

Molekulové hmotnosti (priemerná hodnota Mn) styrén-maleín anhydridových kopolymérov sa môže meniť v širokom rozsahu. Prednosť je daná rozsahom od 60 000 do 200 000 g/mol. Pre tieto produkty je výhodná limitná viskozita od 0,3 do 0,9 (merané v dimetylformamide pri 25 °C, pozri Hoffmann, Krômer, Kuhn, Polymeranalytik I, Stuttgard 1977, strana 316a nasledujúce).

Ako termoplastické polyméry sú tiež vhodné očkované kopolyméry. Tieto zahŕňajú očkované kopolyméry, ktoré majú gumovo-pružné vlastnosti, ktoré sú v podstate dosiahnuteľné z najmenej 2 nasledovných monomérov: chlóroprén, 1,3-butadién, izoprén, styrén, akrylonitril, etylén, propylén, vinyl acetát a (met)akryláty, ktoré majú 1 až 18 atómov uhlíka v alkoholovej zložke; t. j. polyméry sú opísané, napr. v Methoden der Organischen Chemie“ [Methods in Organic Chemistry] (Houben-Weyl), vol. 14/1, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1961, str. 393-406 a v C.B. Bucknall, Toughened Plastics“, Appl. Scicnce Publishers, London 1977. Výhodné sú očkované polyméry čiastočne sieťované a majú obsah gélov viac ako 20 % hmotnostných, výhodne viac ako 40 % hmotnostných, najmä viac ako 60 % hmotnostných.

Výhodné očkované polyméry sú napr. kopolyméry styrénu a/alebo akrylonitrilu, a/alebo alkyl (met)akrylátu očkované do polybutadiénov, butadién-styrénové kopolyméry a akrylátové gumy, t. j. kopolyméry typu opísaného v DE-OS (Germán Published Specification) 1 694 173 (=US Patent Specification 3 564 077); polybutadiény očkované s alkyl akrylátmi alebo metakrylátmi, vinyl acetáty, akrylonitril, styrén a/alebo alkylstyrény, butadién-styrénové alebo butadién-akrylonitrilové kopolyméry, polyizobutadiény alebo polyizoprény, aké sú opísané napr. v DE-OS (Germán Published Specification) 2 348 377 (=US Patent Specification 3 919 353).

Zvlášť výhodné polyméry sú, napr. ABS polyméry, ako sú opísané, napr. v DE-OS (Germán Published Specification) 2 035 390 (=US Patent Specification 3 644 574) alebo v DE-OS (Germán Published Specification) 2 248 242 (=GB Published Specification 1 409 275).

Očkované kopolyméry môžu byť pripravené známymi spôsobmi takými ako objemovými, suspenznými, emulznými alebo objemovo-suspenznými spôsobmi.

Termoplastické polyamidy, ktoré môžu byť použité, sú polyamid 66 (polyhexametylén adipamid) alebo polyamidy cyklických laktámov, ktoré majú 6 až 12 atómov uhlíka, prednostne laurolaktám a zvlášť výhodne ε-kaprolaktám = = polyamid 6 (polykaprolaktám) alebo kopolyamidy s hlavnými zložkami 6 alebo 66, alebo zmesi, ktorých hlavnou zložkou sú spomínané polyamidy. Prednosť je daná polyamidu 6, pripravenému aktivovanou aniónovou polymerizáciou alebo kopolyamidu, ktorého hlavná zložka je polykaprolaktám a ktorý je pripravený aktivovanou aniónovou polymerizáciou.

Vhodné keramické materiály sú oxidy kovov, karbidy kovov, nitridy kovov uvedených kovov a kompozity týchto materiálov.

Povrchová topografia akéhokoľvek povrchu môže byť v princípe opísaná kombináciou Fourierových zložiek priestorových frekvencií f_x a fy a amplitúd a(fx) a a(fy) spojených s frekvenciami. Z._x=f_x'' a Z_y=fý' sú štruktúrne dĺžky súradníc x a y.

Použitie takzvanej výkonovej spektrálnej hustoty S₂ (f,, f_y) je obvyklé v technológii. Priemerná výkonová spektrálna hustota je úmerná priemeru všetkých kvadratických amplitúd príslušných silových frekvencii f_x a f_y. Ak je povrch

SK 285652 Β6 izotropný, povrchová topografia môže byť charakterizovaná výkonovou spektrálnou hustotou PSD(f) spriemerovanou cez polárny uhol. Výkonová spektrálna hustota PSD(f) je ešte dvojrozmernou funkciou rozmeru [dĺžka]⁴, hoci obidva smery sú rovnaké a iba jeden je vzatý do úvahy. Tento výpočet je opísaný, napr. v publikácii C. Ruppe a A. Duparré, Thin Solid Films, 288, (1996), str. 9 v rovnici (2).

V závislosti od metódy merania použitej na určenie topografie, výkonová spektrálna hustota vyplýva priamo, alebo musí byť konvertovaná do výkonovej spektrálnej hustoty PSD(f) pomocou Fourierovej transformácie údajov o výškových profiloch z topografie. Táto konverzia je opísaná, napr. v publikácii C. Ruppe a A. Duparré, Thin Solid Films, 288, (1996), strana 9, ktorá je týmto spôsobom uvedená ako referencia a tak tvorí časť opisu.

Povrchová topografia ultrafóbneho povrchu pod kvapkou kvapaliny má vyvýšené plochy a preliačiny, ktorých výška alebo hĺbka kolíše medzi 0,1 nm a 1 mm. Kvôli tomuto obrovskému vlnovému pásmu nie je možné v súčasnosti určiť topografiu povrchu použitím jednej metódy merania, to znamená, že musia byť spojené 3 meracie a vyhodnocovane metódy navzájom vo vhodnom poradí, aby sa správne určila topografiu povrchu. Tieto metódy merania sú:

1. interferometria s bielym svetlom (WLI),

2. skenovacia atómová silová mikroskopia (AFM),

3. skenovacia tunelovacia mikroskopia (STM).

Použitím týchto metód merania je PSD(f) určená v každom jednotlivom prípade úsek za úsekom v relatívne úzkom prekrytí priestorových frekvenčných rozsahov Af. Táto výkonová spektrálna hustota určená úsek za úsekom je potom spojená a dáva celkovú PSD(f) v rozsahu priestorových frekvencií od f=10³ pm’¹ do f=10³ pm’¹. Technika spojenia PSD kriviek určených úsek za úsekom jc ukázaná, napr. v C. Ruppe a A. Duparré, Thin Solid Films, 288, (1996), strana 10, ktorá je zároveň uvedená ako referencia a tak tvorí časť zverejnenia.

Interferometria s bielym svetlom (WLI) je použitá na určenie výkonovej spektrálnej hustoty v rozsahu priestorových frekvencií od Af=l x 10'³ pm'¹ - 1 pm’¹, kde s meranou plochou: 1120 pm x 1120 pm, je meraný rozsah priestorových frekvencií od Af = 9 x 10'⁴ pm^-1 do 2 x 10'¹ pm¹, s meranou plochou: 280 pm x 280 pm, je meraný rozsah priestorových frekvencií od Af = 4 x 10'³ pm’¹ do 9 x 10’¹ pm'¹, s meranou plochou: 140 pm x 140 pm, je meraný rozsah priestorových frekvencií od Af = 7 x 10'³ pm’¹ do 2 x 10° pm¹.

V tejto metóde merania je výškový profil z(x,y) určený pomocou interferometra s bielym svetlom, kde z je výška nad akoukoľvek žiadanou referenčnou výškou z₀ na príslušnom mieste x alebo y. Presný návrh experimentu a metóda merania môžu byť nájdené v R.J. Recknagel, G. Notni, Optics Commun. 148, 122-128 (1198). Výškový profil z(x,y) je prevedený podobným postupom v prípade skenovacej atómovej silovej mikroskopie alebo skenovacej tunelovacej mikroskopie opísanej neskôr.

Skenovacia atómová silová mikroskopia (AFM) je použitá na určenie výkonovej spektrálnej hustoty v rozsahu priestorových frekvencií Af = 1 x 10'² pm’¹ - 1 x 10² pm’¹ a je to meracia metóda všeobecne známa ľuďom so skúsenosťami v tejto oblasti, v ktorej výškový profil ζ^_η povrchu je zaznamenaný v dotykovom alebo páskovom režime pomocou skenovacieho atómového silového mikroskopu. Pre túto metódu merania sú použité rozdielne skenované plochy LxL. Tieto skenované plochy a rad bodových údajov N sú použité na výpočet minima a maxima priestorovej frekvencie, ktoré môžu byť sledované na skenovanej ploche, kde platí nasledovné: f_mx=N/2L alebo f_min=l/L. Výhodne je použitých 512 bodov merania na skenovanej ploche, takže v skenovanej ploche 50 pm x 50 pm je meraný rozsah priestorových frekvencií:

Af = 2 x 10'² pm’¹ - 5 pm’¹, na skenovanej ploche 10 pm x 10 pm je meraný rozsah priestorových frekvencií:

Af= 1 x 10'¹ pm'¹ -3x10’ pm¹, v skenovanej ploche 1 pm x 1 pm je meraný rozsah priestorových frekvencií:

Af= 1 x 10'¹ pm’¹ -3 x K^pm'¹.

Výškový profil z^.„ je založený na ľubovoľnej referenčnej výške z_Oi m, n sú body merania v x alebo y smere zaznamenané s rovnakou vzdialenosťou AL. Údaje výškového profilu sú prevedené do spriemerovanej výkonovej spektrálnej hustoty PSD v súlade s rovnicou 1 a 2 publikácie C. Ruppe a A. Duparré, Thin Solid Films, 288, (1996), strana 9.

Skenovacia tunelovacia mikroskopia (STM) je použitá na určenie výkonovej spektrálnej hustoty v rozsahu priestorových frekvencií Af = 1 x 10¹ pm^-1 - 1 x 10³ pm’¹ a je metódou merania všeobecne známou ľuďom so skúsenosťami v oblasti, v ktorej výškový profil z_{m n} povrchu je zaznamenaný použitím skenovacieho tunelovacieho mikroskopu. Pre túto metódu merania sú tiež použité rozdielne skenované plochy LxL. Tieto skenované plochy a rad bodových údajov N sú použité na výpočet minima a maxima priestorovej frekvencie, ktoré môžu byť sledované na skenovanej ploche, kde platí nasledovné: f_max=N/2L alebo f_min=l/L. Výhodne je použitých na skenovanej ploche 512 bodov merania, takže na skenovanej ploche 0,5 pm x 0,5 pm je meraný rozsah priestorových frekvencií:

Af= 2 pm'¹ - 5 x 10² pm’¹, na skenovanej ploche 0,2 pm x 0,2 pm je meraný rozsah priestorových frekvencií:

Af= 5 pm'¹ - 1 x 10¹³pm'’, na skenovanej ploche 0,1 pm x 0,1 pm, je meraný rozsah priestorových frekvencií:

Af= 1 x 10'¹ pm'¹ - 3 x lO’pm'¹.

Výškový profil z_nlJ1 je založený na ľubovoľnej referenčnej súradnici výšky Zo, m, n sú body merania v smere x alebo y zaznamenané s rovnakou vzdialenosťou AL. Údaje výškového profilu sú prevedené do spriemerovanej výkonovej spektrálnej hustoty PSD v súlade s rovnicou 1 a 2 publikácie C. Ruppe a A. Dupané, Thin Solid Films, 288. (1996), strana 9.

Presný návrh experimentu a uskutočnenie AFM a STM meraní je opísaný napr. v publikácii S.N. Magonov, M.-H. Whangbo, Surface Analysis with STM a AFM, VCH, Weinheim 1996, najmä na stranách 47-62. PDS krivky získané rôznymi metódami merania alebo s rôznymi skenovanými plochami sú spojené a dávajú PDS(f) krivku v rozsahu priestorovej frekvencie od 10'³ pm'¹ do 10³ pm'¹. PDS(f) krivka je zostrojená v súlade s postupom ako opisuje C. Ruppe a A. Duparré, Thin Solid Films, 288, (1196), strana 10-11. Obrázky 1 - 4 ukazujú výsledok pre PDS(f) krivky v log-log zobrazení, kreslené ako log (PDS(f)/nm⁴), ako funkcia logff/pm'¹).

Výkonové spektrálne hustoty tohto typu tiež sú známe už nejaký čas pre mnoho ďalších povrchov a môžu byť použité na veľmi rôzne účely, porovnaj napr. J.C. Stover, Optical Scattering, 2nd Edition, SPIE Press, Bellingham, Washington, USA 1995, kapitola 2, strana 29 a nasledujúce a kapitola 4, strana 85 a nasledujúce.

V snahe dosiahnuť lepšiu ilustráciu topografie povrchov na účely tu sledované, je závislosť amplitúdy a(f) od priestorovej frekvencie sinusoidálnych Fourierových zložiek vypočítaná z výkonových spektrálnych hustôt PSD(f). Na to je použitý vzorec (4,19) na strane 103, tabuľka 2.2 na strane 34 a tabuľka 2.2 na strane 37 z J.C. Stover, Optical Scattering, 2nd Edition, SPIE Press, Bellingham, Washington, USA 1995.

Amplitúdy a(f) sínusových Fourierových zložiek normalizovaných s asociovanými štrukturálnymi dĺžkami λ = = f¹ sú zakreslené na obrázkoch 5-8 proti logaritmickej priestorovej frekvencii log (f/prri¹) vo funkcii S ako

S(log f) = a(f). f (1).

Vynález je založený na prekvapivom zistení, že povrch, ktorý má štruktúru, pre ktorú integrál funkcie S(log f)= a(f) f je vypočítaný v integračnom rozsahu fýprri¹ = -3 a f₂/pm¹ = = 3, je väčší ako 0,5 a ktorý pozostáva z hydrofóbncho materiálu alebo je pokrytý hydrofóbnym materiálom, má ultrafóbne vlastnosti také, že kvapka vody na tomto povrchu má vo všeobecnosti uhol zmáčania >150°.

Tento prekvapujúci úplne nový objav poskytuje predpoklad mnohých detailov týkajúcich sa možných krokov spôsobu v príprave ultrafóbnych povrchov. Základné tvrdenie tohto zistenia je nasledovné: Obrázky 5-8 ukazujú štrukturálne amplitúdy a(f).f normalizované s vlnovými dĺžkami Á=f’ pre rozličné frekvencie f na logaritmickej škále frekvencie log (f). Hodnota pre a(f).f=0,5 znamená napr., že normalizovaná amplitúda, t. j. nerovnosť ” tejto Fourierovej zložky je 0,5-násobok jej vlnovej dĺžky λ=Τ’. Integrál rovnice (1) teda hovorí, že

- priemer všetkých normalizovaných amplitúd a(f). f jednotlivých rozdielnych frekvencií musí prevyšovať hodnotu 0,5, t. j. nerovnosť spriemerovaná cez všetky frekvencie musí byť maximalizovaná nato, aby sa získal ultrafóbny povrch,

- rozdielne priestorové frekvencie sú zahrnuté v tejto sume s rovnakým príspevkom (kvôli log(f) zobrazeniu). Nie je preto dôležité, v akom rozsahu frekvencií jednotlivé nerovnosti ležia.

Na základe tohto zistenia, osoby kvalifikované v tejto oblasti vedia, že napr. nerovnosť povrchu použitím kužeľovitých častíc rovnakej jednotnej veľkosti jc nevýhodná. Čo je však výhodné, je dodatočná nerovnosť častíc povrchov použitím malých štruktúr, napr. použitím malých častíc, ktoré zostanú alebo priľnú na veľké častice, ale ktoré nie sú prítomné izolovane vedľa veľkých častíc.

Okrem toho, jc jasné, žc napr. počas zdrsňovania povrchu vytváraním rýh (napr. pomocou abrazívnych častíc), je zaistené, že preliačiny rýh musia byť znovu také drsné, ako je to možné v rámci ďalšieho dimenzionálneho stupňa veľkosti. Ak to tak nie je, primárne preliačiny sú zdrsnené znova v ďalšej operácii.

V tejto súvislosti môže byť spomenuté, že tu opisované nové zistenie nekladie obmedzenia na tvar alebo profil preliačin alebo drsných štruktúr. V prípade príkladu drsných častíc, ktoré sú aplikované na povrch a ktoré tvoria potrebnú štruktúru pre ultrafóbny povrch, je možné pre jemnejšie subštruktúry na samotných časticiach, aby mali úplne odlišný tvar (t. j. spektrum priestorových frekvencií) od štruktúry, ktorú tvoria samotné častice na povrchu.

Navyše, určenie fŕekvenčne-závislých amplitúd Fourierových zložiek pomocou výkonovej spektrálnej hustoty v uvedenej forme sprístupňuje neznámu možnosť skúšania rozdielnych materiálov s úplne odlišnými povrchovými štruktúrami s ohľadom na ich ultrafóbnu vlastnosť ako aj získania ich charakteristík.

Vynález ďalej poskytuje metódu na testovanie povrchov pre ultrafóbne vlastnosti, vyznačujúcu sa tým, že povrch je pokrytý s tenkou vrstvou ušľachtilého kovu alebo GaAs ako adhézny nosič, najmä so zlatom, najmä vo vrstve hrubej od 10 do 100 nm atomizáciou, je pokrytý s fobicizačným pomocným činidlom, prednostne s dekántiolom, potom je analyzovaná povrchová topografia, najmä použitím spojenia skenovacej tunelovacej mikroskopie, skenovacej atómovej silovej mikroskopie a interferometríou s bielym svetlom, a z nameraných údajov sa počítajú priestorové frekvencie f jednotlivých Fourierových zložiek a ich amplitúd a(f) vyjadrených integrálom funkcie S

S(log f) = a(f).f (1) v integračnom rozsahu logiT/pm’¹) = -3 a log (fýprri¹) = 3 a, prípadne je ešte meraný uhol zmáčania vody na takto upravenom povrchu.

Prednosťou povlaku s adhéznym nosičom (typicky zlato od 10 do 100 nm) a výber konzistentného fobicizačného činidla je, že je možné objaviť mnoho rozdielnych materiálov, ktorých povrch je v princípe vhodný pre vývoj vlastností ultrafóbneho povrchu bez ohľadu na materiál. Teda, rozdielne povrchové štruktúry sú porovnateľné s ďalšími.

Prednosť je daná ultrafóbnemu povrchu vyznačujúcemu sa tým, že povrch je pokrytý s hydrofóbnym fobicizačným pomocným činidlom, ktorým je najmä aniónová, katiónová, amfotéma alebo neiónová, medzipovrchovo-aktívna zlúčenina.

Medzipovrchovo-aktívne zlúčeniny akejkoľvek molekulovej hmotnosti sú považované ako fobicizačné pomocné činidlá. Tieto zlúčeniny sú prednostne katiónové, aniónové, amfotéme alebo neiónové medzipovrchovo-aktívne zlúčeniny, ako je uvedené napr. v slovníku Surfactants Európa, A Dictionary of Surface Active Agents available in Európe“, vydané Gordon L. Hollis, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1995.

Príkladom aniónových fobicizačných pomocných činidiel sú: alkylsulfáty, éter sulfáty, éter karboxyláty, fosfátové estery, sulfosukcináty, sulfosukcinát amidy, parafinsulfonáty, olefínsulfonáty, sarkozináty, izotionáty, tauráty a na ligníne založené zlúčeniny.

Príkladom katiónových fobicizačných pomocných činidiel sú kvartéme alkylamóniové zlúčeniny a imidazoly.

Príkladom amfotémych fobicizačných pomocných činidiel sú betaíny, glycináty, propionáty a imidazoly.

Príkladom neiónových fobicizačných pomocných činidiel sú: alkoxyláty, aklyloamidy, estery, oxidy amínov, alky polyglykozidy, alkyl sulfídy a alkyl disulfidy. Tiež vhodné sú: reakčné produkty alkylén oxidov s alkylovateľnými zlúčeninami, takými ako, napr. mastné alkoholy, mastné aminy, mastné kyseliny, fenoly, alkylfenoly, arylalkylfenoly, také ako kondenzáty styrén-fenol, karboxiamidy a živicové kyseliny.

Zvláštna prednosť je daná fobicizačných pomocným činidlám, v ktorých 1 až 100 %, zvlášť výhodne 60 až 95 %, vodíkových atómov bolo substituovaných atómami fluóru. Príklady, ktoré môžu byť spomenuté, sú perfluorované alkylsulfáty, perfluorované alkylsulfonáty, perfluorovanč alkyl sulfídy, perfluorované alkyl disulfidy, perfluorované alkylfosfonáty, perfluorované alkylfosfináty a perfluorované karboxylové kyseliny.

Ako polymémym fobicizačným pomocným činidlám pre hydrofóbne povlaky alebo ako polymémym hydrofóbnym materiálom pre povrch, je daná prednosť použitiu zlúčenín s molekulovou hmotnosťou Mw od >500 do 1000 000, výhodne 1000 až 500000 a zvlášť výhodne 1500 až 20 000. Poly méme fobicizačné pomocné činidlá môžu byť neiónové, aniónové, katiónové alebo amfotéme zlúčeniny. Navyše, tieto polyméme fobicizačné pomocné činidlá môžu byť homoa kopolyméry, očkované polyméry a očkované kopolyméry, a náhodné blokové polyméry.

Zvlášť výhodné polyméme fobicizačné pomocné činidlá sú typu AB, BAB a ABC blokové polyméry. V AB alebo BAB blokových polyméroch, A segment je hydrofilný homopolymér alebo kopolymér, a B blok je hydrofóbny homopolymér alebo kopolymér alebo ich soľ.

Zvláštna prednosť je tiež daná aniónovým polymémym fobicizačným pomocným činidlám, najmä produktom kondenzácie aromatických sulfónových kyselín s formaldehydom a alkylnaftalénsulfónových kyselín alebo formaldehydu, naftalénsulfónových kyselín a/alebo benzénsulfónových kyselín, kondenzačné produkty ľubovoľne substituovaného fenolu s formaldehydom a síranom sodným.

Tiež sú výhodné kondenzačné produkty, ktoré možno získať reakciou naftolov s alkanolmi, prídavkom alkylén oxidu a najmenej čiastočnou konverziou terminálnych hydroxylových skupín na sulfo skupiny alebo monoestery maleínovej kyseliny a fialovej kyseliny alebo jantárovej kyseliny.

V ďalšom výhodnom uskutočnení, fobicizačné pomocné činidlo je zo skupiny sulfosukcinátov a alkylbenzénsulfonátov. Tiež sú výhodné sulfáty, alkoxylovanc mastné kyseliny alebo ich soli. Alkoxylované alkoholy mastných kyselín sú najmä tie C₆-C₂₂ alkoholy mastných kyselín, ktoré sú nasýtené alebo nenasýtené a majú 5 až 120, 6 až 60, zvlášť výhodne 7 až 30, etylén oxidových jednotiek, najmä stcaryl alkohol. Alkoholy sulfátovaných alkoxylovaných mastných kyselín sú výhodne vo forme soli, najmä alkalických kovov alebo soli amínov, výhodne soľ dietylamínu.

Vynález ďalej poskytuje spôsob prípravy ultrafóbneho povrchu, ktorý sa vyznačuje tým, že forma, ktorá je negatív povrchovej topografie, vhodnej na ultrafóbny povrch, je odliata zo zmesi plastických a hydrofóbnych alebo, najmä, oleofóbnych aditív, ktoré sa oddelia po ošetrení ako tenký film medzi povrchom formy a plastovým odliatkom.

V inom výhodnom uskutočnení je forma naplnená polymérom a polymémy odliatok je potom pokrytý s hydrofóbnym alebo najmä oleofóbnym povlakom.

V rámci zmieneného vynálezu, forma je akákoľvek žiadaná forma, ktorá môže byť plnená s polymérmi alebo polymérnymi zmesami. Táto forma má povrch, ktorého povrchová topografia je negatív k akémukoľvek želanému ultrafóbnom povrchu.

Ale povrchová topografia ultrafóbneho povrchu prednostne zodpovedá čistenému, anodicky oxidovanému a zatavenému (t. j. spracovanému horúcou vodou alebo vodnou parou) hliníkovému povrchu, získateľnému spôsobmi zverejnenými v Nemeckej patentovej prihláške so spisovým číslom 19860138.7, kde povrchy nemusia mať hydrofóbne povlaky. Povrch hliníkového nosiča spracovaného najmä kyslým elektrochemickým čistením, anodickou oxidáciou, a v horúcej vode alebo vodnej pare pri teplote 50 - 100 °C, je ľubovoľne pokrytý s adhéznou podpornou vrstvou.

V závislosti od použitého materiálu môže byť povrch formovaný vliatím alebo vstrekovaním so skvapalneným alebo rozpusteným termoplastickým polymérom alebo s ešte neošetreným polymérom. Vhodné techniky sú známe a poznajú ich ľudia so skúsenosťami v oblasti polymémej technológie.

Vynález ďalej poskytuje spôsob prípravy povrchu, ktorý má ultrafóbne vlastnosti, ktorýje charakterizovaný tým, že povrch je formovaný z pozitívnej formy, ktorá má štruktúru povrchu vhodnú na ultrafóbne povrchy, so zmesou plastických a hydrofóbnych alebo najmä oleofóbnych aditív, ktoré sa oddelia po ošetrení ako tenký film medzi povrchom formy a plastickým odliatkom.

V inom výhodnom uskutočnení je forma plnená s polymérom a odliatok polyméru je potom pokrytý s hydrofóbnym alebo, najmä, oleofóbnym povlakom.

V rámci zmieneného vynálezu je forma akákoľvek žiadaná forma, ktorá môže byť plnená s polymérmi alebo polymémymi zmesami. Táto forma má povrch, ktorého povrchová topografia je negatív k akémukoľvek želanému povrchu, ktorý poskytuje štrukturálny predpoklad na ultrafóbny povrch.

Ale povrchová topografia ultrafóbneho povrchu prednostne zodpovedá čistenému, anodicky oxidovanému a zatavenému (t. j. spracovanému horúcou vodou alebo vodnou parou) hliníkovému povrchu, získateľnému spôsobmi zverejnenými v Nemeckej patentovej prihláške so spisovým číslom 19860138.7, kde povrchy nemusia mať hydrofóbny povlak. Tu, povrch hliníkového nosiča, spracovaného najmä kyslým elektrochemickým čistením, anódickou oxidáciou, a v horúcej vode alebo vodnej pare pri teplote 50 až 100 °C, je ľubovoľne pokrytý s adhéznou podpornou vrstvou.

Spôsob podľa vynálezu je založený na prekvapujúcom objave, že povrch, ktorý má predpoklady byť ultrafóbnym povrchom, môže byť odliaty priamo a zo vzniknutého negatívu, vzniká opäť ultrafóbny povrch. Tento postup urobí nepotrebným prácne získavanie negatívu topografie ultrafóbneho povrchu ako sa doteraz predpokladalo.

Použitím spôsobu podľa vynálezu je možné pripraviť ultrafóbne povrchy, v ktorých uhol zmáčania kvapky na povrchu je >155°. Vynález preto tiež poskytuje ultrafóbne povrchy získané spôsobmi podľa vynálezu.

Polyméry vhodné na uskutočnenie oboch postupov odlievania sú termosetové alebo termoplastické polyméry.

Termosetový polymér je najmä vybraný zo skupiny zahrnujúcej dialyl flalátovú živicu, epoxidovú živicu, močovino-formaldehydovú živicu, melamín-formaldehydovú živicu, melamín-fenol-formaldehydovú živicu, fenol-formaldehydovú živicu, polyimid, silikónovú gumu a nenasýtenú polyesterovú živicu.

Termoplastický polymér je vybraný najmä zo skupiny: termoplastický polyolefín, napr. polypropylén alebo polyetylén, polykarbonát, polyester karbonát, polyester (napr. PBT alebo PET), polystyrén, styrénový kopolymér, SAN živica, gumu obsahujúci styrénový očkovaný kopolymér, napr. ABS polymér, polyamid, polyuretán, polypropylén sulfid, polyvinyl chlorid alebo akákoľvek zmes spomínaných polymérov.

Podľa vynálezu je forma plnená so zmesou, ktorá sa skladá z polyméru ako PC alebo PMMA a hydrofóbne a/alebo oleofóbne aditívum, ktoré sa po vytvrdnutí usadí ako tenký film medzi povrchom negatívnej formy a vzniknutého polymémeho odliatku.

Medzipovrchovo-aktívne zlúčeniny s akoukoľvek žiadanou molekulovou hmotnosťou sú považované za aditíva. Tieto zlúčeniny sú prednostne katiónové, aniónové, amfotéme alebo neiónové medzipovrcho-aktívne zlúčeniny, ako je opísané, napr. v slovníku Surfactants Európa, A Dictionary of Surface Ative Agents available in Európe“, vydané

Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge, 1995.

Príklady aniónových aditív sú: alkylsulfáty, éter sulfáty, éter karboxyláty, fosfátové estery, sulfosukcináty, sulfosukcinát amidy, parasulfonáty, olefinsulfonáty, sarkozináty, izotionäty, tauráty a zlúčeniny na báze lignínu.

Príklady katiónových aditív sú kvartéme alkylamóniové zlúčeniny a imidazoly.

Príklady amfotémych aditív sú betaíny, glycináty, propionáty a imidazoly.

Príklady neiónových aditív sú: alkoxyláty, alkyloamidy, estery, oxidy amínov, alky polyglykozidy, alkyl sulfídy a alkyl disulfidy. Tiež vhodné sú: reakčné produkty alkylén oxidov s alkylovateľnými zlúčeninami, takými ako, napr. mastné alkoholy, mastné amíny, mastné kyseliny, fenoly, alkylfenoly, arylalkylfenoly, ako sú kondenzáty styrénfenol, karboxamidy a živicové kyseliny.

Zvlášť je daná prednosť aditívam, v ktorých 1 až 100 %, zvlášť výhodne 60 až 95 % vodíkových atómov bolo substituovaných atómami fluóru. Príklady, ktoré môžu byť spomenuté, sú perfluorované alkylsulfáty, perfluorované alkylsulfonáty, perfluorované alkyl sulfídy, perfluorované alkyl disulfidy, perfluorované alkylfosfináty a perfluorované karboxylové kyseliny.

Ako polyméme aditíva pre hydrofóbne povlaky alebo ako polymémy hydrofóbny materiál na povrch, je daná prednosť použitiu zlúčenín s molekulovou hmotnosťou Mw viac ako >500 až do 1 000 000, výhodne 1000 až 500000 a zvlášť výhodne 1500 až 20 000. Tieto polyméme aditiva môžu byť neiónové, aniónové, katiónové alebo amfotéme zlúčeniny. Navyše, tieto polyméme aditíva môžu byť homo- a kopolyméry, očkované polyméry a očkované kopolyméry, a náhodné blokové polyméry.

Zvlášť výhodné polyméme aditíva sú tie typu AB, BAB a ABC blokové polyméry. V AB alebo BAB blokových polyméroch A segment je hydroíllný homopolymér alebo kopolymér, a B blok je hydrofóbny homopolymér alebo kopolymér, alebo ich soľ.

Zvláštna prednosť je tiež daná aniónovým polymémym aditívam, najmä produktom kondenzácie aromatických sulfónových kyselín s formaldehydom a alkylnaftalénsulfónových kyselín alebo formaldehydu, naftalénsulfónových kyselín afolebo benzénsulfónových kyselín, kondenzačné produkty ľubovoľne substituovaného fenolu s formaldehydom a síranom sodným.

Tiež sú výhodné kondenzačné produkty, ktoré sú získateľné reakciou naftolov s alkanolmi, prídavkom alkylén oxidu a prinajmenšom čiastočná konverzia terminálnych hydroxylových skupín na sulfo skupiny alebo monoesterov maleínovej kyseliny a fialovej kyseliny alebo sukcínovej kyseliny.

V ďalšom výhodnom uskutočnení je aditívum zo skupiny sulfosukcinátov a alkylbenzénsulfonátov. Výhodné sú tiež sulfátované, alkoxylované mastné kyseliny alebo ich soli. Alkoxylované alkoholy mastných kyselín sú predovšetkým tie C₆-C₂₂ alkoholy mastných kyselín, ktoré sú nasýtené alebo nenasýtené a majú 5 až 120, 6 až 60, zvlášť výhodne 7-30 etylénoxidových jednotiek, výhodne stearyl alkohol. Sulfátované alkoxylované alkoholy mastných kyselín sú výhodne vo forme soli, predovšetkým solí alkalických kovov alebo amínov, výhodne solí dietylamínu.

Tento postup znamená, že odliatok nemusí byť pokrývaný s hydrofóbnymi a/alebo oleofóbnymi povlakmi, čo znamená, že jeden krok postupuje možné ušetriť.

Ultrafóbne povrchy podľa tohto vynálezu majú výhodu, medzi iným, že sú samočistiace, samočistenie sa vykoná, keď je povrch vystavený z času na čas dažďu alebo tečúcej vode. Dôsledkom uitrafóbnej vlastnosti povrchu kvapky vody stečú po povrchu a častice špiny, ktoré sú len slabo priľnuté na povrch sa zachytia na povrchu stekajúcich kvapiek a sú odstránené z ultrafóbneho povrchu. Toto samočistenie funguje nielen s vodou, ale aj s olejom.

Vynález tiež poskytuje materiál alebo konštrukčný materiál, ktorý má ultrafóbny povrch podľa tohto vynálezu.

Existuje veľké množstvo možností priemyselného použitia na tieto povrchy podľa tohto vynálezu. Vynález preto tiež udáva nasledujúce použitia na ultrafóbny povrch podľa tohto vynálezu:

Pomocou ultrafóbneho povrchu môžu byť pokryté trupy lodí, aby sa znížil ich odpor proti treniu.

Ďalším použitím ultrafóbneho povrchu je ošetrenie povrchu, na ktorý nesmie priľnúť voda, aby nedošlo k vytvoreniu námrazy. Príklady, ktoré tu je možné spomenúť, sú povrchy výmenníkov tepla, napr. v chladničkách alebo trupy lietadiel.

Povrchy podľa tohto vynálezu sú tiež vhodné na opravy fasád domov, striech, pomníkov, aby mali samočistiacu schopnosť.

Vynález tiež umožňuje použitie ultrafóbneho povrchu podľa tohto vynálezu na trenie redukujúcich vrstiev trupov vozidiel, lietadiel alebo lodi.

Vynález ďalej umožňuje použitie ultrafóbneho povrchu ako samočistiaceho pokrytia alebo obkladov častí budov, striech, okien, keramických konštrukčných materiálov, napr. pre sanitárne zariadenia, domáce vybavenie.

Vynález ďalej tiež poskytuje ultrafóbny povrch na použitie ako povlaku kovov proti korózii. Vynález tiež ďalej poskytuje ultrafóbny povrch podľa tohto vynálezu na použitie ako priehľadnej fólie v prípade priehľadných substrátových materiálov alebo ako vrchný povlak priehľadných tabúl, predovšetkým sklených alebo plastických tabúl pre solárne články, vozidlá alebo skleníky.

Vynález tiež ďalej poskytuje ultrafóbny povrch na použitie ako povlak nádob, v ktorých sa pracuje s kvapalinami, napr. pri ich odmeriavaní alebo pri ich usmerňovaní. Tieto nádoby môžu byť napríklad rúrky, hadičky alebo uskladňovacie nádoby.

Vynález tiež ďalej poskytuje spôsob prípravy povrchu, ktoré majú ultrafóbne vlastnosti na báze zliatiny AlMg₃, vyznačujúci sa tým, že povrch je vyčistený, leptaný, anodický oxidovaný, pasivovaný vo vriacej vode, prípadne pokrývaný so vzácnym kovom ako adhcznou podpornou vrstvou, predovšetkým zlatom s hrúbkou vrstvy od 10 do 100 nm, predovšetkým pokrývaním atomizáciou a pokrytým hydrofóbnym materiálom, predovšetkým s aniónovou, katiónovou, amfotémou alebo neiónovou medzipovrchovoaktívnou zlúčeninou ako fobicizačným pomocným činidlom.

Namiesto použitia integrálu funkcie S

S(Iog f) = a(f) . f v rozsahu logjfl/pm'¹) = -3 a logjfj/pm'¹) = 3 s hodnotou väčšou ako 0,5 na opis ultrafóbneho povrchu je tiež možné použiť integrál funkcie F

F(log f) = 3 + log (a(f). f v rozsahu logjfi/pm'¹) = -3 a logffj/um) = 3. V rozsahu kladných hodnôt pre F hodnota tohto integrálu musí byť väčšia ako 5, aby sa vytvoril povrch, ktorý má ultrafóbne vlastnosti. Opis pomocou funkcie F bol už použitý v nemeckej patentovej prihláške so spisovým číslom 1860136.0.

Ale opis (1) pomocou funkcie S má výhodu, že hodnota integrálu S(log f) je veľmi jasná. Je to preto, že je úmerná normalizovanej amplitúde všetkých Fourierových zložiek <a(f).f> spriemerovanej na logaritmickej frekvenčnej škále v rozsahu -3 <log(f/prrr') <3. Takže nájdená podmienka na prípravu ultrafóbnych povrchov je, v skratke: normalizovaný priemer všetkých Fourierových amplitúd <a(f),£> určený na logaritmickej frekvenčnej škále musí byť väčší ako 0,5/6 = = 0,08. Pre priemernú frekvenciu by Fourierové amplitúdy mali teda byť najmenej 8 % zo štruktúrnej dĺžky.

Na zobrazenie porovnateľnosti dvoch opisov (1) a (2) sú príklady 1 - 6 dané na konci v obrázku 10 a 11 navyše pomocou funkcie F ako v patente DE 1860136.0.

Vynález je ilustrovaný v príkladoch s odkazmi na obrázky.

Prehľad obrázkov na vý kresoch

Obrázok 1 zobrazenie kriviek PSD(f) ultrafóbneho povrchu podľa vynálezu z príkladov 1 - 6.

Obrázok 2 zobrazenie kriviek PSD(f) ultrafóbneho povrchu podľa vynálezu z príkladov 7-9.

Obrázok 3 zobrazenie kriviek PSD(f) ultrafóbneho povrchu podľa vynálezu z príkladov 10 - 11.

Obrázok 4 zobrazenie kriviek PSD(f) ultrafóbneho povrchu podľa vynálezu z príkladov 12 - 13.

Obrázok 5 zobrazenie frekvenčné závislých amplitúd a(f) Fourierových zložiek povrchov podľa vynálezu z príkladov 1 - 6.

Obrázok 6 zobrazenie frekvenčné závislých amplitúd a(f) Fourierových zložiek povrchov podľa vynálezu z príkladov 7-9.

Obrázok 7 zobrazenie frekvenčné závislých amplitúd a(f) Fourierových zložiek povrchov podľa vynálezu z príkladov 10 - 11.

Obrázok 8 zobrazenie frekvenčné závislých amplitúd a(f) Fourierových zložiek povrchov podľa vynálezu z príkladov 12 - 13.

Obrázok 9 zobrazenie uhla zmáčania vody ako funkcie integrálu funkcie S(log f) = a(f).f počítaného v integračnom rozsahu log(f|/pnť’) = -3 a logífýpnť'j = 3 na rozličné príklady povrchov 1 - 13.

Obrázok 10 frekvenčné závislé amplitúdy a(f) Fourierových zložiek povrchov podľa tohto vynálezu z príkladov 1 - 6 vo forme F(log f) v log-log zobrazení (zodpovedá zobrazeniu v nemeckom patente DE 1860136.0).

Obrázok 11 zobrazenie uhla zmáčania vody ako funkcie integrálu funkcie F(log f) počítaného v integračnom rozsahu log^/pm') = -3 a logíf₂/prrľ^!') = 3 na rozličné príklady povrchov 1 - 6 (zodpovedá zobrazeniu v nemeckom patente DE 1860136.0).

Príklady uskutočnenia vynálezu

Všeobecné predbežné poznámky týkajúce sa príkladov

1. Určenie topografie povrchu

Aby sa určila topografia povrchu, povrch bol analyzovaný pomocou skenovacieho tunelovacieho mikroskopu, pomocou skenovacieho AFM mikroskopu, pomocou interferometrie s bielym svetlom a metódou uhlovo rozlíšeného rozptylu svetla.

Ako skenovací tunelovací mikroskop bol použitý Nanoseope III od Digital Instruments, Šanta Barbara, California, ktorý pracoval v režime konštantného toku (constant flow). Merania boli vykonané na vzduchu pri izbovej teplote pomocou mechanicky ovládaného platinovo-irídiového hrotu. Ako skenovaná plocha L² boli za sebou použité plochy 500 x 500 nm², 200 x 200 nm² a 50 x 50 nm², kde v každom prípade bolo N² = 512 x 512 bodov v kroku veľkosti AL = N/L.

Údaje o výške profilu boli skonvertované na priemernú výkonovú spektrálnu hustotu PSD podľa rovníc 1 a 2 z článku od C. Ruppe a A. Dupané, Thin Solid Films, 288, (1996), strana 9.

Ako skenovací atómový silový mikroskop AFM bol použitý DIMENSION 3000 od Digital Instruments, Šanta Barbara, USA v kontaktnom režime. Merania boli uskutočnené na vzduchu pri izbovej teplote. Si hrot mal polomer asi 10 nm. Ako skenovaná plocha L² boli za sebou použité plochy 1 x 1 pm², 10x10 pm² a 50 x 50 pm², kde v každom prípade N² = 512 x 512 bodov v kroku veľkosti AL = = N/L.

Na interferometriu s bielym svetlom bol použitý mikroskop LEICA DMR od Leica, Wetzlar. Merané polia boli 140 x 140 pm², 280 x 280 pm², 1120 x 1120 pm² a 2800 x 2800 pm² v každom jednotlivom prípade 512 x x 512 bodov.

Krivky PSD(f) získané pomocou uvedených meracích metód boli potom skombinované do jednej PSD(f) krivky a nakreslené log-log podľa obrázkov 1 - 4, kde výkonová spektrálna hustota v nm⁴ a priestorová frekvencia f v prn¹boli spravené ako bezrozmemé.

2. Výpočet frekvenčné závislých amplitúd a(f):

Frekvenčné závislé amplitúdy sú určené z PSD(f) kriviek podľa nasledujúceho vzorca.

«(/)= 4rr \PSD(f)fdf «2f -j nPSDjf )log D j f 146

Vo všetkých prípadoch konštanta D, ktorá určuje šírku integračného rozsahu, v ktorom je funkcia PSD(f) považovaná za konštantu, mala tu hodnotu D = 1,5.

Tento vzorec zodpovedá v princípe výpočtu amplitúd závislých od priestorových frekvencií, ktoré sú tiež opísané v J.C. Stover, Optical Scattering, 2 vydanie, SPIE Press Bellingham, Washington, USA 1995 vo vzorci (4.19) na strane 103 a v tabuľke 2.1 na strane 34 a v tabuľke 2.2 na strane 37.

Príklad 1

Valcovaním vyleštená fólia AlMg₃ s plochou 35 x 35 mm²a hrúbkou 0,5 mm bola odmastená s destilovaným chloroformom, potom bola daná na 20 s do vodného roztoku NaOH (5g/l) pri 50 °C.

Fólia bola potom namočená na 20 s v H₃PO₄ (100 g/1), oplachovaná 30 s v destilovanej vode a elektrochemický čistená 90 s v zmesi HC1/H₃BO₃ (v oboch prípadoch 4g/l) pri 35 °C a 120 mA/cm² pri striedavom napätí 35 V.

Potom bola fólia oplachovaná v destilovanej vode 30 s a 30 s v alkalickom roztoku NaOH (5g/l), opäť bola oplachovaná v destilovanej vode 30 s a potom anodicky oxidovaná 90 s v H₂SO₄ (200 g/1) pri 25 °C s 30 mA/cm² pri jednosmernom napätí 50 V.

Fólia bola potom oplachovaná 30 s v destilovanej vode, potom 60 s pri 40 °C v NaHCO₃ (20 g/1), potom opäť 30 s v destilovanej vode a sušená 1 hodinu pri 80 °C v sušiarni.

Fólia ošetrená týmto spôsobom bola pokrytá približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Vzorka bola potom pokrývaná 24 hodín ponorením v roztoku n-dekántiolu

SK 285652 Β6 v etanole (lg/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 167°. Kvapka vody objemu 10 μΐ steká, ak je povrch naklonený o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 1 na obrázku 1.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu log(f,/pm^:) = -3 a log/f/pm'¹) = 3 je 0,81.

Príklad 2

V tomto príklade bola fólia AlMg₃ ošetrená a pokrytá ako v príklade 1, hoci navyše pred pokrytím zlatom bola fólia leptaná 20 s v IM NaOH, oplachovaná 30 s destilovanou vodou, potom etanolom a sušená 1 hodinu pri 80 °C v sušiarni.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 161°. Kvapka vody objemu 10 μΐ stečie, keď sa povrch nakloní o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 2 na obrázku 1.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu logíf/prrT¹) = -3 a log/fýpm'¹) = = 3 je 0,58.

Porovnávací príklad 3

V tomto príklade bola fólia AlMg₃ ošetrená a pokrytá presne ako v príklade 2, aj keď bola leptaná 120 s v IM NaOH.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 150°. Kvapka vody objemu 10 μΐ nestečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 1 na obrázku 3.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu logífj/pm'¹) = -3 a logí^/um’¹) -3j e 0,46.

Porovnávací príklad 4

V tomto príklade bol 35 x 35 mm² polykarbonátový substrát hrúbky 1 mm pokrytý s 200 nm hrubou vrstvou hliníka na atomizáciu. Vzorka bola potom opracovaná 30 minút v destilovanej vode pri 100 °C, potom oplachovaná v destilovanej vode pri izbovej teplote 30 s a sušená 1 hodinu pri 80 °C v sušiarni.

Takto ošetrená vzorka bola pokrytá s približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Nakoniec bola vzorka pokrývaná 24 hodín ponorením do roztoku n-dekántiolu v etanole (lg/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 135°. Kvapka vody objemu 10 μΐ nestečie, ak je povrch naklonený o <10°

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 4 na obrázku 1.

integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log ŕ) počítaný v integračnom rozsahu log/fi/pm'¹) = -3 a log(f₂/prrí^l) = 3 je 0,28.

Porovnávací príklad 5

V tomto príklade bola valcovaním vyleštená fólia AlMgj s plochou 35 x 35 mm² a hrúbkou 0,5 mm odmastená s destilovaným chloroformom.

Po oplachovaní v destilovanej vode 30 s bola fólia potom anodicky oxidovaná 600 s v H₂SO₄ (200 g/1) pri 20 °C s 10mA/cm² pri jednosmernom napätí 35 V. Fólia bola potom opláchnutá v destilovanej vode a sušená 1 hodinu pri 80 °C v sušiarni.

Fólia ošetrená týmto spôsobom bola pokrytá približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Vzorka bola potom pokrývaná 24 hodín ponorením v roztoku n-dekántiolu v etanole (lg/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 122°. Kvapka vody objemu 10 μΐ nestečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 5 na obrázku 1.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu logífi/pm' ) = -3 a log(f₂/pnť') = 3je0,14.

Porovnávací príklad 6

Neopracovaná vyleštená monokryštálová Si platnička bola pokrytá s 200 nm hrubou vrstvou zlata naparovaním a vzorka bola potom pokrývaná 24 hodín ponorením v roztoku n-dekántiolu v etanole (lg/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 115°. Kvapka vody objemu 10 μΐ nestečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 6 na obrázku 1. Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu log/fi/pm'¹) = -3 a log(f₂/prri') = 3 je 0,04.

Porovnávací príklad 7

V tomto príklade bol 35 x 35 mnr polykarbonátový substrát hrúbky 1 mm pokrytý s 100 nm hrubou vrstvou hliníka na atomizáciu. Vzorka bola potom opracovaná 3 minúty v destilovanej vode pri 100 °C, potom oplachovaná v destilovanej vode pri izbovej teplote 30 s a sušená 1 hodinu pri 80 °C v sušiarni.

Takto ošetrená vzorka bola pokrytá s približne 100 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Nakoniec bola vzorka pokrývaná 24 hodín ponorením do roztoku n-dekántiolu v etanole (lg/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 147°. Kvapka vody objemu 10 μΙ nestečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 1 na obrázku 2.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu log/fi/pm ’) = -3 a log(f₂/pnť') = 3je0,39.

Príklad 8

V tomto príklade bola vzorka pripravená rovnako ako v príklade 7. Ale na rozdiel od príkladu 7, použitá vrstva zlata bola 50 nm.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 154°. Kvapka vody objemu 10 μΐ stečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 2 na obrázku 2.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu logfU'pm’¹) = -3 a logjfýprn') = = 3 je 0,53.

Porovnávací príklad 9

V tomto príklade bola valcovaním vyleštená fólia AlMg₃ s plochou 35 x 35 mm² a hrúbkou 0,5 mm odmastená s destilovaným chloroformom. Vzorka bola potom ošetrovaná 20 s v destilovanej vode pri 100 °C. Fólia bola potom opláchnutá v etanole a sušená 1 hodinu pri 80 °C v sušiarni.

Fólia ošetrená týmto spôsobom bola pokrytá približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Vzorka bola potom pokrývaná 24 hodín ponorením v roztoku n-dekántiolu v etanole (1 g/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 130°. Kvapka vody objemu 10 μΐ nestečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 3 na obrázku 2.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu logffj/μηΤ¹ j = -3 a logjfj/prri¹) = = 3 je 0,15.

Porovnávací príklad 10

V tomto príklade bola vyleštená monokryštálová Si(100) platnička pokrytá s 200 nm hrubou vrstvou sekvencie substrát-HLHL (H = LaF₃ L = MgF₂) naparovaním elektrónovým lúčom pri teplote substrátu 520 K. Použité hrúbky jednotlivých vrstiev boli pre H 100 nm a pre L 116 nm. Príprava zodpovedá príprave uvedenej v článku S. Jacobs, A. Duparré a H. Truckenbrodt, Applied Optics 37, 1180(1998).

Takto ošetrená vzorka bola pokrytá približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Nakoniec bola vzorka potom pokrývaná 24 hodín ponorením v roztoku n-dekántiolu v etanole (lg/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 120°. Kvapka vody objemu 10 μΐ nestečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu loglfl/pm'¹) = -3 a log(f₂/prri') = 3 je 0,10.

Porovnávací príklad 11

V tomto príklade bola vzorka pripravená ako v príklade 10. Ale namiesto substrátu-(HL)² bola sekvencia vrstiev substrátu-(HL)⁸.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 2 na obrázku 3.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu log(f|/um) = -3 a logjfýpm’¹) = 3 jc 0,23.

Príklad 12

V tomto príklade bola vzorka pripravená rovnakým spôsobom ako je opísané v nepublikovanej nemeckej patentovej prihláške s kartotékovým číslom 19935326.3. Cyfcto-{SiO(CH₃)[(CH₂)₂Si(OH)(CH₃)₂]}₄ (ďalej: D4-silanol) bol pripravený ako je opísané v DE 196 03 241.

4,lg AEROSIL®-u R812 (Degussa) bolo rozptýlených v 28,5 g l-metoxy-2-propanolu, 5,0 g D4-silanolu a 6,5 g tetraetoxysilánu. Bolo tam pridaných 1,1 g 0,1 N p-toluénsulfónovej kyseliny a zmes bola miešaná jednu hodinu pri izbovej teplote (23 °C). Výsledný pokrývači roztok bol potom nanesený na sklo pomocou filmotvomého rámu vo vlhkom filme hrúbky 120 pm. Potom, čo sa prchavé zložky vyparili pri izbovej teplote bol povlak vytvrdený v konvekčnej sušiarni pri 130 °C 1 hodinu.

Takto ošetrená vzorka bola pokrytá približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Nakoniec bola vzorka potom pokrývaná 24 hodín ponorením do roztoku n-dekántiolu v etanole (lg/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 165°. Kvapka vody objemu 10 μΐ stečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 1 na obrázku 4.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu logíf/pm'¹) = -3 a log(f₂/pm·’) = 3 je 0,71.

Príklad 13

V tomto príklade bola vzorka pripravená ako v príklade 12, ale namiesto prídavku 1,1 g kyseliny p-toluénsulfónovej sa tu pridalo 2,3 g HCI.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 157°. Kvapka vody objemu 10 μΐ stečie, ak je povrch naklonený o <10°

Topografia povrchu tohto povrchu bola analyzovaná, tak ako je opísané v ”1. Určenie topografie povrchu”, a získané namerané údaje vykreslené ako krivka 2 na obrázku 4.

Integrál normalizovaných Fourierových amplitúd S(log f) počítaný v integračnom rozsahu log(f₁/pm’¹) = -3 a logjfýpnť¹) = 3 je 0,60.

Príklad 14

Negatívny odliatok

V tomto prípade bol negatívny odliatok ultrafóbneho povrchu pripravený pomocou polymémeho roztoku. Použitou formou je povrch získaný v príklade 1.

Približne 20 pm hrubý film poly(metylmetakrylát-co-perfluorooktadecylmetakrylátu) (-[CH₂{C{COOCH₃)CH₃]_n-co-[CH₂/C(COOC_l8F₃₇)CH₃]_ra-, kde sa pomer n/m rovná 10; roztok 50 % (hmotnostných) v butanónc bol vliaty na tento povrch formy pomocou rámu vytvárajúceho film, kde 30 % polyméru bolo rozpustených v metylénchloride (dichlórmetáne). Po vysušení pri izbovej teplote 10 mm široký pásik bol odrezaný z tohto filmu pomocou skalpela, zosilnený z vrchnej strany pomocou pásky Stellatape a oddelený od formy.

Spodná strana, ktorá bola kontaktnou stranou s formou pokrytá približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Nakoniec bola vzorka potom pokrývaná 24 hodín ponorením v roztoku n-dekántiolu v etanole (lg/1) pri izbovej tep11 lote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 165°. Kvapka vody objemu 10 pl stečie, ak je povrch naklonený o <10°

Príklad 15

Pozitívny odliatok

V tomto prípade bol pozitívny odliatok ultrafóbneho povrchu pripravený pomocou polymcmcho roztoku. Použitou formou je povrch získaný v príklade 1.

Krok 1: Príprava negatívneho odliatku ultrafóbneho formového povrchu

Približne 100 pm hrubý film bisfenolu A polykarbonátu (M_n = 10 000) bol vliaty na povrch formy s 50 % (hmotnostných) roztokom v metylénchloride pomocou rámu vytvárajúceho film, kde 30 % polyméru bolo rozpustené v metylénchloride. Po vysušení pri izbovej teplote bol 20 mm široký pásik z tohto filmu odrezaný pomocou skalpela, zosilnený z vrchnej strany pomocou pásky Stellatape a oddelený od formy.

Spodná strana (pôvodne smerujúca k forme) bola pokrytá približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Vrstva zlata na vzorke bola potom pokrývaná 24 hodín s niekoľkými kvapkami roztoku n-perfluóroktántiolu v α,α,α-trifluórtoluéne (1 g/1) pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola prepláchnutá α,α,α-trifluórtoluénom a vysušená.

Krok 2: Odlievanie negatívneho odtlačku pôvodného povrchu s polymémou zmesou, ktorá obsahuje oleofóbny polymér ako aditívum.

Približne 20 pm hrubý film polystyrénu (M_n = 15 000) obsahujúci asi 10 % hmotnostných poly(metylmetakrylátco-perfluorooktadecylmetakrylátu) (-[CH₂{C {COOCH₃)CH₃]_n-co-[CH₂-C(COOC₁₈F₃₇)CH₃]_m-; n/m =10) bol vliaty na povrch formy pomocou rámu vytvárajúceho film, kde 30 % polymémej zmesi bolo rozpustených v metylénchloride. Po pomalom vysušení pri izbovej teplote (okolo 10 hodín) bol 10 mm široký pásik z tohto filmu odrezaný pomocou skalpela, zosilnený z vrchnej strany pomocou pásky Stellatape a oddelený od formy.

Spodná strana, ktorá bola kontaktnou stranou s formou pokrytá približne 50 nm hrubou vrstvou zlata atomizáciou. Nakoniec bola vzorka potom pokrývaná 24 hodín naparovaním v parách n-dekántiolu pri izbovej teplote v uzavretej nádobe, potom bola opláchnutá etanolom a vysušená.

Povrch má statický uhol zmáčania pre vodu 164°. Kvapka vody objemu 10 pl stečie, ak je povrch naklonený o <10°.

Tabuľka 1 sumarizuje ešte raz výsledky z príkladov podľa vynálezu a z porovnávacích príkladov.

Je zrejmé, že iba v prípade ultrafóbnych povrchov, pre ktoré je uhol zmáčania vodnej kvapky na povrchu >150°, je integrál krivky a(f).f = S(log f), počítaný v integračnom rozsahu logífopm .) = -3 a logíf/urrť¹) = 3 väčší alebo sa rovná 0,5.

Pozitívny alebo negatívny odtlačok takéhoto ultrafóbneho povrchu tiež poskytuje uhol zmáčania >150°.

Tabuľka 1

	Uhol zmáčania	Integrál
Príklad 1	167°	0,81
Príklad 2	161°	0,58
Porovnávací príklad 3	150°	0,46

	Uhol zmáčania	Integrál
Porovnávací príklad 4	135°	0,28
Porovnávací príklad 5	122°	0,14
Porovnávací príklad 6	115°	0,04
Porovnávací príklad 7	147°	0,39
Príklad 8	154°	0,53
Porovnávací príklad 9	130°	0,15
Porovnávací príklad 10	120°	0,10
Porovnávací príklad 11	130°	0,23
Príklad 12	165°	0,71
Príklad 13	157°	0,60
Príklad 14	165°	neurčený
Príklad 15	164°	neurčený

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Štruktúrovaný povrch, ktorý má ultrafóbne vlastnosti, vyznačujúci sa tým, že má topografiu povrchu, v ktorej hodnota integrálu funkcie S

S(log f) = a(f). f (1), ktorý udáva vzťah medzi priestorovými frekvenciami f jednotlivých Fourierových zložiek a ich amplitúdami a(f) je najmenej 0,5 v integračnom rozsahu loglfj/pní¹) = -3 a log(f₂/pm‘¹) = 3 a skladá sa z hydrofóbneho alebo najmä oleofóbneho materiálu alebo je pokrytý s hydrofóbnym alebo najmä oleofóbnym materiálom.

2. Povrch podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že integrál je >0,6.

3. Ultrafóbny povrch podľa nároku 1 alebo 2, v y značujúci sa tým, že má uhol zmáčania najmenej 150° a uhol stekania <10°.

4. Ultrafóbny povrch podľa jedného z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že má uhol zmáčania najmenej 155°.

5. Ultrafóbny povrch podľa jedného z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že sa skladá z kovu alebo plastu.

6. Ultrafóbny povrch podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že kov je vybraný zo skupiny zahrnujúcej berýlium, horčík, skandium, titán, vanád, chróm, mangán, železo, kobalt, nikel, meď, zinok, hliník, gálium, ytrium, zirkónium, niób, molybdén, technécium, ruténium, rénium, paládium, striebro, kadmium, indium, cín, lantán, cérium, prazeodým, neodým, samárium, európium, gadolýnium, terbium, dysprózium, holmium, erbium, tulium, yterbium, lutécíum, hafnium, tantal, volfrám, rénium, osmium, irídium, platina, zlato, tálium, olovo, bizmut, najmä titán, hliník, horčík a nikel alebo zliatiny uvedených kovov.

7. Ultrafóbny povrch podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že kovom je zliatina hliníka a horčíka, najmä AlMg₃.

8. Ultrafóbny povrch podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že plastom je termosetový alebo termoplastický polymér.

9. Ultrafóbny povrch podľa nároku 8, vyznačujúci sa tým, že termosetový polymér je vybraný zo skupiny: dialyl ftalátová živica, epoxidová živica, močovinovo-formaldehydová živica, melamín-formaldehydová živica, melamín-fenol-formaldehydová živica, fenolformaldehydová živica, polyimid, silikónová guma a nenasýtená polyesterová živica a termoplastický polymér je vybraný zo skupiny: termoplastický polyolefin napr. polypropylén alebo polyetylén, polykarbonát, polyester karbonát, polyester (napr. PBT alebo PET), polystyrén, styrénový kopolymér, SAN živica, gumu obsahujúci styrénový očkovaný polymér, napr. ABS polymér, polyamid, polyuretán, polyfenylén sulfíd, polyvinylchlorid alebo akékoľvek možné zmesi spomínaných polymérov.

10. (Jltrafóbny povrch podľa jedného z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že povrch je pokrytý s hydrofóbnym fobicizačným pomocným činidlom, najmä aniónovou, katiónovou, amfotémou alebo neiónovou, medzipovrchovo-aktívnou zlúčeninou.

11. Materiál alebo konštrukčný materiál, ktorý má ultrafóbny povrch podľa jedného z nárokov 1 až 10.

12. Použitie ultrafóbneho povrchu podľa jedného z nárokov 1 až 10 na potiahnutie trupov vozidiel, lietadiel alebo lodí zmenšujúce trenie.

13. Použitie ultrafóbneho povrchu podľa jedného z nárokov 1 až 10 ako samočistiace pokrytie alebo obklad častí budov, striech, okien, keramických konštrukčných materiálov napr. pre sanitárne zariadenia, zariadenia do domácnosti.

14. Použitie ultrafóbneho povrchu podľa jedného z nárokov 1 až 10 ako protikorózne pokrytie kovových predmetov.

15. Použitie ultrafóbneho povrchu podľa jedného z nárokov 1 až 10 ako priehľadná fólia alebo vrchné pokrytie priehľadnej tabule, najmä sklených alebo plastových tabúľ, obzvlášť pre solárne články, vozidlá alebo skleníky.

16. Spôsob prípravy povrchu, ktorý má ultrafóbne vlastnosti podľa jedného z nárokov 1 až 10, na báze zliatiny AlMg₃, vyznačujúci sa tým, že povrch je čistený, namáčaný, anodicky oxidovaný, pasivovaný vo vriacej vode, prípadne pokrývaný so vzácnym kovom ako podpornou adhéznou vrstvou, najmä zlatom s hrúbkou vrstvy od 10 do 100 nm, najmä atomizáciou a pokrývaný hydrofóbnym materiálom najmä s aniónovou, katiónovou, amfotémou alebo neiónovou medzipovrchovo-aktívnou zlúčeninou ako fobicizačným pomocným činidlom.

17. Spôsob prípravy povrchu, ktorý má ultrafóbne vlastnosti odlievaním, vyznačujúci sa tým, že forma, ktorá je negatívom povrchovej topografie vhodnej na ultrafóbny povrch, je odlievaná so zmesou plastického a hydrofóbneho alebo najmä oleofóbneho aditíva, ktoré sa oddeľuje po vytvrdnutí ako tenký film medzi povrchom formy a plastickým odliatkom.

18. Spôsob prípravy povrchu, ktorý má ultrafóbne vlastnosti odlievaním, vyznačujúci sa tým, že povrch pozitívnej formy, ktorá má štruktúru vhodnú na ultrafóbny povrch je odlievaná s plastom, najmä termosetovým alebo termoplastickým polymérom a povrch vzniknutého odliatku, ktorý má negatívny odtlačok povrchu pozitívneho odliatku je prípadne vybavený pomocnou adhéznou vrstvou a potom s hydrofóbnym alebo najmä oleofóbnym pokrytím.

19. Spôsob podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že použitým polymérom je hydrofóbny polymér, prednostne poly(metylmetakrylát-co-perfluorooktadecylmetakrylát), a dodatočné pokrytie hydrofóbnym alebo oleofóbnym materiálom sa voliteľne vynecháva.

20. Spôsob podľa nárokov 17 alebo 18, vyznačujúci sa tým, že použitá forma je negatív alebo pozitív povrchovej štruktúry namáčaného, anodicky oxidovaného povrchu obsahujúceho hlavne hliník alebo zliatinu hliníka a ošetrovaného horúcou vodou pri teplote od 50 do 100 °C.

21. Spôsob podľa nárokov 17 alebo 18, vyznačujúci sa tým, že použitá forma je negatív alebo pozitív povrchovej štruktúry mikroštrukturovaného, anodicky oxidovaného, kalcinovaného povrchu zloženého hlavne z hliníka alebo zliatiny hliníka.

22. Spôsob podľa jedného z nárokov 17 až 21, vyznačujúci sa tým, že plast použitý na formu je termosetový polymér alebo termoplastický polymér.

23. Spôsob podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že termosetový polymér je vybraný zo skupiny: dialyl ftalátová živica, epoxidová živica, močovinovo-formaldehydová živica, melamín-formaldehydová živica, melamín-fenol-formaldehydová živica, fenol-formaldehydová živica, polyimid, silikónová guma a nenasýtená polyesterová živica.

24. Spôsob podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že termoplastický polymér je vybratý zo skupiny: termoplastický polyolefín napr. polypropylén alebo polyetylén, polykarbonát, polyester karbonát, polyester (napr. PBT alebo PET), polystyrén, styrénový kopolymér, SAN živica, gumu obsahujúci styrénový očkovaný polymér, napr. ABS polymér, polyamid, polyuretán, polyfenylén sulfíd, polyvinylchlorid alebo akékoľvek možné zmesi spomínaných polymérov.

25. Spôsob podľa jedného z nárokov 17 až 24, vyznačujúci sa tým, že povrch formy s odtlačkom je pokrytý s hydrofóbnym fobicizačným pomocným činidlom, najmä s aniónovou, katiónovou, amfotémou alebo neiónovou medzipovrchovo-aktívnou zlúčeninou alebo sa použije také fobicizačné činidlo, ktoré hydrofobizuje povrch ako aditívum polymérov s ním kompatibilné.

26. Spôsob skúšania povrchov na ultrafóbne vlastnosti, vyznačujúci sa tým, že povrch je pokrytý najmä naparovaním so vzácnym kovom alebo GaAs ako pomocnou adhéznou vrstvou, obzvlášť zlatom, najmä s vrstvou hrúbky od 10 do 100 nm, je pokrytý fobicizačným pomocným činidlom, prednostne dekántiolom, potom je analyzovaná topografia povrchu, najmä kombináciou skenovacej tunelovacej mikroskopie, skenovacej AFM mikroskopie, interferometrie s bielym svetlom a z nameraných údajov sú vypočítané priestorové frekvencie f, ich štruktúrne amplitúdy a(f) a integrál funkcie S

S(log f) = a(f) . f (1), v integračnom rozsahu log(f|/prri') = - 3 a log(f₂/pm') = 3.