WO2007126327A1 - Élément hydrofuge et procédé de production d'un revêtement hydrophobe - Google Patents

Élément hydrofuge et procédé de production d'un revêtement hydrophobe Download PDF

Info

Publication number
WO2007126327A1
WO2007126327A1 PCT/RU2006/000218 RU2006000218W WO2007126327A1 WO 2007126327 A1 WO2007126327 A1 WO 2007126327A1 RU 2006000218 W RU2006000218 W RU 2006000218W WO 2007126327 A1 WO2007126327 A1 WO 2007126327A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
copolymer
polymer
substrate
hydrophobic
supercritical
Prior art date
Application number
PCT/RU2006/000218
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lomonosov Moscow State University Faculty Of Physics
Marat Olegovich Gallyamov
Alexei Removich Khokhlov
Vyacheslav Mikhailovich Bouznik
Lev Nikolaevich Nikitin
Alexander Yurievich Nikolaev
Original Assignee
Faculty Of Physics Lomonosov M
Marat Olegovich Gallyamov
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Faculty Of Physics Lomonosov M, Marat Olegovich Gallyamov filed Critical Faculty Of Physics Lomonosov M
Priority to PCT/RU2006/000218 priority Critical patent/WO2007126327A1/ru
Publication of WO2007126327A1 publication Critical patent/WO2007126327A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/08—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/18—Materials not provided for elsewhere for application to surfaces to minimize adherence of ice, mist or water thereto; Thawing or antifreeze materials for application to surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2401/00—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like
    • B05D2401/90—Form of the coating product, e.g. solution, water dispersion, powders or the like at least one component of the composition being in supercritical state or close to supercritical state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
    • B05D3/0486—Operating the coating or treatment in a controlled atmosphere
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Definitions

  • the invention relates to the field of formation of coatings, in particular, polymer coatings for hydrophobization of rough, porous, highly developed or other substrates with complex surface geometry using supercritical carbon dioxide.
  • a water-repellent element is known on the surface of which a hydrophobic coating is applied from a polymer solution (patent JP 2001314810).
  • the element is made in the form of a disk for magnetic recording.
  • a known method of producing a hydrophobic coating in which a hydrophobic polymer is deposited from a solution in supercritical CO 2 on the surface of a substrate (JP 2001314810).
  • the substrate is a disk for magnetic recording.
  • the disadvantage of this method is the insufficiently high water-repellent ability of the obtained coating, since the coating on the substrate is applied by spraying a polymer solution in a supercritical medium through a nozzle, while during the spraying process the supercritical medium goes into the state of the gas phase, the polymer loses its solubility in this medium and condenses into a granular, inhomogeneous according to morphology, a coating that is unable to penetrate deep into the porous structure and distorting the morphology of the substrate itself.
  • Using the claimed invention solves the technical problem of increasing water-repellent ability by imparting a surface ultra-hydrophobic properties, which is manifested in an increase in the angle of wetting with water of this surface to> 130 °.
  • a hydrophobic coating is applied from a hydrophobic polymer or copolymer solution, on one of the elements from the group: element with a gas diffusion layer, gas sensor element, element made from an absorbent material, a filter element, a chromatographic column element made of a sorbing material, a molecular sieve element made of zeolite, an instrument element inkjet technology, an element of the printhead of an inkjet printer, a transplant, a catheter, a contact lens, an optical lens, an element of a microelectronic device, a dispersed particle of gunpowder, combustible or explosive material, an element made of tissue or paper, an element of a device of micro- or nanosystem technology, an element of micro - or a nanoelectronic device, including an integrated circuit, an element of a micromechanical or microelectromechanical device,
  • a hydrophobic coating can be applied to a rough surface characterized by the ratio r> l, where r is the roughness factor determined by the ratio of the areas of the real surface and its geometric projection onto the plane.
  • a hydrophobic coating can be applied to a porous surface characterized by a ratio of r> 1 and having open pores.
  • a hydrophobic coating can be applied to a highly developed surface characterized by a ratio of r> 1 and formed by dispersed or colloidal particles.
  • the problem is also solved by the fact that in the known method for producing a hydrophobic coating, in which a hydrophobic polymer or copolymer is deposited from a solution in supercritical CO 2 on a surface of a substrate, a hydrophobic polymer or copolymer is deposited on a substrate with a non-smooth surface characterized by the ratio r> 1, the substrate together with the polymer or copolymer is placed in the reactor, the reactor is sealed and create a solution in it in supercritical
  • a hydrophobic polymer or copolymer can be deposited on a surface with a rough surface.
  • a hydrophobic polymer or copolymer can be deposited on a substrate with a porous surface.
  • a hydrophobic polymer or copolymer can be deposited on a substrate with a highly developed surface.
  • a hydrophobic polymer or copolymer can be deposited on a substrate with complex surface geometry.
  • At least one of the co-solvents from the group: water, alcohol, aliphatic solvent, perfluorinated solvent, organic solvent can be added to supercritical CO 2 .
  • methanol, ethanol or isopropanol can be used as a co-solvent.
  • pentane or hexane can be used as a co-solvent.
  • perfluorohexane can be used as a co-solvent.
  • chloroform or acetone can be used as a co-solvent.
  • fluorine-containing or polymer or copolymer can be dissolved in supercritical CO 2 .
  • a silicon-containing polymer or copolymer can be dissolved in supercritical CO 2 .
  • the reactor can be purged with a stream
  • the achievement of a new technical result which consists in increasing the water-repellent ability due to an increase in the angle of water wetting of the modified surfaces to 130 ° or more, is achieved by combining the existing surface relief of a non-smooth substrate and the hydrophobicity of the surface layer after deposition of a thin and uniform hydrophobic polymer coating from a polymer or copolymer solution in supercritical carbon dioxide.
  • supercritical CO 2 as a carrier of a polymer material allows a deep and uniform modification of the porous structure of the substrate, while due to the uniformity of the thin coating, without distorting the morphology of the substrate.
  • the advantages of using supercritical CO 2 as a solvent in the formation of hydrophobic coatings on porous substrates are as follows. Firstly, the dissolving power of supercritical CO 2 substantially depends on temperature and pressure, which allows us to realize the optimal dynamics of the process of applying polymer films with the possibility of controlling the thickness of the coating up to the nanometer range. Secondly, a supercritical medium fills the entire volume provided (like gas) and is able to penetrate into any open pores on whose walls a hydrophobic polymer will be applied from the solution. Thirdly, CO 2 does not have a liquid phase at atmospheric pressure, which makes it possible to eliminate the reorganization of the polymer coating deposited on the surface of the pores during solvent removal due to the influence of surface tension forces. The same aspect allows to solve the problem of residual solvent. Fourth, in a supercritical medium, diffusion processes proceed very quickly, which makes it possible to reduce polymer film application times. Important advantages of the claimed invention are also non-toxicity, environmental friendliness and low cost of CO 2 .
  • an additional technical result achieved is to create self-cleaning surfaces using the inventive method.
  • the achieved technical result consists in protecting these surfaces from contamination.
  • the surface with enhanced water-repellent ability has less resistance to water flow due to slipping of the boundary layer of the water flow over the modified surface.
  • Such a surface is less prone to moisture condensation and drizzle formation.
  • the additional achieved technical result consists in applying a hydrophobic coating that protects against moisture condensation and freezing drizzle.
  • the additional achieved technical result consists in adjustable optimization of the water balance of the membrane-electrode block of the fuel cell.
  • the additional technical result achieved consists in modifying the adsorption properties of porous adsorbents, zeolites, modifying the selectivity of filters and membranes, improving the parameters of chromatographic columns to solve problems of analysis, separation and purification of various compounds.
  • the additional achieved technical result consists in the generation of structures that provide the possibility of forming on the surface of a certain system of controlled microflows of the liquid.
  • the proposed method allows to reduce the effective size of the jet, to use the nozzles of a smaller diameter in the printheads and thereby increase the resolution of the printer when printing.
  • the additional technical result achieved is to increase the print quality and resolution of inkjet printers.
  • the technical result consists in reducing the adsorption of proteins, antibodies, cells, bacteria on a modified surface and, thereby, improving biocompatibility.
  • the inventive method forms a water-repellent ultra-hydrophobic coating on the surfaces of dispersed particles of gunpowder, other porous combustible and explosive materials, the achieved technical result consists in preventing moisture from penetrating into these materials and preserving their functional properties regardless of environmental conditions (relative humidity).
  • the achieved technical result consists in imparting water-repellent properties to the tissues.
  • the technical result achieved is to give it a certain degree of hydrophobicity, which makes it possible to use such a material as a substrate for composite materials for photo printing, etc.
  • Fig. 1 depicts a diagram of a device that implements the inventive method
  • figure 2 depicts a substrate with a drop of water deposited on it.
  • the device (FIG. 1) contains a thermostat (1) in which a high pressure reactor (2) is placed. Inside the reactor (2) is a substrate (3). A system of valves (4) and capillaries (5) are used to fill supercritical CO 2 . The pressure of CO 2 is controlled by pressure gauges (6). Supercritical CO 2 comes from a cylinder (7). The device also contains a mechanical pressure generator (8).
  • Figure 2 shows a modified substrate (3) with increased water repellency (ultra-hydrophobic properties), with a drop of water (9) and a contact angle (10).
  • the substrate (3) and a portion of the polymer or copolymer are placed in the reactor (2), after which it is sealed. Then the reactor (2) is filled with CO 2 gas from the cylinder (7) and placed in a thermostat (1). Using a thermostat (1) and a pressure generator (8), the required temperature and pressure are set to convert CO 2 to a supercritical state and dissolve a polymer or copolymer in supercritical CO 2 . After the polymer or copolymer is deposited on the substrate (3) for a predetermined time, it passes into the ultra-hydrophobized state (becomes modified). Then the reactor (2) is decompressed at a given temperature and at a given speed. Next, the reactor (2) is disassembled and the modified substrate (3) is removed.
  • Example 1 As a material of a hydrophobic polymer coating applied to the surface of a rough substrate (3), ultrafine Forum Polytetrafluoroethylene (UPTFE) is used. A purity of 99.997% CO 2 was used.
  • UPTFE ultrafine Forum Polytetrafluoroethylene
  • a purity of 99.997% CO 2 was used.
  • a 10 ml reactor (2) (FIG. 1), 1 mg of polymer is placed (this corresponds to a concentration of a polymer solution of 0.1 mg / ml) and a substrate (3). Then the reactor (2) with the polymer sample and the substrate (3) placed in it is purged with CO 2 gas to remove traces of air and water. The reactor (2) is sealed and a CO 2 pressure of 65 MPa is created at a temperature of 65 0 C.
  • Example 2 Under the conditions of example 1, microporous polyethylene (MPE), characterized by a contact angle of 88 ° with water, is used as the substrate (3). After modification, the contact angle with water was 134 °.
  • MPE microporous polyethylene
  • Example 3 In the conditions of example 1, a substrate (3) of microporous polyethylene modified by applying a rough layer of polypyrrole is used. The initial surface is characterized by a contact angle of 1 19 ° with water. After modification in Fopym UPTFE solution in supercritical CO 2, the contact angle with water was 147 °.
  • Example 4 Under the conditions of example 1, fabric is used as the substrate (3). Prior to modification, the fabric absorbs water (0 ° wetting angle). After modification, the contact angle with water was 148 ° for the cambric and 156 ° for the bike.
  • Example 5 In the conditions of example 1, “Canon Office” paper is used as the substrate (3). Prior to modification, the paper absorbs water. After modification, the contact angle with water is 151 °. Example 6. Under the conditions of example 1, hydrophobization of the substrate (3) is carried out in the form of a flammable portion of matches. For such a substrate (3), it is difficult to measure contact angles with water, following the standard procedure. In this regard, a different approach was used to characterize the technical result achieved: an increase in water-repellent ability (inducing ultrahydrophobic properties). Control
  • the invention is industrially applicable for the formation of ultra-hydrophobic or ultra-lyophobic coatings on non-smooth surfaces, which can be used, in particular, to optimize the parameters of the gas diffusion layers of membrane-electrode blocks of fuel cells, gas sensors, adsorbents, filters, sorbents of chromatographic columns, zeolites, microjet devices, printheads of inkjet printers, to increase the biocompatibility of transplants, catheters, contact lenses, to create self-cleaning surfaces, surfaces with reduced water flow resistance, to prevent contamination of surfaces of optical lenses, microelectronic devices, for moisture protection powders dispersed particles and other porous combustible and explosive materials, to impart water-repellent properties to fabrics, paper and other materials, to protect surfaces from drizzle, moisture condensation and the action of aggressive environments and substances, to create thin antifriction coatings of parts and mechanisms.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Description

Водоотталкивающий элемент и способ получения гидрофобного покрытия
1. Область техники 5
Изобретение относится к области формирования покрытий, в частности, полимерных покрытий для гидрофобизации шероховатых, пористых, высокоразвитых или иных подложек со сложной геометрией поверхности с использованием сверхкритической двуокиси углерода. Ю
2, Предшествующий уровень техники
Известен водоотталкивающий элемент, на поверхность которого из раствора полимера нанесено гидрофобное покрытие (патент JP 2001314810).
15 Элемент выполнен в виде диска для магнитной записи.
Недостатком этого элемента является недостаточно высокая водоотталкивающая способность, поскольку полимер конденсируется в гранулярное, неоднородное по морфологии покрытие, неспособное проникать вглубь пористой структуры. 0 Наиболее близким к заявляемому является известный водоотталкивающий элемент, на поверхность которого нанесено гидрофобное покрытие (М.О.Галлямов, В.М.Бузник, А.К.Цветников, Р.А.Винокур, Л.Н.Никитин, Э.Е.Саид-Галиев, А.Р.Хохлов, К.Sсhаumburg. Осаждение наноразмерных пленок ультрадисперсного политетрафторэтилена «ФOPУM» из
25 сверхкритического диоксида углерода на поверхность твердых подложек. Химическая физика, т.23, N° 6, с.76-80 (2004)). В этом элементе гидрофобное покрытие из ультрадисперсного политетрафторэтилена нанесено гладкую поверхность слюды или пирографита.
Недостатком этого ближайшего аналога является недостаточно высокая
30 водоотталкивающая способность, поскольку гладкой поверхности принципиально невозможно придать ультрагидрофобные свойства. Известен способ получения гидрофобного покрытия, при осуществлении которого на поверхность подложки осаждают гидрофобный полимер из раствора в сверхкритическом CO2, (патент JP 2001314810). В этом способе подложкой служит диск для магнитной записи. Недостатком этого способа является недостаточно высокая водоотталкивающая способность полученного покрытия, поскольку покрытие на подложку наносят распылением раствора полимера в сверхкритической среде через сопло, при этом в процессе распыления сверхкритическая среда переходит в состояние газовой фазы, полимер теряет растворимость в этой среде и конденсируется в гранулярное, неоднородное по морфологии покрытие, неспособное проникать вглубь пористой структуры и искажающее морфологию самой подложки.
Наиболее близким к заявляемому является известный способ получения гидрофобного покрытия, при осуществлении которого на поверхность подложки осаждают гидрофобный полимер непосредственно из раствора в сверхкритическом CO2 (М.О.Галлямов, В.М.Бузник, А.К.Цветников, Р.А.Винокур, Л.Н.Никитин, Э.Е.Саид-Галиев, А.Р.Хохлов, К.Sсhаumburg. Осаждение наноразмерных пленок ультрадисперсного политетрафторэтилена «ФOPУM» из сверхкритического диоксида углерода на поверхность твердых подложек. Химическая физика, т.23, Ns 6, c.76-80 (2004)). В этом способе осаждают ультрадисперсный политетрафторэтилен. В качестве подложки используют слюду и пирографит.
Недостатком этого ближайшего аналога является недостаточно высокая водоотталкивающая способность полученного покрытия, поскольку гладкой поверхности принципиально невозможно придать ультрагидрофобные свойства.
3. Раскрытие изобретения
С помощью заявляемого изобретения решается техническая задача повышения водоотталкивающей способности за счет придания поверхности ультрагидрофобных свойств, что проявляется в увеличения угла смачивания водой этой поверхности до >130°.
Поставленная задача решается тем, что в известном водоотталкивающем элементе, на поверхность которого из раствора полимера нанесено гидрофобное покрытие, гидрофобное покрытие нанесено из раствора гидрофобного полимера или сополимера, на один из элементов из группы: элемент с газодиффузионным слоем, элемент газового сенсора, элемент, выполненный из адсорбирующего материала, элемент фильтра, элемент хроматографической колонки, выполненный из сорбирующего материала, элемент молекулярного сита, выполненный из цеолита, элемент прибора микроструйной техники, элемент печатающей головки струйного принтера, трансплантат, катетер, контактная линза, оптическая линза, элемент микроэлектронного прибора, дисперсная частица пороха, горючего или взрывчатого материала, элемент, выполненный из ткани или бумаги, элемент прибора микро- или наносистемной техники, элемент микро- или наноэлектронного прибора, включая интегральную схему, элемент микромеханического или микроэлектромеханического прибора, элемент оптоэлектронного прибор, причем одним из компонентов растворителя является сверхкритическая CO2, а гидрофобное покрытие нанесено, по меньшей мере, на часть шероховатой, пористой, высокоразвитой поверхности элемента или на элемент со сложной геометрией поверхности.
В частности, гидрофобное покрытие может быть нанесено на шероховатую поверхность, характеризующуюся соотношением r > l, где r - фактор шероховатости, определяемый отношением площадей реальной поверхности и ее геометрической проекцией на плоскость. В частности, гидрофобное покрытие может быть нанесено на пористую поверхность, характеризующуюся соотношением r > 1 и имеющую открытые поры.
В частности, гидрофобное покрытие может быть нанесено на высокоразвитую поверхность, характеризующуюся соотношением г > 1 и образованную дисперсными или коллоидными частицами. Поставленная задача решается также тем, что в известном способе получения гидрофобного покрытия, при осуществлении которого на поверхность подложки осаждают гидрофобный полимер или сополимер из раствора в сверхкритическом CO2, гидрофобный полимер или сополимер осаждают на подложку с негладкой поверхностью характеризующуюся соотношением г > 1 , подложку вместе с полимером или сополимером помещают в реактор, реактор герметизируют и создают в нем раствор в сверхкритическом
CO2 с концентрацией 0,001-100 г/л, а осаждение проводят при давлении от 7 до
100 МПа и температуре от 35 до 200 С в течение времени от 15 мин до 24 час, после чего проводят декомпрессию.
В частности, гидрофобный полимер или сополимер можно осаждать на подложку с шероховатой поверхностью.
В частности, гидрофобный полимер или сополимер можно осаждать на подложку с пористой поверхностью. В частности, гидрофобный полимер или сополимер можно осаждать на подложку с высокоразвитой поверхностью.
В частности, гидрофобный полимер или сополимер можно осаждать на подложку со сложной геометрией поверхности.
В частности, к сверхкритическому CO2 можно дополнительно добавлять, по меньшей мере, один из сорастворителей из группы: вода, спирт, алифатическиий растворитель, перфторированный растворитель, органический растворитель.
В частности, в качестве сорастворителя можно использовать метанол, этанол или изопропанол. В частности, в качестве сорастворителя можно использовать пентан или гексан.
В частности, в качестве сорастворителя можно использовать перфторгексан.
В частности, в качестве сорастворителя можно использовать хлороформ или ацетон. В частности, в сверхкритическом CO2 можно растворять фторсодержащий или полимер или сополимер.
В частности, в сверхкритическом CO2 можно растворять кремнийсо держащий полимер или сополимер. В частности, перед герметизацией реактор можно продувать потоком
CO2.
Достижение нового технического результата, состоящего в повышении водоотталкивающей способности вследствие увеличения угла смачивания водой модифицированных поверхностей до 130° и более, обеспечивается за счет комбинации имеющегося поверхностного рельефа негладкой подложки и гидрофобности поверхностного слоя после осаждения тонкого и однородного гидрофобного полимерного покрытия из раствора полимера или сополимера в сверхкритической двуокиси углерода. Использование сверхкритической CO2 в качестве носителя полимерного материала позволяет осуществить глубокую и однородную модификацию пористой структуры подложки, при этом, в силу однородности тонкого покрытия, не искажая морфологию подложки.
Преимущества использования сверхкритической CO2 в качестве растворителя при формировании гидрофобных покрытий на пористых подложках заключаются в следующем. Во-первых, растворяющая способность сверхкритической CO2 существенно зависит от температуры и давления, что позволяет реализовать оптимальную динамику процесса нанесения полимерных пленок с возможностью регулирования толщины покрытия вплоть до нанометрового диапазона. Во-вторых, сверхкритическая среда заполняет весь предоставленный объем (как газ) и способна проникать в любые открытые поры, на стенки которых из раствора будет наноситься гидрофобный полимер. B- третьих, у CO2 отсутствует жидкая фаза при атмосферном давлении, что дает возможность исключить переорганизацию осажденного на поверхность пор полимерного покрытия при уходе растворителя из-за влияния сил поверхностного натяжения. Этот же аспект позволяет решить проблему остаточного растворителя. В-четвертых, в сверхкритической среде диффузионные процессы протекают очень быстро, что позволяет сократить времена нанесения полимерной пленки. Важными достоинства заявляемого изобретения являются также нетоксичность, экологическая чистота и дешевизна CO2.
Только использование шероховатых, пористых, высокоразвитых или иных подложек со сложной геометрией поверхности, на которые осаждают однородную полимерную пленку, не искажающую морфологию подложки, обеспечивает проявление "эффекта лотоса" — возникновения у модифицированной поверхности ультрагидрофобных свойств, т.е. увеличения значений угла смачивания водой до 130° и более и уменьшения гистерезиса угла смачивания водой до нескольких градусов.
Большие значения угла смачивания водой и малые значения гистерезиса этого угла для модифицированной поверхности способствуют тому, что капли воды легко скатываются с нее даже при малом угле наклона, удаляя возможные адсорбированные загрязнения. Иными словами, дополнительный достигаемый технический результат состоит в создании с помощью заявляемого способа самоочищающихся поверхностей. При нанесении такого покрытия на поверхности оптических линз, микроэлектронных приборов и т. п. достигаемый технический результат состоит в защите этих поверхностей от загрязнений.
Приготовленная заявляемым способом поверхность с усиленной водоотталкивающей способностью обладает меньшим сопротивлением водяному потоку за счет проскальзывания граничного слоя потока воды по модифицированной поверхности. Такая поверхность в меньшей степени подвержена процессам конденсации влаги и образования измороси. Таким образом, дополнительный достигаемый технический результат состоит в нанесении гидрофобного покрытия, предохраняющего от конденсации влаги и намерзания измороси.
При нанесении гидрофобного покрытия на пористые газодиффузионные слои топливных элементов удается контролируемо модифицировать баланс гидрофобно-гидрофильных свойств поверхности их открытых пор. Таким образом, дополнительный достигаемый технический результат состоит в регулируемой оптимизации водяного баланса мембранно-электродного блока топливного элемента.
При нанесении гидрофобного покрытия на развитую поверхность газовых сенсоров удается снизить конденсацию влаги в открытых порах, и, тем самым, сохранить поверхностную проводимость на уровне, необходимом для обеспечения оптимальной чувствительности. Таким образом, дополнительный достигаемый технический результат состоит в оптимизации чувствительности активных элементов газовых сенсоров.
При нанесении гидрофобного покрытия на пористую поверхность адсорбентов, фильтров, сорбентов хроматографических колонок, удается модифицировать их адсорбционные свойства на всей открытой поверхности пор. Желаемые свойства (сродство модифицированной поверхности к определенным веществам) получают адекватным выбором полимера, растворяющегося в сверхкритической CO2. Таким образом, дополнительный достигаемый технический результат состоит в модификации адсорбционных свойств пористых адсорбентов, цеолитов, модификации селективности фильтров и мембран, улучшения параметров хроматографических колонок для решения задач анализа, разделения и очистки различных соединений.
При селективном удалении гидрофобного покрытия, нанесенного в сверхкритической CO2, или его селективном нанесении (за счет использования в процессе осаждения различных, впоследствии удаляемых, протекторов) удается формировать поверхностные структуры с определенным контролируемым поверхностным рельефом распределения гидрофильных и ультрагидрофобных свойств и создавать на их основе приборы микроструйной техники. Таким образом, дополнительный достигаемый технический результат состоит в генерации структур, обеспечивающих возможность формирования на поверхности определенной системы контролируемых микропотоков жидкости.
При нанесении подобного гидрофобного полимерного покрытия на поверхность печатающей головки струйного принтера удается получить однородное покрытие на поверхности сопла и поверхности, окружающей сопло. С поверхности сопла гидрофобное покрытие удаляют механически или струей чернил. Это не приводит к разрушению покрытия на поверхности, окружающей сопло. При использовании чернил на водной основе наличие такой гидрофобной пленки на всей поверхности печатающей головки вокруг сопла предотвращает растекание чернил по поверхности печатающей головки, позволяет сохранить необходимый режим выброса струи чернил и обеспечивает высокое качество печати. Использование заявляемого способа позволяет уменьшить эффективный размер струи, использовать в печатающих головках сопла меньшего диаметра и увеличить, тем самым, разрешающую способность принтера при печати. Таким образом, дополнительный достигаемый технический результат состоит в увеличении качества печати и разрешающей способности струйных принтеров.
При формировании заявляемым способом гидрофобных покрытий на поверхностях катетеров, трансплантатов, контактных линз технический результат состоит в уменьшении адсорбции белков, антител, клеток, бактерий на модифицированную поверхность и, тем самым, улучшению биосовместимости. При формировании заявляемым способом водоотталкивающего ультрагидрофобного покрытия на поверхностях дисперсных частиц порохов, других пористых горючих и взрывчатых материалов, достигаемый технический результат состоит в предотвращении проникновения влаги в эти материалы и сохранении их функциональных свойств независимо от условий окружающей среды (относительной влажности).
При формировании заявляемым способом водоотталкивающего ультрагидрофобного покрытия на поверхностях тканей достигаемый технический результат состоит в придании тканям водоотталкивающих свойств. При формировании заявляемым способом водоотталкивающего ультрагидрофобного покрытия на поверхности бумаги достигаемый технический результат состоит в придании ей определенной степени гидрофобности, что позволяет использовать такой материал в качестве подложки композитных материалов для фотопечати и т.п.
4. Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется чертежами, описанием конкретных вариантов его выполнения со ссылками на сопутствующие чертежи, на которых: фиг.1 изображает схему устройства, реализующего заявляемый способ; фиг.2 изображает подложку с нанесенной на нее каплей воды.
5. Описание варианта осуществления изобретения
Устройство (фиг.l) содержит термостат (1), в который помещен реактор высокого давления (2). Внутри реактора (2) расположена подложка (3). Для напуска сверхкритического CO2 служат система вентилей (4) и капилляров (5). Давление CO2 контролируют с помощью манометров (6). Сверхкритический CO2 поступает из баллона (7). Устройство также содержит механический генератор давления (8). На фиг.2 показаны модифицированная подложка (3), обладающая повышенной водоотталкивающей способностью (ультрагидрофобными свойствами), с нанесенной каплей воды (9) и угол смачивания (10).
Подложку (3) и навеску полимера или сополимера (на фиг.l не показана), помещают в реактор (2), после чего его герметизируют. Затем реактор (2) заполняют газом CO2 из баллона (7) и помещают в термостата (1). С помощью термостата (1) и генератора давления (8) устанавливают необходимые температуру и давление для перевода CO2 в сверхкритическое состояние и растворения в сверхкритическом CO2 полимера или сополимера. После осаждения полимера или сополимера на подложку (3) в течение заданного времени она переходит в ультрагидрофобизованное состояние (становится модифицированной). Затем реактор (2) декомпрессируют при заданной температуре и с заданной скоростью. Далее реактор (2) разбирают и извлекают модифицированную подложку (3).
Заявляемый способ может быть проиллюстрирован следующими примерами. Пример 1. В качестве материала гидрофобного полимерного покрытия, наносимого на поверхность шероховатой подложки (3), используют ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ) "Форум". Используют CO2 степени чистоты 99,997%. В реактор (2) (фиг.l) объемом 10 мл помещают 1 мг полимера (это соответствует концентрации полимерного раствора 0,1 мг/мл) и подложку (3). Затем реактор (2) с помещенными в него полимерной навеской и подложкой (3) продувают газом CO2 для удаления следов воздуха и воды. Реактор (2) герметизируют и создают в нем давление CO2 65 МПа при температуре 65 0C. Стабилизацию полимерного раствора осуществляют в течение 3 часов, после чего СОг выпускают из реактора (2) со скоростью 0,3 г/сек, поддерживая при этом температуру 45 0C. После этого модифицированную подложку (3) извлекают из реактора (2). Для оценки водоотталкивающей способности (ультрагидрофобнных свойств) проводят измерения значений угла смачивания водой (фиг.2). Пример 2. В условиях примера 1 в качестве подложки (3) используют микропористый полиэтилен (МППЭ), характеризующийся углом смачивания водой 88°. После модификации угол смачивания водой составил 134°. Пример 3. В условиях примера 1 используют подложку (3) из микропористого полиэтилена, модифицированного нанесением шероховатого слоя полипиррола. Исходная поверхность характеризуется углом смачивания водой 1 19°. После модификации в растворе УПТФЭ «Фopyм» в сверхкритической CO2 угол смачивания водой составил 147°.
Пример 4. В условиях примера 1 в качестве подложки (3) используют ткань. До модификации ткань впитывает воду (угол смачивания 0°). После модификации угол смачивания водой составил 148° для батиста и 156° для байки.
Пример 5. В условиях примера 1 в качестве подложки (3) используют бумагу «Canon Office». До модификации бумага впитывает воду. После модификации угол смачивания водой составляет 151°. Пример 6. В условиях примера 1 проводят гидрофобизацию подложки (3) в виде воспламеняемой части спичек. Для такой подложки (3) затруднительно проводить измерения контактных углов с водой, следуя стандартной процедуре. В связи с этим использовали иной подход для характеризации достигаемого технического результата: увеличения водоотталкивающей способности (индуцирования ультрагидрофобных свойств). Контрольную
(немодифицированную) спичку и спичку, обработанную раствором УПТФЭ «Фopyм» в сверхкритической CO2 погружали в воду на время не менее одной минуты. Затем обе спички извлекали из воды и пытались осуществить их воспламенение. Для контрольной спички это не удается, поскольку влага проникает в воспламеняемый материал. При погружении модифицированной спички в воду наблюдается формирование воздушного кокона, обволакивающего поверхность и предохраняющего ее от контакта с водой. Таким образом, нанесенное в сверхкритической CO2 покрытие позволяет придать воспламеняемому материалу ультрагидрофобные свойства и увеличить водоотталкивающую способность.
6. Промышленная применимость
Изобретение промышленно применимо для формирования ультрагидрофобных или ультралиофобных покрытий на негладких поверхностях, что может быть использовано, в частности, для оптимизации параметров газодиффузионных слоев мембранно-электродных блоков топливных элементов, газовых сенсоров, адсорбентов, фильтров, сорбентов хроматографических колонок, цеолитов, приборов микроструйной техники, печатающих головок струйных принтеров, для увеличения биосовместимости трансплантатов, катетеров, контактных линз, для создания самоочищающихся поверхностей, поверхностей с уменьшенным сопротивлением водяному потоку, для защиты от загрязнений поверхностей оптических линз, микроэлектронных приборов, для защиты от влаги дисперсных частиц порохов и других пористых горючих и взрывчатых материалов, для придания водоотталкивающих свойств тканям, бумаге и другим материалам, для защиты поверхностей от измороси, конденсации влаги и действия агрессивных сред и веществ, для создания тонких антифрикционных покрытий деталей и механизмов.

Claims

Формула изобретения 1. Водоотталкивающий элемент, на поверхность которого из раствора полимера нанесено гидрофобное покрытие, отличающийся тем, что гидрофобное покрытие нанесено из раствора гидрофобного полимера или сополимера, на один из элементов из группы: элемент с газодиффузионным слоем, элемент газового сенсора, элемент, выполненный из адсорбирующего материала, элемент фильтра, элемент хроматографической колонки, выполненный из сорбирующего материала, элемент молекулярного сита, выполненный из цеолита, элемент прибора микроструйной техники, элемент печатающей головки струйного принтера, трансплантат, катетер, контактная линза, оптическая линза, элемент микроэлектронного прибора, дисперсная частица пороха, горючего или взрывчатого материала, элемент, выполненный из ткани или бумаги, элемент прибора микро- или наносистемной техники, элемент микро- или наноэлектронного прибора, включая интегральную схему, элемент микромеханического или микроэлектромеханического прибора, элемент оптоэлектронного прибор, причем одним из компонентов растворителя является сверхкритическая CO2, а гидрофобное покрытие нанесено, по меньшей мере, на часть шероховатой, пористой, высокоразвитой поверхности элемента или на элемент со сложной геометрией поверхности.
2. Элемент по п.l, отличающийся тем, что гидрофобное покрытие нанесено на шероховатую поверхность, характеризующуюся соотношением r > l, где г — фактор шероховатости, определяемый отношением площадей реальной поверхности и ее геометрической проекцией на плоскость.
3. Элемент по п.l, отличающийся тем, что гидрофобное покрытие нанесено на пористую поверхность, характеризующуюся соотношением г > 1 и имеющую открытые поры.
4. Элемент по п.l, отличающийся тем, что гидрофобное покрытие нанесено на высокоразвитую поверхность, характеризующуюся соотношением г > 1 и образованную дисперсными или коллоидными частицами.
5. Способ получения гидрофобного покрытия, при осуществлении которого на поверхность подложки осаждают гидрофобный полимер или сополимер из раствора в сверхкритическом CO2, отличающийся тем, что гидрофобный полимер или сополимер осаждают на подложку с негладкой поверхностью характеризующуюся соотношением r > l, подложку вместе с полимером или сополимером помещают в реактор, реактор герметизируют и создают в нем раствор в сверхкритическом CO2 с концентрацией 0,001-100 г/л, а осаждение проводят при давлении от 7 до 100 МПа и температуре от 35 до 200 0C в течение времени от 15 мин до 24 час, после чего проводят декомпрессию.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что гидрофобный полимер или сополимер осаждают на подложку с шероховатой поверхностью.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что гидрофобный полимер или сополимер осаждают на подложку с пористой поверхностью.
8. Способ по п.5, отличающийся тем, что гидрофобный полимер или сополимер осаждают на подложку с высокоразвитой поверхностью.
9. Способ по п.5, отличающийся тем, что гидрофобный полимер или сополимер осаждают на подложку со сложной геометрией поверхности.
10. Способ по п.5, отличающийся тем, что к сверхкритическому CO2 дополнительно добавляют, по меньшей мере, один из сорастворителей из группы; вода, спирт, алифатическиий растворитель, перфторированный растворитель, органический растворитель.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве сорастворителя используют метанол, этанол или изопропанол.
12. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве сорастворителя используют пентан или гексан.
13. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве сорастворителя используют перфторгексан.
14. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве сорастворителя используют хлороформ или ацетон.
15. Способ по п.5, отличающийся тем, что в сверхкритическом CO2 растворяют фторсодержащий полимер или сополимер.
16. Способ по п.5, отличающийся тем, что в сверхкритическом CO2 растворяют кремнийсодержащий полимер или сополимер.
17. Способ по п.5, отличающийся тем, что перед герметизацией реактор продувают потоком CO2.
PCT/RU2006/000218 2006-04-28 2006-04-28 Élément hydrofuge et procédé de production d'un revêtement hydrophobe WO2007126327A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2006/000218 WO2007126327A1 (fr) 2006-04-28 2006-04-28 Élément hydrofuge et procédé de production d'un revêtement hydrophobe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2006/000218 WO2007126327A1 (fr) 2006-04-28 2006-04-28 Élément hydrofuge et procédé de production d'un revêtement hydrophobe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007126327A1 true WO2007126327A1 (fr) 2007-11-08

Family

ID=38655770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2006/000218 WO2007126327A1 (fr) 2006-04-28 2006-04-28 Élément hydrofuge et procédé de production d'un revêtement hydrophobe

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2007126327A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015161933A1 (de) * 2013-12-17 2015-10-29 Volkswagen Ag Verfahren zur hydrophobierung und/oder oleophobierung eines werkstoffs sowie hydrophobiertes und/oder oleophobiertes bauteil
US9308667B2 (en) 2009-12-03 2016-04-12 Superwood A/S Method for increasing the water resistance of a porous material, compositions therefor and porous materials treated according to the method
CN108878172A (zh) * 2017-05-10 2018-11-23 东莞东阳光科研发有限公司 一种超级电容器用电极的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04222662A (ja) * 1990-12-25 1992-08-12 Nippon Steel Chem Co Ltd 固体表面へのポリマー皮膜形成方法
JP2001314810A (ja) * 2000-05-08 2001-11-13 Kagawa Industry Support Foundation ポリ（フルオロアルキルエーテル）の塗布方法
RU2188215C1 (ru) * 2001-06-18 2002-08-27 Демахин Сергей Анатольевич Способ получения гидрофобного дисперсного материала
WO2006044642A2 (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Georgia Tech Research Corporation Insulator coating and method for forming same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04222662A (ja) * 1990-12-25 1992-08-12 Nippon Steel Chem Co Ltd 固体表面へのポリマー皮膜形成方法
JP2001314810A (ja) * 2000-05-08 2001-11-13 Kagawa Industry Support Foundation ポリ（フルオロアルキルエーテル）の塗布方法
RU2188215C1 (ru) * 2001-06-18 2002-08-27 Демахин Сергей Анатольевич Способ получения гидрофобного дисперсного материала
WO2006044642A2 (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Georgia Tech Research Corporation Insulator coating and method for forming same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GALLYAMOV M.O. ET AL.: "Osazhdenie nanorazmernykh plenok ultradispersnogo politetraftoretilena "Forum" iz sverkhcriticheskogo dioksida ugleroda na poverkhnost tverdykh podlozhek", KHIMICHESKAYA FIZIKA, vol. 23, no. 6, 2004, pages 76 - 80 *
ZAITSEVA A.: "Vse delo v smachivanii Nauka i zhisn", no. 2, 2005, pages 2, Retrieved from the Internet <URL:http://www.nkj.ru/archive/articles/879/print> *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9308667B2 (en) 2009-12-03 2016-04-12 Superwood A/S Method for increasing the water resistance of a porous material, compositions therefor and porous materials treated according to the method
WO2015161933A1 (de) * 2013-12-17 2015-10-29 Volkswagen Ag Verfahren zur hydrophobierung und/oder oleophobierung eines werkstoffs sowie hydrophobiertes und/oder oleophobiertes bauteil
CN108878172A (zh) * 2017-05-10 2018-11-23 东莞东阳光科研发有限公司 一种超级电容器用电极的制备方法
CN108878172B (zh) * 2017-05-10 2021-06-08 东莞东阳光科研发有限公司 一种超级电容器用电极的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2331532C2 (ru) Водоотталкивающий элемент и способ получения гидрофобного покрытия
Mosadegh-Sedghi et al. Wetting phenomenon in membrane contactors–causes and prevention
Xie et al. Preparation of thermo-responsive gating membranes with controllable response temperature
Kim et al. Preparation and characterization of polyamide thin-film composite (TFC) membranes on plasma-modified polyvinylidene fluoride (PVDF)
Drioli et al. Membrane contactors: fundamentals, applications and potentialities
Tsuru et al. Permporometry characterization of microporous ceramic membranes
Roudman et al. Surface energy of experimental and commercial nanofiltration membranes: effects of wetting and natural organic matter fouling
KR101425232B1 (ko) 대기압 마이크로파 플라즈마 처리된 다공성 막
JP5518186B2 (ja) 薄膜含有パーベーパレーション膜
Mun et al. Enhancement of the crystallinity and surface hydrophilicity of a PVDF hollow fiber membrane on simultaneous stretching and coating method
Houston et al. Gas transport characteristics of plasma treated poly (dimethylsiloxane) and polyphosphazene membrane materials
CA2480513A1 (en) Hydrophobic membrane materials for filter venting applications
Kujawa et al. Zirconium dioxide membranes decorated by silanes based-modifiers for membrane distillation–Material chemistry approach
WO2007126327A1 (fr) Élément hydrofuge et procédé de production d&#39;un revêtement hydrophobe
Susanti et al. A new strategy for ultralow biofouling membranes: Uniform and ultrathin hydrophilic coatings using liquid carbon dioxide
Mammen et al. Functional superhydrophobic surfaces made of Janus micropillars
Van Tran et al. Improved stability of a supported liquid membrane process via hydrophobic modification of PVDF support by plasma activation and chemical vapor deposition
Zhang et al. Nanomanufacturing of high-performance hollow fiber nanofiltration membranes by coating uniform block polymer films from solution
Kim et al. Upgrading polyamide TFC BWRO and SWRO membranes to higher SWRO membrane performance via surface nano-structuring with tethered poly (acrylic acid)
Gallyamov et al. Formation of superhydrophobic surfaces by the deposition of coatings from supercritical carbon dioxide
Gironès et al. The role of wetting on the water flux performance of microsieve membranes
KR20050103992A (ko) 실란-폴리아미드 복합막 및 그 제조방법
US10441921B2 (en) Maintenance of gas layers for fouling prevention on submerged surfaces
Wang et al. Surface wrinkling and functionalization of organic coatings via diffusion of reactive molecules
Huang et al. A novel single-scan printing approach for polyamide membranes by electrospray technique on polydopamine pre-coated substrate

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006134338

Country of ref document: RU

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 06824412

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06824412

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1