Способ изготовления самоочищающихся поверхностей и изделие с такой поверхностью - RU2246514C2

Описание

Предметом настоящего изобретения является способ изготовления самоочищающихся поверхностей, а также изделие с такой поверхностью.

Чистка поверхностей объектов имеет техническое и хозяйственное значение, а именно, отчасти по оптическим и эстетическим причинам, отчасти по техническим причинам, в особенности если речь идет о светопроницаемых поверхностях, которые для сохранения их функции должны время от времени подвергаться чистке.

Неоднократно делались попытки создания невосприимчивых к загрязнению и/или самоочищающихся поверхностей. Эту проблему пытались решить изготовители полимерных пленок и пластин, создавая как можно более гладкие поверхности и делая эти поверхности либо исключительно гидрофобными, либо исключительно гидрофильными. Примерами этому служат поверхности из исключительно гидрофобного тефлона или исключительно гидрофильные покрытия “no drop”, по которым вода и грязь могут стекать, не образуя капли.

В патенте CH-PS 268258 описаны водоотталкивающие поверхности, имеющие с водой контактный угол свыше 120°. Они получены путем нанесения на подложку таких порошков, как каолин, тальк, глина или силикагель, причем порошок вначале гидрофобируется органическими соединениями кремния. Нанесение производится вместе с отверждающимися смолами или из растворов с органическими растворителями. Прочные гидрофобные покрытия так не изготовляются. Также отсутствуют указания на зернистость или распределение зернистости порошка. Свойства полученных таким образом поверхностей сравниваются с поверхностью листьев настурции. При этом сравнении следует обратить внимание на то, что при этом не известно и технически не изучено происхождение свойств поверхности листьев настурции. Проведенные теперь исследования показали, что настурция имеет исключительно мелкую ультраструктуру со структурными элементами, менее 2 мкм.

В патенте US-P-3354022 описана водоотталкивающая поверхность с выступами и углублениями и содержанием воздуха не менее 60%, причем контактный угол поверхности составляет более 90°.

В патенте DE-PS-1023217 описана форма для изготовления фасонных элементов с шероховатой поверхностью. Форма должна служить для изготовления фасонных деталей из каучука или пластмассы с шероховатой поверхностью. Для этого стенки формы покрыты грубым корундовым порошком и лаком горячей сушки. Формы изготовляют изделия со специальными углублениями и вследствие этого улучшенными адгезионными свойствами. Не применяется даже обычный слой вулканизации. Полученные таким образом поверхности, например, хорошо маркируются. Эти изделия, конечно, не самоочищаются текучей водой.

В JP-A-62-191447 описан способ повышения водоотталкивающих свойств поверхности. Для этого наносится плазмополимерная пленка, затем при помощи травления она делается шероховатой, после чего наносится вторая плазмополимерная пленка.

В патенте JP-A-3-174279 (реферат) описан способ изготовления матовых декоративных поверхностей на листах или пленках. Они изготовляются при помощи лака, который отверждается ионизирующими лучами, при этом не указанным способом на них наносится некий не уточненный рисунок. Затем они полностью отверждаются дальнейшим облучением.

Обстоятельные исследования заявителя привели его к неожиданному результату, заключающемуся в том, что технически возможно сделать поверхности объектов искусственно самоочищающимися, если на них предусмотреть искусственно поверхностную структуру с выступами и углублениями. При этом следует иметь в виду, что расстояние между выступами поверхностной структуры находятся в пределах от 0,1 до 200 мкм, предпочтительно от 0,1 до 100 мкм, а высота выступов в пределах от 0,1 до 100 мкм, предпочтительно от 0,1 до 50 мкм, а также при этом иметь в виду, что эти выступы состоят из гидрофобных полимеров или из стойких гидрофобированных материалов, а также иметь в виду, что выступы не удаляются водой или водой с моющим порошком (ср. WO 96/04123).

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа изготовления самоочищающихся поверхностей, которые удаляются моющими растворами.

Задача в способе изготовления самоочищающихся поверхностей, имеющих выступы и углубления, причем расстояние между выступами лежит в пределах от 0,1 до 200 мкм и высота выступов в пределах от 0,1 до 100 мкм, согласно изобретению решается тем, что при этом наносят и затем высушивают раствор, дисперсию или эмульсию, содержащую гидрофобный материал, поверхность которого приобретает способность к самоочищению при испарении растворителя, причем нанесенный материал удаляют моющими средствами и причем гидрофобным материалом является воск или воскообразные вещества, такие как первичные или вторичные спирты и алкандиолы, β-дикетоны, вторичные кетоны и длинноцепные алканы.

Раствор, дисперсия или эмульсия содержит твердые частицы. Нанесение раствора, дисперсии или эмульсии осуществляют распылением.

Нанесение осуществляют при помощи баночного распылителя или распылительного пистолета.

Гидрофобный материал является также маслоотталкивающим. Задача согласно изобретению решается также тем, что предлагается изделие, поверхность которого имеет выступы и углубления, причем расстояние между выступами лежит в пределах 0,1 до 200 мкм и высота выступов в пределах от 0,1 до 100 мкм, при этом по меньшей мере выступы гидрофобны, выступы состоят из твердых частиц и поверхность покрыта гидрофобным материалом согласно изобретению.

Для решения поставленной задачи согласно изобретению применяют нонакосан 10-ола, нонакосан-7,10-диола, нонакосан-5,10-диола, гентриаконтан-12,14-диона, гентриаконтан-8,10-диона или пальмитона как гидрофобный материал для изготовления самоочищающихся поверхностей.

“Удаляется моющими средствами” означает, что под воздействием водных моющих средств - по меньшей мере при длительном воздействии - нанесенный материал в результате растворения по меньшей мере частей нанесенного материала удаляется. Такие нанесенные согласно изобретению материалы удаляются также механическим путем, например щетками, скребками или при чистке водой под большим напором. В качестве моющих средств используют анионные, катионные или неионные моющие средства, например сульфаты жирных спиртов, например додецилсульфат натрия.

В одной из форм исполнения гидрофобный материал представлен в виде воска, который за счет самоорганизации образует микроструктурированную самоочищающуюся поверхность.

В другом варианте исполнения раствор, дисперсия или эмульсия содержат твердые частицы. Они, в свою очередь, могут быть гидрофобными или гидрофильными, если применяются вместе с гидрофобными материалами, например восками.

Нанесение гидрофобных материалов может осуществляться при помощи распыления, например посредством баночного распылителя или распылительного пистолета. В зависимости от предлагаемого использования гидрофобный материал предпочтительно может быть дополнительно маслоотталкивающим.

Возможно также посредством сопереноса с водой гидрофобный материал переносить через паропроницаемые поверхности.

Как гидрофобный материал в способе согласно изобретению могут быть использованы, в частности, длинноцепные вторичные спирты и алкандиолы, β-дикетоны, вторичные кетоны, длинноцепные алканы. Особенно пригодны нонакосан-10-ол, нонакосан-7,10-диол, нонакосан-5,10-диол, гентриаконтан-12,14-дион, гентриаконтан-8,10-дион, пальмитон и другие гидрофобные вещества, растворимые в летучих растворителях и при испарении последних образующие путем самоорганизации гидрофобную водоотталкивающую поверхность.

Технически имеют особенно большое значение самоочищающиеся поверхности объектов, которые являются светопроницаемыми и должны сохранять эту светопроницаемость в течение длительного времени по оптическим, эстетическим и техническим причинам. В частности, речь идет о светопроницаемых остеклениях зданий, транспортных средств, солнечных коллекторов и т.д. Удаляемость гидрофобного материала представляет особое преимущество, если самоочищающиеся свойства необходимы лишь временно, например на время складирования или перевозки, а в других обстоятельствах, например из эстетических соображений, нежелательны.

Хозяйственное и техническое значение имеет также изготовление самоочищающихся поверхностей для фасадов домов, крыш, памятников и палаток, а также для внутренних покрытий силосных зернохранилищ, резервуаров или трубопроводов, которые либо содержат водные растворы, либо могут легко и без осадка очищаться текучей водой. Представляют интерес также наружные покрытия транспортных средств, автомобилей, поездов или самолетов.

Оптимальные результаты достигаются, когда выступы поверхностных структур расположены довольно плотно друг к другу, что позволяет избежать соприкосновения через капли воды расположенных между выступами углублений. Если выступы поверхностных структур находятся слишком близко друг от друга или углубления недостаточно глубокие, они опять-таки действуют как сплошная поверхность и могут тем самым лучше увлажняться. Поэтому следует стремиться, чтобы при возрастающем расстоянии между выступами увеличивалась также высота выступов от основания. Проведенные до настоящего времени измерения показали, что в заявленных границах для расстояния и высоты выступов достигаются хорошие результаты. Оптимальные результаты дают поверхности с выступами от 0,1 до 50 мкм и расстояние между выступами от 0,1 до 100 мкм.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Гентриаконтан-14,16-дион как 0,1%-ный раствор в гексане или этилацетате распыляют при помощи баночного распылителя или распылительного пистолета на любую поверхность. Во время испарения растворителя гентриаконтан-14,16-дион образует путем самоорганизации кристаллы в форме маленьких трубочек, большинство которых имеют диаметр 0,2 мкм и длину от 0,5 до 5 мкм. Благодаря этому покрытию увлажненная поверхность становится гидрофобной и контактный угол повышается до 160°. С подобного рода поверхностей загрязняющие частицы смываются текучей водой, причем со временем удаляется также само покрытие. Для повышения шероховатости покрытия в раствор может добавляться либо гидрофильный (например, кварцевая мука), либо гидрофобный порошок (например, тефлон).

Пример 2.

Обычный гипс смешивают в отношении 1:10:2 (весовой процент) с водой и силиконатом (Wacker BS 15) и затем наносят кистью или валиком. При высыхании образуется микрошероховатая поверхность, структуру которой образуют игольчатые кристаллы гипса. После испарения воды они покрываются слоем гидрофибирующего средства. Контактный угол на такой поверхности составляет свыше 150°.

Пример 3.

Обычный гипс смешивают в отношении 1:10:0,5 (весовой процент) с водой и силиконатом (Wacker Silikon W1), например метилсилантриолом калия, и наносят затем распылительным пистолетом. При высыхании образуется микрошероховатая поверхность, структуру которой определяют игольчатые кристаллы гипса. После испарения воды они покрываются слоем гидрофибрирующего средства. Контактный угол такой поверхности составляет свыше 150°.

Пример 4.

Водопаропроницаемый полимер (например, полиуретан) покрывают с одной стороны воскообразным веществом (например, гентриаконтан-14,16-дионом), которое отличается способностью к структурообразованию. (см. пример 1). При диффузии воды через полимер воск сопереносится и образует на поверхности необходимую микроструктуру.

При достаточно большом количестве воска эта система позволяет в определенной степени продлить срок службы в том смысле, что поврежденные или изъеденные структуры могут быть воспроизведены на определенное время.

Реферат

Способ изготовления самоочищающихся поверхностей, имеющих выступы и углубления, причем расстояние между выступами лежит в пределах от 0,1 до 200 мкм и высота выступов в пределах от 0,1 до 100 мкм, осуществляется таким образом, что наносят и затем высушивают раствор, дисперсию или эмульсию, содержащую гидрофобный материал, поверхность которого приобретает способность к самоочищению при испарении растворителя, причем нанесенный материал удаляют моющими средствами, и гидрофобным материалом является воск или воскообразные вещества, такие как первичные или вторичные спирты и алкандиолы, β-дикетоны, вторичные кетоны и длинноцепные алканы. Технической задачей изобретения является разработка способа изготовления самоочищающихся поверхностей, которые удаляются моющими растворами. 3 с. и 4 з.п. ф-лы.

Формула