Поверхности с привитым полимером для капельной конденсации, и связанные с указанными поверхностями способы применения и производства - RU2015139151A
Код документа: RU2015139151A
Формула
1. Изделие для усиленной теплопередачи, и/или для подавления фазового перехода и нуклеации нежелательных материалов, и/или снижения адгезии жидкостей и твердых веществ к указанным изделиями, причем указанное изделие содержит субстрат и (например, тонкую, однородную) полимерную пленку, привитую (например, ковалентно связанную) на указанный субстрат.
2. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанный субстрат содержит металл (например сталь, нержавеющую сталь, титан, никель, медь, алюминий, молибден и/или сплавы указанных металлов).
3. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанный субстрат содержит полимер (например, полиэтилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, поливинилиденфторид, сложный полиэфир, полиуретан, полиангидрид, полиортоэфир, полиакрилонитрил, полифеназин, полиизопрен, синтетический каучук, политетрафторэтилен, полиэтилентерефталат, акрилатный полимер, хлорированный каучук, фторполимер, полиамидную смолу, виниловую смолу, вспененный политетрафторэтилен, полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности и/или полипропилен).
4. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанный субстрат содержит полупроводник и/или керамический материал (например SiC, Si, AlN, GaAs, GaN, ZnO, Ge, SiGe, BN, BAs, AlGaAs, TiO2, TiN и т.д.).
5. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанный субстрат содержит редкоземельный элемент или соединение, содержащее редкоземельный элемент (например, оксид, карбид, нитрид, фторид или борид редкоземельного элемента; например, оксид церия CeO2).
6. Изделие по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка содержит фторполимер.
7. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка образована из по меньшей мере одного мономерного соединения, содержащего один или более боковых перфторированных алкильных фрагментов.
8. Изделие по п. 6, отличающееся тем, что указанный фторполимер содержит по меньшей мере одну группу CF3.
9. Изделие по п. 6, отличающееся тем, что указанный фторполимер содержит политетрафторэтилен (ПТФЭ)).
10. Изделие по п. 6, отличающееся тем, что указанный фторполимер содержит [C12H9F13O2]n, где n - целое число больше нуля.
11. Изделие по п. 6, отличающееся тем, что указанный фторполимер содержит элемент, выбранный из группы, состоящей из поли-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-тридекафтороктилметакрилата), поли-(1Н,1Н,2Н,2Н-перфтороктилакрилата), поли-([N-метил-перфторгексан-1-сульфонамид]-этилакрилата), поли-([N-метил-перфторгексан-1-сульфонамид]-этил(мет)акрилата), поли-(2-(перфтор-3-метилбутил)-этилметакрилата)), поли-(2-[[[[2-(перфторгексил)-этил]-сульфонил]-метил]-амино]-этил]-акрилата), поли-(2-[[[[2-(перфторгептил)-этил]-сульфонил]-метил]-амино]-этил]-акрилата), поли-(2-[[[[2-(перфтороктил)-этил]-сульфонил]-метил]-амино]-этил]-акрилата) и любых сополимеров указанных соединений.
12. Изделие по п. 6, отличающееся тем, что указанный фторполимер представляет собой C6 аналог ПФДА.
13. Изделие по п. 6, отличающееся тем, что указанный фторполимер содержит поли-(2-(перфтор-3-метилбутил)-этилметакрилат) или любой сополимер, содержащий 2-(перфтор-3-метилбутил)-этилметакрилат, причем указанный фторполимер является поперечно сшитым.
14. Изделие по п. 6, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из политетрафторэтилена (ПТФЭ), поли-(перфтордецилакрилата) (ПФДА), полиметилметакрилата (ПММА), полиглицидилметакрилата (ПГМА), поли-2-гидроксиэтилметакрилата, поли-(перфторнонилакрилата), поли-(перфтороктилакриата) и любых сополимеров указанных соединений.
15. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка содержит сополимер двух или более видов мономеров.
16. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка содержит поперечно сшитый полимер и/или поперечно сшитый сополимер.
17. Изделие по п. 16, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка является поперечно сшитой посредством сшивающего агента, содержащего органическую молекулу, содержащую по меньшей мере два винильных фрагмента.
18. Изделие по п. 16, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка является поперечно сшитой посредством сшивающего агента, содержащего по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из дивинилового простого эфира диэтиленгликоля, диметакрилата диэтиленгликоля, диакрилата диэтиленгликоля и/или 1Н,1Н,6Н,6Н-перфторгексилдиакрилата.
19. Изделие по п. 16, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка является поперечно сшитой посредством дивинилбензола (ДВБ).
20. Изделие по п. 16, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка является поперечно сшитой посредством элемента, выбранного из группы, состоящей из этилендиметакрилата (EDMA), ди-(метакрилата) ди-(этиленгликоля), ди-(акрилата) диэтиленгликоля), диметакрилата этиленгликоля (EGDMA), ди-(винилового простого эфира) ди-(этиленгликоля) (EDGDVE) и 1Н,1Н,6Н,6Н-перфторгексилдиакрилата.
21. Изделие по любому из пп. 16-20, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка содержит, мас.%: от 0 до 99 сшивающего агента (например, от 5 до 90; от 15 до 85; от 25 до 75 ; от 35 до 65 или от 45 до 55 ).
22. Изделие по п. 16, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка содержит неоднородную концентрацию сшивающего агента по толщине пленки.
23. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка ковалентно связана с субстратом.
24. Изделие по п. 23, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка ковалентно связана с субстратом посредством прикрепления к субстрату винилового прекурсора, благодаря чему формируется поверхность, содержащая множество боковых винильных фрагментов.
25. Изделие по п. 24, отличающееся тем, что указанный винильный прекурсор представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из силана с винильной функциональной группой, фосфоновой кислоты с винильной функциональной группой и тиола с винильной функциональной группой.
26. Изделие по п. 24 или 25, отличающееся тем, что указанный винильный прекурсор содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из трихлорвинилсилана, бис-(триэтоксисилилэтил)-винилметилсилана, бис-(триэтоксисилил)-этилена, бис-(триметоксисилилметил)-этилена, 1,3-[бис-(3-триэтоксисилилпропил)-поли-этиленокси]-2-метиленпропана, бис-[(3-триметоксисилил)-пропил]-этилендиамина, бис-[3-(триэтоксисилил)-пропил]-дисульфида, 3-меркаптопропилтриметоксисилана и винилфосфоновой кислоты.
27. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка имеет толщину не более 500 нм (например, не более 400, не более 300, не более 200, не более 100, не более 75, не более 50, не более 25 или не более 15 нм, например 10 нм).
28. Изделие по п. 27, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка содержит слой прививки (например, в котором полимерная пленка ковалентно связана с субстратом) и слой объема пленки (например, при этом слой прививки имеет толщину примерно от 0,5 примерно до 5 нм, или примерно от 1 примерно до 3 нм, или примерно от 1 примерно до 2 нм).
29. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка имеет разброс значений толщины не более примерно 20% (например, не более примерно 15%, не более примерно 10% или не более примерно 5% - например, полимерная пленка является однородной).
30. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка имеет текстуру, содержащую элементы микро- и/или наномасштаба (например, гребни, борозды, поры, штыри, выпуклости и/или выступы, упорядоченные и/или неупорядоченные).
31. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанный субстрат является текстурированным, причем полимерная пленка соответствует текстурированной поверхности субстрата.
32. Изделие по п. 31, отличающееся тем, что указанный субстрат является текстурированным с текстурой поверхности микро- и/или наномасштаба (например, штыри, гребни, впадины, поры, штыри, выступы и т.д.).
33. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка имеет кристаллическую или полукристаллическую поверхность (например, полученную путем отжига, но не обязательно путем отжига).
34. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка имеет поверхность (например, наружную поверхность) с малым гистерезисом угла смачивания (например, не более 50°, не более 40°, не более 30°, не более 25°, не более 20°, не более 15°, или не более 10°, или не более 5°, или не более 1° для воды; и не более 20°, не более 15°, не более 10°, не более 5° или не более 1° для углеводородов, холодильных агентов, криогенных жидкостей и других жидкостей с низким поверхностным натяжением, где гистерезис угла смачивания представляет собой разность между наступающим углом смачивания и отступающим углом смачивания).
35. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка имеет поверхность (например, наружную поверхность) с высоким наступающим углом смачивания (например, не менее 70°, не менее 80°, не менее 90°, не менее 100°, не менее 120°, не менее 130°, не менее 140° для воды; и не менее 30°, не менее 40°, не менее 50°, не менее 60°, не менее 70°, не менее 80°, не менее 90°, не менее 100° для углеводородов, холодильных агентов, криогенных жидкостей и других жидкостей с низким поверхностным натяжением) и/или с высоким отступающим углом смачивания (например, не менее 60°, не менее 70°, не менее 80°, не менее 90°, не менее 100°, не менее 110° или не менее 120° для воды; и не менее 20°, не менее 30°, не менее 40°, не менее 50°, не менее 60°, не менее 70°, не менее 80°, не менее 90° для углеводородов, холодильных агентов, криогенных жидкостей и других жидкостей с низким поверхностным натяжением).
36. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой конденсатор (например, на котором стимулируется капельная конденсация на поверхности полимерной пленки для усиленной теплопередачи).
37. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой охлаждающее устройство для электронного и/или фотонного компонента (например, на котором стимулируется теплопередача от электронного или фотонного компонента к поверхности полимерной пленки, причем полимерная пленка находится в контакте с указанным компонентом и/или причем полимерная пленка находится в контакте с жидкостью, которая находится в контакте с указанным компонентом).
38. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанное изделие является гибким.
39. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанные субстрат и полимерная пленка, привитая на субстрат, являются гибкими.
40. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанное изделие модифицируют для создания привитой полимерной пленки.
41. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка содержит полимер и/или сополимер, причем указанный полимер и/или сополимер содержит по меньшей мере одну перфторированную боковую цепь (например, перфторированный акрилат и/или перфторированную циклическую группу, например, с 4-6 атомами углерода в кольце), промежуточную группу и группу основной цепи на основе винила.
42. Способ применения изделия по п. 1, отличающийся тем, что указанный способ включает осуществление контакта наружной поверхности полимерной пленки с материалом теплового взаимодействия (МТВ) (например, теплопроводящий материал, применяемый между микропроцессорами и радиаторами для увеличения эффективности теплопередачи).
43. Способ изготовления изделия по п. 1, отличающийся тем, что указанный способ включает стадию газофазного химического осаждения (ГФХО) с помощью нагреваемой проволоки (НПГФХО) для получения полимерной пленки, привитой на субстрат.
44. Способ по п. 43, отличающийся тем, что указанная стадия осуществления НПГФХО включает осуществление инициированного газофазного химического осаждения (иГФХО) для получения полимерной пленки, привитой на субстрат.
45. Способ по п. 43 или 44, дополнительно включающий стадию отжига полимерной пленки нагреванием (например, для увеличения плотности поперечного сшивания и/или степени кристалличности полимерной пленки).
46. Способ по п. 43, отличающийся тем, что стадию НПГФХО осуществляют для модификации существующего изделия (например, конденсатора, парового котла или другой поверхности теплопередачи в устройстве ОВКВ, электростанции, опреснительном заводе, плавучем заводе по сжижению природного газа, и т.д.) путем прививки полимерной пленки на поверхность указанного изделия.
47. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой материал термического взаимодействия (МТВ).
48. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что полимерная пленка имеет наружную поверхность с критической поверхностной энергией не более 18 мН/м.
49. Изделие по п. 48, отличающееся тем, что полимерная пленка имеет наружную поверхность с критической поверхностной энергией не более 6 мН/м.
50. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка имеет наружную поверхность с гистерезисом угла смачивания не более 25° для воды, углеводородов, холодильных агентов, криогенных жидкостей и других теплопередающих жидкостей.
51. Изделие по п. 50, отличающееся тем, что указанная наружная поверхность имеет гистерезис угла смачивания не более 10 или не более 5° для воды, углеводородов, холодильных агентов, криогенных жидкостей и других теплопередающих жидкостей.
52. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанная полимерная пленка имеет величину среднеквадратичного отклонения шероховатости не более 100 нм (например, не более 100, не более 75, не более 50 нм).
53. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что полимерная пленка обеспечивает капельную конденсацию и стекание углеводорода, холодильного агента, криогенной жидкости, воды или другой жидкости с низким поверхностным натяжением.
54. Изделие по п. 53, отличающееся тем, что углеводородная жидкость представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из алканов, алкенов, алкинов и топливных смесей (например, бензина, керосина, дизельного топлива, мазута); холодильный агент представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из хлорфторуглеродов, гидрофторуглеродов и гидрохлорфторуглеродов; и криогенная жидкость выбрана из группы, состоящей из N2, O2, CO2, He, СПГ, метана, пропана и изобутена.
55. Изделие по п. 53 или 54, отличающееся тем, что углеводородная жидкость имеет поверхностное натяжение не более 30 мН/м (например, не более 28 мН/м, не более 21 мН/м, не более 18 мН/м, не более 16 мН/м или не более 12 мН/м, или не более 6 мН/м).
56. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой компонент (например, емкость, трубу, охлаждающее ребро, и т.д.) конденсатора, который вступает в контакт с конденсирующейся жидкостью (например, рабочей жидкостью).
57. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой компонент приспособления для переработки нефти и/или газа (например, фракционирующую колонну, устройство для сжижения).
58. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой (или представляет собой компонент) линию электропередачи, турбину, воздушное судно, трубопровод, паровой котел, ветровое стекло, солнечную панель, промышленное оборудование, кухонную утварь, бытовую электронную технику, печатную плату, электронный компонент или медицинское устройство.
59. Способ изготовления поверхности для стимуляции капельной конденсации и/или сбрасывания жидкости, причем указанный способ включает стадии:
обеспечения субстрата и
контролируемого осаждения полимерной пленки на субстрат посредством инициированного газофазного химического осаждения (иГФХО).
60. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанный способ включает осаждение на поверхность винильного прекурсора до осаждения полимерной пленки или одновременно с осаждением полимерной пленки.
61. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанный способ включает модулирование средней шероховатости осажденного слоя (например, так, чтобы указанная шероховатость не превышала 100, или не превышала 75, или не превышала 50 нм).
62. Способ по п. 61, отличающийся тем, что указанное модулирование включает контроль степени кристаллизации осажденной полимерной пленки; или управление долей сшивающего агента; или управление температурой субстрата во время осаждения; или любую комбинацию указанных способов.
63. Способ по любому из пп. 59-62, отличающийся тем, что указанная осажденная полимерная пленка имеет среднюю толщину от 1 нм до 1 мкм
64. Способ по п. 63, отличающийся тем, что указанная осажденная полимерная пленка имеет среднюю толщину от 1 до 100 нм.
65. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанный субстрат содержит один или более материалов, выбранных из группы, состоящей из металла (например, меди, латуни, нержавеющей стали, алюминия, алюминиевой бронзы, никеля, железа, никель-железо-алюминиевой бронзы, титана, скандия и любых сплавов указанных металлов), полимера, стекла, каучука, кремния, поликарбоната, ПВХ, керамики, полупроводника и любой комбинации указанных материалов.
66. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанный субстрат содержит один или более материалов, выбранных из группы, состоящей из пластмассы, кремния, кварца, тканой или нетканой материи, бумаги, керамики, нейлона, углерода, сложного полиэфира, полиуретана, полиангидрида, полиортоэфира, полиакрилонитрила, полифеназина, полиизопрена, синтетического каучука, политетрафторэтилена, полиэтилентерефталата, акрилатного полимера, хлорированного каучука, фторполимера, полиамидной смолы, виниловой смолы, вспененного политетрафторэтилена, полиэтилена низкой плотности, полиэтилена высокой плотности и полипропилена.
67. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанная полимерная пленка имеет наружную поверхность с критической поверхностной энергией не более 18 мН/м.
68. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанная полимерная пленка имеет наружную поверхность с критической поверхностной энергией не более 6 мН/м.
69. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанная полимерная пленка имеет наружную поверхность с гистерезисом угла смачивания не более 25°.
70. Способ по п. 69, отличающийся тем, что указанная наружная поверхность имеет гистерезис угла смачивания не более 50 для воды, углеводородов, холодильных агентов, криогенных жидкостей и других теплопередающих жидкостей, или любой комбинации указанных жидкостей.
71. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанная полимерная пленка имеет величину шероховатости не более 100 нм (например, не более 100, не более 75, не более 50 нм).
72. Способ по п. 59, отличающийся тем, что указанная полимерная пленка обеспечивает капельную конденсацию и сбрасывание углеводорода, холодильного агента, криогенной жидкости, воды, других жидкостей с низким поверхностным натяжением, или любой комбинации указанных жидкостей.
73. Способ по п. 72, отличающийся тем, что углеводородная жидкость представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из алканов, алкенов, алкинов и топливных смесей (например, бензина, керосина, дизельного топлива, мазута); холодильный агент представляет собой элемент, выбранный из группы, состоящей из хлорфторуглеродов, гидрофторуглеродов и гидрохлорфторуглеродов; и криогенная жидкость выбрана из группы, состоящей из N2, О2, CO2, СПГ, метана, пропана, изобутена и любой комбинации указанных жидкостей.
74. Способ по п. 73, отличающийся тем, что указанная углеводородная жидкость имеет поверхностное натяжение не более 30 мН/м (например, не более 28, не более 21, не более 18, не более 16 мН/м или не более 12, или не более 6 мН/м).
