專利名稱：耐久的聚合物-氣凝膠基超疏水涂層:一種復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的主題是關于保護性涂層，并且更具體地是聚合物-氣凝膠復合物。
背景技術：
氣凝膠是具有高達99%孔隙率的獨特固體。如此高的孔隙率給了氣凝膠大量有用 的特性，包括高表面積，低折射率，低介電常數，低熱量-損失系數，和低聲速。盡管如此，氣 凝膠的潛能還沒有被完全認識到，這是由于傳統(tǒng)超臨界的氣凝膠工藝是能源密集型的，并 且傳統(tǒng)氣凝膠缺乏耐久性。而且，多數的超疏水涂層含氟，而氟可能是非環(huán)境友好的并且其 制造可能也并非是成本有效的。因此，有必要克服這些及其它現(xiàn)有技術當中的問題并提供一種耐久并廉價的超疏 水聚合物-氣凝膠涂層。

發(fā)明內容
根據各種具體實施方案，提供一種制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法。該方法 可以包括提供一種超疏水涂料溶液，超疏水涂料溶液包括分散在第一溶劑當中的表面衍生 的聚硅酸酯氣凝膠，其中聚硅酸酯氣凝膠包括具有用甲硅烷基化試劑衍生的表面官能團的 二氧化硅顆粒的三維網絡。這種方法也可以包括將聚合物溶液加入到超疏水涂料溶液當中 從而形成聚合物-氣凝膠共混物溶液，其中聚合物溶液可以包括分散在第二溶劑當中的一 種或多種聚合物，以及在第一溫度下在聚合物-氣凝膠共混物溶液當中溶解此聚合物。通 過將聚合物-氣凝膠共混物溶液施加到基底表面，同時將聚合物-氣凝膠共混物溶液保持 在第一溫度，從而聚合物能夠在聚合物-氣凝膠復合涂層中潤濕氣凝膠，該方法可以進一 步形成聚合物-氣凝膠復合涂層。根據各種不同的實施方案，提供一種包括表面的制品，其中表面包括至少一個區(qū) 域并且聚合物-氣凝膠復合涂層置于此至少一個區(qū)域上，其中聚合物-氣凝膠復合涂層可 以包括聚合物和超高水含量催化聚硅酸酯氣凝膠，聚硅酸酯氣凝膠包含具有用甲硅烷基化 試劑衍生的表面官能團的二氧化硅顆粒的三維網絡和多個孔隙，其中聚合物-氣凝膠復合 涂層具有至少大約140°的水接觸角和小于大約1°的接觸角滯后。實施方案當中的其它優(yōu)點將在接下來的描述當中被部分地列出，部分地在描述當中很明顯，或可能在本發(fā)明的實踐當中才體會到。這些優(yōu)點將通過特別是在所附權利要求 當中所指出的基本要素及組合實現(xiàn)和得到。在前的總體描述和接下來的具體描述應當被理 解為只是示例性的和說明性的，而且并不作為對本發(fā)明的限制，如所聲稱的那樣。伴隨的附圖，插入并組成說明書的一部分，與文字描述一起來闡明本發(fā)明的實施 方案，用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1表示按照本發(fā)明的教導制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法。圖2示意性地舉例說明按照本發(fā)明的教導的示例性制品的部分橫截面。實施方案說明本發(fā)明的實施方案將被詳細提及，具體實例如伴隨的附圖中所說明的那樣。只要 有可能的話，對所有附圖，同一標記編號表示相同或類似部件。盡管描述本發(fā)明寬泛范圍中列出的數字范圍和參數是近似值，但是在特定實施例 當中記載的數值總是盡可能地準確。任何數值，固有地包含一定誤差，這些誤差不可避免地 來源于它們各自測試測量當中的標準偏差。此外，這里公開的所有范圍應被理解為包含了 任何和所有其中所含的子范圍。例如，范圍“小于10”可以包括介于(和包括)最小值零和 最大值10之間的任何和所有子范圍，即，具有最小值等于或大于零和最大值等于或小于10 的任何和所有子范圍，例如，1-5。在某些情況下，指定作為參數的數值可以呈現(xiàn)負值。在這 種情況下，聲明“小于10”范圍內的例值可以呈現(xiàn)負值，例如，-1，-2，-3，-10，-20，-30，等。如這里所采用的，“疏水的”和“疏水性”兩個詞指的是具有大約85°或更高的水 接觸角的表面(例如，涂層表面)的可濕性?！俺杷摹焙汀俺杷浴眱蓚€詞指的是具有 大約150°或更高的水接觸角和很低的接觸角滯后(Δ θ = θ Α- θ Β < 1)的表面(例如， 涂層表面)的可濕性。典型地，在疏水表面上，例如，當表面適度傾斜時，2-mm-直徑水滴在 上面而不是流出表面。當表面傾斜的時候，在小滴的下坡面潤濕角會增加，同時在小滴的上 坡面潤濕角會減小。前進的(向下)接觸面由于難以推進到后來增加的固體表面上以及后 退的(向上)接觸面難以放開它的固體表面部分，小滴傾向于保持不動或固定在原地。如 果前進和后退的接觸角之間的差別小于1°，疏水表面描述為具有低接觸角滯后。按照本發(fā)明所教導的各種不同的實施方案，圖1展示了一種用于制備聚合物-氣 凝膠復合涂層的示例性方法100，例如，示例性聚合物-氣凝膠復合涂層210在圖2中被展 示。方法100可以包括制備一種超疏水涂料溶液的步驟101。超疏水涂料溶液可以包括分 散于第一溶劑中的表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠，聚硅酸酯氣凝膠包含具有用甲硅烷基化試 劑衍生的表面官能團的二氧化硅顆粒的三維網絡。在各種不同的實施方案中，制備一種超疏水涂料溶液的步驟101可以包括提供一 種采用第三溶劑、至少一種烷氧基硅烷前體、水和酸形成的超高水含量酸催化聚硅酸酯氣 凝膠，其中聚硅酸酯氣凝膠包含具有表面官能團的二氧化硅顆粒的三維網絡和多個孔隙。 在各種不同的實施方案當中，流體可以被置于多個孔隙當中。示例性的流體可以包括，但不 限于，第一溶劑，烷氧基硅烷酸催化水解的一種或多種反應產物，和未反應原料，例如，烷氧 基硅烷前體。在各種不同的實施方案中，烷氧基硅烷前體可以是有機改性的硅烷單體，所述單體具有通式，例如，(R1)xSi (0R)4_X，其中χ是1或2，而且R和R1可以相同或不同，并可以包 括有機基團，例如，烷基，烯基，炔基，芳基，或上述組合。烷氧基硅烷前體可以包括一種或多 種硅烷化合物，包括，但不限于，甲基三甲氧基硅燒，乙烯基三甲氧基硅燒，二甲基二乙氧基 硅烷，甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，巰丙基三甲氧基硅烷，氯丙基三甲氧基硅烷，溴丙 基三甲氧基硅烷，碘丙基三甲氧基硅烷，和氯甲基三甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，四甲氧基 硅烷，和1，2-雙(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。在一些實施方案當中，第三溶劑可以是任何合 適的流體，例如，甲醇，乙醇，和與水至少部分混溶的任何有機溶劑。在其它實施方案當中， 酸可以是任何酸，例如，1. ON鹽酸和任何其它氫離子源。在某些特定的實施方案當中，超高水含量酸催化聚硅酸酯氣凝膠可以采用第三溶 劑、至少一種烷氧基硅烷前體、水和酸來形成，使水與烷氧基硅烷前體的摩爾比率可以在大 約10到大約80的范圍內，從而得到“超高水含量”的特征。在一些實施方案當中，水與烷 氧基硅烷前體的摩爾比率可以超過大約80。在各種不同的實施方案中，聚硅酸酯氣凝膠 可以采用首先將第三溶劑加入到烷氧基硅烷前體中，然后加水和酸形成反應混合物的方 法來制備。反應混合物然后可以被攪拌并于大約15°C到大約80°C的溫度范圍內放置大 約1天至大約90天的時間，并且在一些情況下將反應混合物于大約40°C到大約60°C的溫 度范圍內放置大約3天至大約10天的時間。當反應完成時，聚硅酸酯氣凝膠可能會相當 堅固并取決于使用的第三溶劑的種類可以具有從透明到不透明的外觀。在這個階段聚硅 酸酯氣凝膠不應當是松散的；輕拍反應容器的底部應該會導致貫穿聚硅酸酯氣凝膠的回 蕩。過量的水和高酸催化水平可以產生作為主導過程的合成的水解部分，并且限制了縮 合。美國專利申請公開號20080113188和David J. Kissel署名的碩士論文“Mechanical property characterization of sol-gel derived nanomaterials using an acoustic wave technique (利用聲波技術表征溶膠-凝膠衍生納米材料的機械性能)”，2007年5月， 詳細地介紹了形成二氧化硅凝膠的溶膠-凝膠方法，在此將它公開的全部內容以引用的方 式引入。提供一種超疏水涂料溶液的步驟101還可以包括以第四溶劑替代聚硅酸酯氣凝 膠的多個孔隙中的流體。在各種實施方案當中，聚硅酸酯氣凝膠可以被打碎形成碎裂的凝 膠，然后加第二溶劑到碎裂的凝膠中。與第三溶劑不混溶的任何合適的溶劑都可以被用作 第四溶劑，例如，己烷。在第四溶劑中碎裂的凝膠可以在大約40°C到大約60°C的溫度范圍 內至少保持大約30分鐘以容許溶劑置換。并且最后過量的第四溶劑和流體可以從碎裂的 凝膠中移除。這些步驟可以被重復至少一次，最好重復三次，以使得存在于聚硅酸酯氣凝膠 的多個孔隙中的大多數流體得到替換。可以在將聚硅酸酯氣凝膠儲藏于一個低于大約10°C 溫度下的冷藏室中前加入新鮮的第四溶劑。盡管如此，聚硅酸酯氣凝膠也可以在室溫下儲 存于新鮮的第四溶劑中，因為在一些情況下，聚硅酸酯氣凝膠在室溫下可以有很長的擱置 壽命ο制備超疏水涂料溶液的步驟101可以進一步包括采用一種或多種甲硅烷基化試 劑對聚硅酸酯氣凝膠表面官能團進行衍生從而形成表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠。在各種 不同的實施方案中，由于甲硅烷基化反應本質上是放熱的，對聚硅酸酯氣凝膠表面官能團 衍生可以包括逐漸將甲硅烷基化試劑加入到聚硅酸酯氣凝膠當中。任何合適的硅烷可以被 作為甲硅烷基化試劑使用，例如，三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一種疏水配體的任何反應性硅烷。甲硅烷基化反應可能會導致溶劑鼓 泡，并且一旦鼓泡停止，聚硅酸酯氣凝膠可以被儲存在甲硅烷基化試劑中在大約40°C到大 約60°C的溫度范圍內大約6小時至大約10小時，以形成表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠，并且 過量的甲硅烷基化試劑可以被除去。盡管不想受限于任何理論，認為第二溶劑有助于與表 面官能基團反應的甲硅烷基化試劑的輸送，所述表面官能基團例如是聚硅酸酯氣凝膠的表 面羥基部分。提供一種超疏水涂料溶液的步驟101也可以包括在第一溶劑中形成表面衍生的 聚硅酸酯氣凝膠涂料溶液的步驟。在各種不同的實施方案中，在第一溶劑中的表面衍生的 聚硅酸酯氣凝膠涂料溶液可以通過如下方法形成，在加第一溶劑到表面衍生的聚硅酸酯氣 凝膠以形成涂料溶液之前，首先采用過量第四溶劑清洗表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠并且采 用第一溶劑清洗表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠至少兩次。在某些實施方案當中，可以采用聲 波處理表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠從而使得聚集體碎裂并在第一溶劑中重新分散表面衍 生的聚硅酸酯氣凝膠。任何合適的第一溶劑都可以被使用，例如，乙醇。在一些實施方案 當中，第一溶劑可與第三溶劑相同。在其它一些當中，第一溶劑可與第三溶劑不相同。在各 種不同的實施方案當中，超疏水涂料溶液當中的表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠可以具有大約 0. Iwt. %到大約30wt. %的濃度范圍，并且在其它情況下從大約0. 5wt. %到大約IOwt. %0 在一些實施方案當中，第一溶劑可與第三溶劑相同。重新回到附圖1，制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法100還可以包括加聚合物溶 液到超疏水涂料溶液當中從而形成聚合物-氣凝膠共混物溶液的步驟102，其中聚合物溶 液可以包括在第二溶劑當中分散的一種或多種聚合物。任何合適的聚合物都可以被用于聚 合物-氣凝膠共混物溶液的制備，這種聚合物可以與氣凝膠基質結合并提供結構增強。示 例性的聚合物可以是任何合適的共聚物，均聚物，或是一種或多種聚合物的聚合物共混物， 包括，但不限于，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸丁酯，聚甲基丙烯酸叔丁酯， 聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸丁酯，聚丙烯酸叔丁酯，聚甲基丙烯酸全氟辛基酯，和任何合適的 乙烯基聚合物。任何合適的第二溶劑可被用于溶解聚合物，例如，甲苯，丙酮，二甲苯，和乙 酸乙酯。在一些情況下第二溶劑可以不是單一溶劑而是溶劑系統(tǒng)。聚合物在聚合物溶液當 中可以是任何合適的濃度，這取決于各種不同的因素，包括，但不限于，聚合物種類，聚合物 分子量，聚合物分子量分布等。在一些情況下，聚合物在聚合物溶液當中具有大約Iwt. % 到大于大約50wt. %的濃度范圍，并在其它情況中為大約5wt. %到大約50wt. %。在各種 不同的實施方案當中，超疏水涂層以主要量存在并且聚合物溶液以相對少量存在，其中主 要量是指體積分數大于大約0. 5且相對少量指的是體積分數小于大約0. 5。在一些情況當 中，聚合物溶液可以以大約0. 05到大約0. 25的體積分數加到超疏水涂料溶液當中，且在其 它情況下以大約0. 1到大約0. 15的體積分數加到超疏水涂料溶液當中。盡管如此，聚合物 溶液可以以任何需要的量加入到超疏水涂料溶液當中。制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法100也可以包括在第一溫度下將聚合物溶 于聚合物-氣凝膠共混物溶液的步驟103，以及在保持聚合物-氣凝膠共混物溶液于第一 溫度或比第一溫度高的溫度下施加聚合物-氣凝膠共混物溶液到基底表面上，從而在聚合 物-氣凝膠復合涂層當中聚合物潤濕氣凝膠，從而形成聚合物-氣凝膠復合涂層的步驟 104。在一些實施方案當中，在第一溫度下將聚合物溶于聚合物-氣凝膠共混物溶液的步驟可以包括在第一溫度下加熱聚合物-氣凝膠共混物溶液的同時進行攪拌直到聚合物溶解。 在一些實施方案當中，第一溫度可以是至少大約100°c，在其它情況下至少大約50°C，和在 有些其它情況下可以至少大約是室溫。在各種不同的實施方案中，聚合物-氣凝膠共混物 溶液可以采用任何合適的技術被施加到基底表面，例如，浸涂，刷涂，輥涂，噴涂，旋轉涂膜， 澆鑄，和流涂。任何合適的材料可被用作基底表面，例如，金屬，硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和織 物。在一些實施方案當中，形成聚合物-氣凝膠復合涂層的步驟104可以進一步包括加熱 基底到高于第一溫度的第二溫度。在某些實施方案當中，第二溫度可以是大約50°C到大約 300°C的范圍且在有些情況下大約100°C到大約250°C。盡管如此，在一些實施方案當中，在 第二溫度下加熱基底可以是非必須的，如果聚合物組分充分分散并潤濕氣凝膠基質。進一 步說，加熱到第二溫度取決于各種不同的因素，包括，但不限于，第二溶劑，聚合物，聚合物 含量等。盡管不打算受限于任何特定的理論，認為在聚合物-氣凝膠共混物溶液的處理過 程當中，聚合物和表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠被共混在一起并在加熱之前形成相分離。在 大約50°C到大約300°C的范圍加熱造成聚合物包覆/潤濕所述表面衍生的聚硅酸酯氣凝 膠。而且，表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠的粗糙程度在沉積過程中被保持的事實容許表面衍 生的聚硅酸酯氣凝膠的超疏水性質得到保留。含有太多的聚合物可能導致水接觸角接近于 聚合物本身的水接觸角。圖2圖解地舉例說明了按照本發(fā)明教導的各種不同實施方案的一個示例性制品 200的部分橫截面。示例性制品200可以包括表面220，表面220包括至少一個區(qū)域230和 置于至少一個區(qū)域230之上的聚合物-氣凝膠復合涂層210，其中該聚合物一氣凝膠復合涂 層210可以具有至少大約140°的水接觸角和小于大約1°的接觸角滯后。任何合適的材 料可被用作表面220的至少一個區(qū)域230，包括，但不限于，金屬，硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和 織物。在各種不同的實施方案當中，聚合物-氣凝膠復合涂層220可以包括一種或多種聚 合物和超高水含量酸催化聚硅酸酯凝膠，其中聚硅酸酯凝膠可以包括具有用甲硅烷基化試 劑衍生的表面官能團的二氧化硅顆粒的三維網絡和多個孔隙。任何可與氣凝膠基質結合并 且提供結構增強的適合聚合物可被用于聚合物-氣凝膠復合涂層210。示例性的聚合物可 以是任何合適的共聚物，均聚物，或是一種或多種聚合物的聚合物共混物，包括，但不限于， 聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸丁酯，聚甲基丙烯酸叔丁酯，聚丙烯酸甲酯，聚 丙烯酸丁酯，聚丙烯酸叔丁酯，聚甲基丙烯酸全氟辛基酯，或任何合適的乙烯基聚合物。示 例性的甲硅烷基化試劑可以包括，但不限于，三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷， 六甲基二硅氮烷，以及包含至少一種疏水配體的任何反應性硅烷。聚合物-氣凝膠復合涂 層210可以包括任何合適量的一種或多種聚合物。在一些情況下，聚合物-氣凝膠復合涂 層中聚合物的量可以在大約5%體積到大約50%體積。盡管如此，聚合物-氣凝膠復合涂 層中聚合物可以以還能保持聚合物-氣凝膠復合物的氣凝膠組分的功能表面粗糙度的任 何合適的量存在。在各種不同的實施方案當中，聚合物-氣凝膠復合涂層210可以具有在 大約0. 2 μ m到大約3 μ m之間的厚度。在各種不同的實施方案當中，在這里公開的示例性 的聚合物-氣凝膠復合涂層210可以具有在600nm下大約1. 0到大約1. 2范圍內的低折射 率，并且可以是光學透明的。在某些實施方案當中，聚合物-氣凝膠復合涂層210可以耐受大約1800小時或更
9長的腐蝕。在各種不同的實施方案當中，示例性的制品200可以包括，但不限于天線，窗戶， 汽車，飛機，建筑物，紡織品，船，部分和/或全部浸沒于水中的結構，并且聚合物-氣凝膠復 合涂層210可被投入到廣泛的應用當中，包括，但不限于，自清潔表面，抗反射涂層，抗-結 冰涂層，減霧涂層，抗微生物涂層，防污涂層，或是水環(huán)境下的減少阻力涂層。在一些實施方 案當中，所公開的聚合物-氣凝膠復合涂層210可被用于飛機的機翼以預防冰的累積?？傮w說來，這里公開的聚合物-氣凝膠復合涂層210提供了其它超疏水材料的所 有優(yōu)點，但是與傳統(tǒng)氣凝膠相比，還提供遠遠優(yōu)越的耐久性，包括耐磨性質。更進一步，本公 開的聚合物-氣凝膠復合涂層210是便宜的并且對生物應用來說是安全的。而且，通過在 本發(fā)明公開的聚合物-氣凝膠復合涂層210制備過程中不采用氟-烷基硅烷和類似的氟試 劑，聚合物-氣凝膠復合涂層210和制備它們的方法100是環(huán)境友好的。下面列出了實施例，并且這些實施例是可用于實踐本公開內容的不同用量和反應 物類型和反應條件的舉例說明。然而，明顯地，可以采用與實施例當中所采用的不同的其 它用量和類型的反應物和反應條件來實踐本公開內容，并且按照以上公開和下面指出的那 樣，得到的器件具有不同性質和應用。
具體實施例方式實施例實施例1用于聚合物-氣凝膠復合物當中的聚合物組分聚甲基丙烯酸甲酯的制
備聚合物，聚甲基丙烯酸甲酯在大約25ml的無蓋閃爍瓶中制備。采用偶氮二異丁腈 (AIBN)作為引發(fā)劑和十二硫醇作為鏈轉移劑調節(jié)產物的分子量分布，通過熱聚合制備甲基 丙烯酸甲酯。用于制備聚合物的反應物重量分數在表1中給出。表 權利要求
1.一種制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其包括提供一種超疏水涂料溶液，超疏水涂料溶液包括分散在第一溶劑當中的表面衍生的聚 硅酸酯氣凝膠，其中聚硅酸酯氣凝膠包括具有用甲硅烷基化試劑衍生的表面官能團的二氧 化硅顆粒的三維網絡；將聚合物溶液加入到超疏水涂料溶液當中從而形成聚合物-氣凝膠共混物溶液，其中 聚合物溶液包括分散在第二溶劑當中的一種或多種聚合物；在第一溫度下于聚合物-氣凝膠共混物溶液當中溶解聚合物；通過將聚合物-氣凝膠共混物溶液施加到基底表面，同時將聚合物-氣凝膠共混物溶 液保持在第一溫度，從而聚合物能夠在聚合物-氣凝膠復合涂層中潤濕氣凝膠，來形成聚 合物-氣凝膠復合涂層。
2.根據權利要求1的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中提供一種超疏水涂料 溶液的步驟包括提供一種采用第三溶劑、至少一種烷氧基硅烷前體、水和酸形成的超高水含量酸催化 聚硅酸酯氣凝膠，其中聚硅酸酯氣凝膠包含具有表面官能團的二氧化硅顆粒的三維網絡和 多個孔隙，并且其中流體被置于多個孔隙當中，該流體包括第三溶劑；以第四溶劑替代聚硅酸酯氣凝膠的多個孔隙中的流體，其中第四溶劑與第三溶劑不能 混溶；采用甲硅烷基化試劑衍生表面官能團形成表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠；在第一溶劑當中形成表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠的超疏水涂料溶液。
3.根據權利要求2的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中烷氧基硅烷前體包括 選自由甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，甲基丙烯酰氧丙基 三甲氧基硅烷，巰丙基三甲氧基硅烷，氯丙基三甲氧基硅烷，溴丙基三甲氧基硅烷，碘丙基 三甲氧基硅烷，和氯甲基三甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，四甲氧基硅烷，和1，2_雙(三乙氧 基甲硅烷基)乙烷組成的組中的一種或多種硅烷化合物。
4.根據權利要求2的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中甲硅烷基化試劑包括 三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一種疏水配 體的任何反應性硅烷中的一種或多種。
5.根據權利要求2的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中第三溶劑與第一溶劑 相同。
6.根據權利要求2的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中以第四溶劑替代聚硅 酸酯氣凝膠的多個孔隙中存在的第三溶劑的步驟包括(a)打碎超高水含量酸催化聚硅酸酯氣凝膠形成碎裂的凝膠；(b)在大約40°C到大約60°C的溫度范圍內加第四溶劑到碎裂的凝膠當中保持至少大 約30分鐘；(c)從碎裂的凝膠中移除過量的第四溶劑和第三溶劑；和(d)重復步驟b和c至少三次。
7.根據權利要求2的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中采用甲硅烷基化試劑 衍生表面官能團形成表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠的步驟包括逐漸將甲硅烷基化試劑加入到聚硅酸酯氣凝膠當中，甲硅烷基化試劑包括三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷，辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一種疏水配體的任何反 應性硅烷中的一種或多種；在大約40°C到大約60°C的溫度范圍內將聚硅酸酯氣凝膠儲存在甲硅烷基化試劑中大 約6小時至大約10小時，形成表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠；和將過量甲硅烷基化試劑除去。
8.根據權利要求2的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中在第一溶劑當中形成 表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠的涂料溶液的步驟包括采用第四溶劑清洗表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠；采用第一溶劑清洗表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠至少兩次；和加第一溶劑到表面衍生的聚硅酸酯氣凝膠以形成涂料溶液。
9.根據權利要求1的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中第一溶劑與第二溶劑 相同。
10.根據權利要求1的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中聚合物包括聚甲基丙 烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸丁酯，聚甲基丙烯酸叔丁酯，聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸丁 酯，聚丙烯酸叔丁酯，聚甲基丙烯酸全氟辛基酯，和任何合適的乙烯基聚合物中的一種或多 種。
11.根據權利要求1的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中形成聚合物-氣凝膠 復合涂層的步驟包括采用浸涂，刷涂，輥涂，噴涂，旋轉涂膜，澆鑄，和流涂中的至少一種施 加聚合物-氣凝膠共混物溶液。
12.根據權利要求1的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中形成聚合物-氣凝膠 復合涂層的步驟進一步包括加熱基底到高于第一溫度的第二溫度。
13.根據權利要求1的制備聚合物-氣凝膠復合涂層的方法，其中基底表面包括金屬， 硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和織物中的至少一種。
14.一種制品，其包括表面，其中表面包括至少一個區(qū)域；和于此至少一個區(qū)域上的聚合物-氣凝膠復合涂層，其中聚合物-氣凝膠復合涂層包括 一種或多種聚合物和超高水含量催化聚硅酸酯氣凝膠，聚硅酸酯氣凝膠包含具有用甲硅烷 基化試劑衍生的表面官能團的二氧化硅顆粒的三維網絡和多個孔隙，其中聚合物-氣凝膠復合涂層具有至少大約140°的水接觸角和小于大約1°的接觸 角滯后。
15.根據權利要求14的制品，其中甲硅烷基化試劑包括三甲基氯硅烷，甲基三氯硅烷， 辛基三氯硅烷，六甲基二硅氮烷，以及包含至少一種疏水配體的任何反應性硅烷中的一種 或多種。
16.根據權利要求14的制品，其中聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚甲基丙 烯酸丁酯，聚甲基丙烯酸叔丁酯，聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸丁酯，聚丙烯酸叔丁酯，聚甲基丙 烯酸全氟辛基酯，和任何合適的乙烯基聚合物中的一種或多種。
17.根據權利要求14的制品，其中表面包括金屬，硅片，玻璃，陶瓷，塑料，和織物中的 至少一種。
18.根據權利要求14的制品，其中聚合物-氣凝膠復合涂層中聚合物的量在大約5%體積到大約50%體積。
19.根據權利要求14的制品，其中聚合物-氣凝膠復合涂層耐受大約1800小時或更長 的腐蝕。
20.根據權利要求14的制品，其中聚合物-氣凝膠復合涂層用于自清潔表面，抗反射涂 層，抗-結冰涂層，減霧涂層，抗微生物涂層，防污涂層，或是水環(huán)境下的減少阻力涂層中的 至少一種。
21.根據權利要求14的制品，其中器件包括天線，窗戶，汽車，飛機，建筑物，紡織品， 船，部分和/或全部浸沒于水中的結構中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了聚合物-氣凝膠復合涂層，包含聚合物-氣凝膠復合涂層的器件和制品，以及制備聚合物-氣凝膠復合物的方法。示例性的制品可以包括表面，其中表面包括至少一個區(qū)域和置于該至少一個區(qū)域之上的聚合物-氣凝膠復合涂層，其中聚合物-氣凝膠復合涂層具有至少大約140°的水接觸角和小于大約1°的接觸角滯后。聚合物-氣凝膠復合涂層可以包括聚合物和超高水含量催化聚硅酸酯氣凝膠，聚硅酸酯氣凝膠包括具有用甲硅烷基化試劑衍生的表面官能團的二氧化硅顆粒的三維網絡和多個孔隙。
文檔編號C09D183/02GK102099428SQ200980125284
公開日2011年6月15日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權日2008年6月30日
發(fā)明者C·J·布林克, D·J·基澤爾 申請人:Stc.Unm公司