一種低表面能組合物及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及功能高分子材料領域，具體的說是一種高分子低表面能組合物及其應 用方法。
【背景技術】
[0002] 通過使用含氟有機表面活性劑使底物獲得低表面能，進而使得底物表現出卓越的 抗粘附、耐腐蝕、耐磨損（降低摩擦系數）、自清潔性等性能，是在本領域中已經眾所周知了 的一種方法。但是含氟有機表面活性劑的低附著性，以及含氟表面活性劑（尤其是PF0A、 PF0S類化合物)在生產和使用過程中，存在人類健康威脅和環境污染的問題，使得人們正在 逐漸降低或避免其的使用。但是，含氟有機表面活性劑其優異的性能，是很難用其他產品來 替代的。同時，替代的產品依然存在附著力差，或要使用不環保、高能耗的手段將替代產品 附著于底物。如專利CN101500716A公開了一種用離子有機硅組合物處理表面的方法，采用 離子有機硅化合物涂覆于無機表面使經處理的表面具有優異的疏水性質。此方法操作簡 單，疏水性卻無法與含氟表面活性劑處理的效果媲美，同時底物表面疏水性的耐久性差，使 用過程中并不環保。專利CN104888624A中公開了在底物表面形成超疏水性聚偏氟乙烯膜的 方法，降低底物表面能，但是其使用溶劑不環保，同時該膜的附著力差，容易剝落失效。因 此，有必要尋找一種能夠有效降低底物表面能，同時又滿足安全、環保、操作簡單、性能優異 持久的組合物。
【發明內容】
[0003] 本發明提供了一種低表面能組合物及其應用，將該低表面能組合物應用于表面處 理時，能夠使底物獲得極低的表面能，同時，又能提高在底物獲得的低表面能的持久性。
[0004] -種低表面能組合物，以重量百分比計，包括以下組分:0.1~10%含氟有機高分 子表面活性劑、0~10%功能添加劑、80~99.9%的環保型含氟溶劑；
[0005] 所述的含氟有機高分子表面活性劑的結構如下式所示：
[0006]
[0007] 其中，A1、A2為功能端基，A1為Ci~C2含氟或不含氟直鏈烷基;A2為Ci含氟或不含氟 直鏈烷基；
[0008] A3為附著端基；
[0009] n = l ~40〇
[0010] 發明人在研究的過程中，驚奇的發現，本發明的含氟醚類化合物能在多種環保的 含氟溶劑中溶解，經過處理，能夠在底物表面形成厚度約30-50 A (3-5毫微米）的單分子 膜，該膜可以降低固體表面能量1〇〇〇~10000倍，并能夠有效鎖住附著在底物表面的其它潤 滑介質，固體表面的林穆爾柵片段見圖1，。此外，本發明人還發現含氟醚類化合物是環保、 安全，不會帶來潛在的人類健康威脅和環境污染問題，其形成的單分子膜在各種底物表面 能夠牢固的附著，賦予底物持久的低表面能。
[0011]上述的含氟醚類化合物在國外有結構類似的產品銷售，商品名分別是蘇威公司的 Fomblin?PFPE Z系列產品。但是，這些商品是作為潤滑油進行銷售的（用途不同），并不是 配制成能夠改變材料表面能的組合物進行銷售(組分與性能不同）。同時Fomblin?PFPE Z 系列產品只是結構與本發明所述的含氟醚類化合物類似，合成方法可參考CN 105111352 A，CN 104918907 A，但是其對各類材料表面的親合性，表面能的改變等性能則遠遠不能與 本發明所述的組合物相媲美。
[0012 ] 作為優選，所述的A1為CH3CH2、CF3或CF3CF 2;
[0013]所述的 A2 為 CF3 或 CF3CF2。
[0014] 作為優選，所述的A3為#〇)順(1)-、1?20(：(0)-、-0!1取代的Ci~C 5烷基、-0P(0)(0H)2取 代的&~(：5烷基、聚硅氧烷取代的&~(： 5烷基、丙烯酸基取代的&~(：5烷基中的一種;R\R2獨 立地選自Ci~C 5烷基。作為進一步的優選，所述的A3可以為-C (0) -NH-C (0) CH2CH3、-C (0) 0CH (CH3)2、-CH2CH2〇H、
η 為范圍為 2 ~1000。
[0015] 作為優選，所述的環保型含氟溶劑包括:C5~C8含氫或不含氫直鏈飽和氟烷烴，總 含碳數小于8的直鏈飽和氫氟醚或含氟環醚，全氟三丙胺。
[0016] 作為優選，所述的功能添加劑包括:含碳數低于8的含氟陰離子型、陽離子型、非離 子型表面活性劑，有機過氧化物或偶氮類化合物。
[0017] 本發明還提供了一種所述的低表面能組合物在材料表面處理中的應用。
[0018] 作為優選，所述的材料為金屬、合金、塑料、橡膠、玻璃、復合材料、石材、金剛石、硅 類非金屬材料；
[0019] 對應不同的材料，所述的A3將會相應的改變。
[0020] 本發明還提供了一種具有低表面能的產品，表面采用所述的低表面能組合物進行 處理；
[0021 ]所述的低表面能組合物在產品的表面形成納米尺度的膜 [0022]作為優選，所述的處理步驟如下：
[0023] (1)將需要處理的底物表面均勻涂刷組合物，或將底物浸漬于組合物中，或將底物 浸漬于加熱的組合物中，或將底物浸漬于加熱并用超聲波震動的組合物中，充分處理15分 鐘~1小時；
[0024] (2)取出底物，瀝干組合物后，在烘箱內加熱至50~120°C，加熱時間為1~15小時。 [0025]本發明具有的有益效果如下：
[0026] (1)本發明避免采用有人體健康威脅和環境污染問題的含氟表面活性劑與溶劑， 實現了綠色環保。
[0027] (2)該組合物在底物上處理方法簡單，底物表面表現出極低的表面能，低表面能表 面具有良好的耐久性。
[0028] (3)本發明高分子低表面能組合物應用操作簡單，易于實現工業化。
【附圖說明】
[0029] 圖1為采用本發明的組合物處理的固體表面的林穆爾柵片段，圖中，1:鋸齒狀表面 活性劑分子;2:潤滑介質;3:固體表面。
【具體實施方式】
[0030] 實施例1-20
[0032]
[0033] 實施例21
[0034] 在鎢鋼刀具表面刷涂實施例1配置成的組合物2次，瀝干后，置于50°C烘箱內烘3小 時。測定表面能下降約1000倍，與水的接觸角大于150°，使用該刀具切削木材，使用壽命延 長4倍，耐磨性大大增強。
[0035] 實施例22
[0036]將鎢鋼刀具浸漬于實施例1配置成的組合物中60分鐘，瀝干后，置于120°C烘箱內 烘3小時。測定表面能下降約3000倍，與水的接觸角大于150°，使用該刀具切削木材，使用壽 命延長7倍，耐磨性大大增強。
[0037] 實施例23
[0038] 將鎢鋼刀具浸漬于實施例1配置成的微微沸騰的組合物中15分鐘，瀝干后，置于 120°C烘箱內烘2小時。測定表面能下降約3000倍，與水的接觸角大于150°，使用該刀具切削 木材，使用壽命延長7倍，耐磨性大大增強。
[0039] 實施例24
[0040] 將鎢鋼刀具浸漬于實施例1配置成的微微沸騰的組合物中，同時組合物中開動超 聲波處理15分鐘，瀝干后，置于120°C烘箱內烘1小時。測定表面能下降約5000倍，與水的接 觸角大于150°，使用該刀具切削木材，使用壽命延長10倍，耐磨性大大增強。
[0041 ] 實施例25~32
【主權項】
1. 一種低表面能組合物，其特征在于，W重量百分比計，包括W下組分:0.1~10%含氣 有機高分子表面活性劑、0~10%功能添加劑、80~99.9%的環保型含氣溶劑； 所述的含氣有機高分子表面活性劑的結構如下式所示：其中，Al、A2為功能端基，Al為Cl~C2含氣或不含氣直鏈烷基;A2為Cl~C2含氣或不含氣 直鏈烷基； A3為附著端基； n= 1 ~40。2. 根據權利要求1所述的低表面能組合物，其特征在于，所述的Al為畑3畑2、CF3或 肌 CF2; 所述的A2為CF3或CF3CF2。3. 根據權利要求1所述的低表面能組合物，其特征在于，所述的A3為r1C0NHC0-、R20C (0)-、-OH取代的Cl~Cs烷基、-OP(O) (0H)2取代的Cl~Cs烷基、聚硅氧烷取代的Cl~Cs烷基、 丙締酸基取代的Cl~Cs烷基中的一種;Ri、R2獨立地選自Cl~Cs烷基。4. 根據權利要求1所述的低表面能組合物，其特征在于，所述的環保型含氣溶劑包括:Cs ~Cs含氨或不含氨直鏈飽和氣燒控，總含碳數小于8的直鏈飽和氨氣酸或含氣環酸，全氣= 丙胺。5. 根據權利要求1所述的低表面能組合物，其特征在于，所述的功能添加劑包括:含碳 數低于8的含氣陰離子型、陽離子型、非離子型表面活性劑，有機過氧化物或偶氮類化合物。6. -種如權利要求1~5任一項所述的低表面能組合物在材料表面處理中的應用。7. 根據權利要求6所述的低表面能組合物在材料表面處理中的應用，其特征在于，所述 的材料為金屬、合金、塑料、橡膠、玻璃、復合材料、石材、金剛石、娃類非金屬材料。8. -種具有低表面能的產品，其特征在于，表面采用權利要求1~5任一項所述的低表 面能組合物進行處理； 所述的低表面能組合物在產品的表面形成納米尺度的膜。9. 根據權利要求8所述的具有低表面能的產品，其特征在于，處理步驟如下： (1) 將需要處理的底物表面均勻涂刷組合物，或將底物浸潰于組合物中，或將底物浸潰 于加熱的組合物中，或將底物浸潰于加熱并用超聲波震動的組合物中，處理15分鐘~1小 時； (2) 取出底物，漸干組合物后，在烘箱內加熱至50~120°C，加熱時間為1~15小時。
【專利摘要】本發明公開了一種高分子低表面能組合物及其應用方法，該組合物，由0.1～10％改性含氟有機高分子表面活性劑、0.1～15％功能添加劑、75～99.9％的環保型含氟溶劑構成。本發明的其中含氟有機高分子表面活性劑的結構由功能端基與附著端基構成，針對不同的處理材料，附著端基做相應的調整。使用該組合物能夠使材料表面獲得極低的表面能，表現出卓越的抗粘附、耐腐蝕、耐磨損(降低摩擦系數)、防水疏水、防塵、防霉菌、降低輻射水平等性能。本發明所述的組合物能夠處理的材料范圍包括：金屬、合金、塑料、橡膠、玻璃、復合材料、石材、金剛石、硅類非金屬材料等。其應用范圍寬廣，處理工藝簡單、環保、低耗能，用量省。
【IPC分類】C09D7/12, C08J7/04, C09D171/02
【公開號】CN105647363
【申請號】
【發明人】卞春榮, 劉越鵬, 卞睿康, 克拉彼溫, 卡爾尼洛夫
【申請人】杭州啟俄科技有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月18日