超疏水粉末涂料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明有关超疏水材料，尤其有关一种超疏水涂料。
【背景技术】
[0002] 超疏水涂料通常仅在该涂料的外表面为超疏水。一旦该外表面被磨损掉，该表 面便不再超疏水。这种超疏水性（superhydrophobicity)的损失是因为该超疏水颗粒 或结构自该表面上被移除。在该表面下方的颗粒通常它们的奈米孔洞和奈米纹路结构 (nanotexture)表面被下层的涂料材料堵塞。
[0003] 在标准的静电粉末喷涂过程中，干的树脂粉末，被静电地喷涂至指定的电气接地 的基质上。该带电荷的干粉末藉由静电力粘附至该接地的基质。当该干的树脂粉末被固化 (cured)时，其变得良好地键结至该基质。
【发明内容】
[0004] 超疏水涂料可包括超疏水粉末带有具有定义孔洞的三维纳米结构表面拓扑的超 疏水颗粒，以及树脂。该超疏水颗粒可以被嵌入该树脂内。根据某些具体实施例，该树脂不 完全填满该超疏水颗粒的孔洞，以便该超疏水颗粒的三维表面拓扑被维持。
[0005] 该超疏水颗粒可以包括疏水涂料。该疏水涂料可以符合该超疏水颗粒的表面以便 维持该颗粒的奈米结构表面拓扑。该超疏水颗粒可以包括娃藻土（diatomaceous earth) 颗粒。硅藻土颗粒具有奈米结构表面拓扑。根据各种实施例，当硅藻土颗粒被疏水涂料包 覆时，该硅藻土颗粒可以保持其奈米结构表面拓扑即使在被该疏水涂料包覆后。根据各种 实施例，该超疏水颗粒中任一或全部可以具有多孔芯（porous core)。该超疏水颗粒的多孔 芯可以为亲水的。硅藻土是天然亲水的多孔芯的一个实例。该超疏水颗粒的多孔芯可为硅 酸盐。该硅酸盐可被腐蚀以提供该奈米结构表面拓扑。
[0006] 该将超疏水颗粒嵌入其内的树脂可以是疏水的。各种聚合物可以被使用作为该树 月旨。如本文所用，该术语"树脂"意指任何固体或液体的合成的或天然存在的有机聚合物且 不限于自某些植物中天然存在的分泌物所获得的材料。
[0007] 该超疏水颗粒的孔洞体积可以少于50%被该树脂填满。该超疏水颗粒的直径可介 于0. 1至20μπι之间或介于1和20μπι之间。该超疏水颗粒的直径可以介于10至20μπι之 间。为了本发明的目的，该术语"孔洞体积"（pore volume)指的是孔隙体积（the volume of voids)除以颗粒的总体积的分数。如本文所用的该术语"孔洞体积"意义相同于"孔 隙率"（porosity)或"孔隙绕射"（void diffraction)。该孔洞体积可以介于0和1之间 的分数表达，或以介于0和100%之间的百分比表达。颗粒的该孔洞体积可以藉由任何已 知方法包括直接方法、光学方法、计算机断层扫描方法（computed tomography method)、浸 润（imbibition)方法、水蒸发方法、压采孔隙试验（mercury intrusion porosimetry)、 气体膨胀方法、热孔隙试验（thermoporosimetry)、和冷冻孔隙测量方法（cryoporometric method)来测量。
[0008] 该超疏水颗粒和树脂的比例可以按体积计为介于1:4和1:20之间、按体积计为介 于1:5和1:7之间、按体积计为介于1:1和1:4之间、或按体积计为介于1:1. 5和1:2. 5之 间。例如，该超疏水颗粒和树脂的比例可以按体积计为约1:6或按体积计为约1:2。
[0009] 用于超疏水涂料的前驱粉末可以包括具有超疏水颗粒的超疏水粉末和多个树脂 颗粒。该超疏水颗粒具有包括孔洞的三维表面拓扑。该树脂颗粒可以包括树脂材料，其具 有当被固化时，包围该超疏水颗粒且将该超疏水颗粒嵌入，而不完全填满该超疏水颗粒的 该孔洞的能力。
[0010] 该树脂颗粒的直径可以介于1至100 μ m之间。根据某些具体实施例，该树脂颗粒 的直径可以大于该超疏水颗粒的孔洞尺寸，但一般而言不大于该超疏水颗粒直径的20倍。 根据某些具体实施例，该树脂颗粒的直径可以大于该超疏水颗粒的孔洞尺寸，但一般而言 不大于该超疏水颗粒直径的4倍。该树脂颗粒的直径可以大于该超疏水颗粒的平均孔洞尺 寸，但一般而言不大于该超疏水颗粒直径的10倍。根据其它具体实施例，该树脂颗粒的直 径可以大于该超疏水颗粒的平均孔洞尺寸，但一般而言不大于该超疏水颗粒直径的2倍。 [0011] 用于将超疏水涂料涂覆至表面的方法可以包括提供用于超疏水涂料的前驱粉末 的步骤。该前驱粉末可以具有多个超疏水颗粒。该超疏水颗粒可以具有包括孔洞的三维表 面拓扑。该前驱粉末亦可包括多个树脂颗粒。该树脂颗粒可以包括树脂材料，其具有当被 固化时，包围该超疏水颗粒且将该超疏水颗粒嵌入该树脂内，而不完全填满该超疏水颗粒 的孔洞的能力。该前驱粉末可以被涂覆至该表面。该树脂可被固化以使该树脂结合至该表 面且包围该超疏水颗粒和/或将该超疏水颗粒嵌入该树脂中。
[0012] 该树脂可以是疏水的。该超疏水颗粒可以包括多孔芯材料和疏水涂料。该疏水涂 料可以符合该多孔芯材料的表面以便维持该奈米结构表面拓扑。该多孔芯材料可以是亲水 的。
[0013] 该多孔芯材料可以包括硅酸盐。该硅酸盐可以被腐蚀以提供奈米结构表面拓扑。 该多孔芯材料可以包括硅藻土。该超疏水颗粒的孔洞体积可以少于50%被该树脂填满。该 超疏水颗粒的直径可以介于〇. 1至20 μ m之间或约1 μ m。该超疏水颗粒的直径可以介于10 至20 μπι之间。该超疏水颗粒和树脂的比例可以按体积计为介于1:4和1:20之间或按体 积计为介于1:1和1:4之间。该超疏水颗粒和树脂的比例可以按体积计为介于1:5和1:7 之间或按体积计为介于1:1. 5和1:2. 5之间。该超疏水颗粒和树脂的比例可以按体积计为 约1:6或按体积计为约1:2。树脂颗粒层可以在涂覆该前驱粉末至该表面之前先被涂覆至 该表面。该前驱粉末可以藉由静电喷涂过程被涂覆至该表面。
【附图说明】
[0014] 显示于附图中的具体实施例为目前优选的，应理解，本发明并不限于所示的排列 和手段，其中图Ia至If为取自证实涂覆了根据本发明的一个具体实施例的铝电源线的超 疏水性的视频的帧。
【具体实施方式】
[0015] 根据各种具体实施例，超疏水涂料可以包括带有超疏水颗粒的超疏水粉末以及树 月旨。该超疏水颗粒可以具有定义孔洞的三维奈米结构表面拓扑。该超疏水颗粒可以被嵌入 该树脂内，以便至少该超疏水颗粒中的一些被该树脂完全包住或包围。如本文所使用该术 语"嵌入"意指稳固地封住在周围质量块（surrounding mass)中。因此，该术语"嵌入"，不 仅包括被该树脂完全包围或包住的颗粒，也包括只有部分被包住、被封住、或被包围在周围 树脂中的颗粒。根据各种具体实施例，超疏水涂料可以包括多个超疏水颗粒，其包括一些完 全被嵌入的颗粒和一些部分被嵌入的颗粒。该完全被嵌入的颗粒整体在树脂层内以便它们 全部的面被树脂包围。该部分被嵌入的颗粒具有部分其表面积突出在该树脂层的表面上。 该突出的、部分嵌入的颗粒可以给予该涂料的表面超疏水性。该完全嵌入的颗粒使该涂料 能够保持超疏水，即使在该涂料的表面被磨损或被砂纸磨掉后。当该涂料的表面被磨损或 被砂纸磨掉后，该部分被嵌入的颗粒中的一些或全部可以被移除，但该完全被嵌入的颗粒 中的一些或全部可以被暴露于该涂料的表面。然后该暴露的颗粒可以负起给予该涂料的表 面超疏水性的功能。
[0016] 该完全被嵌入的颗粒，一旦在砂纸磨掉或磨损后，它们被暴露至该表面，能够维持 其超疏水性的一个原因是虽然它们完全被嵌入在该树脂内，而该树脂并未完全填满该孔洞 或完全覆盖该超疏水颗粒。因为该树脂未完全填满该孔洞或完全覆盖该超疏水颗粒，该超 疏水颗粒的三维表面拓扑被维持。该树脂可以具有和超疏水（SH)颗粒一起被熔化和被掺 合而不完全填满该超疏水颗粒的孔洞和/或不覆盖该超疏水颗粒的全部奈米纹路结构表 面的能力。根据某些具体实施例，该超疏水颗粒可以排斥该树脂以维持各超疏水颗粒的该 多孔芯内的空气体积。该树脂填满该超疏水颗粒的孔洞至何种程度应被更详细定义在下文 中。
[0017] 各种具体实施例描述如何调整现有的静电喷涂粉末涂料技术以便该所得的涂料 是良好键结的、耐用的、以及超疏水（SH)。各种具体实施例结合干的粉末树脂和超疏水、奈 米纹路结构的、不定型的硅酸盐粉末以形成良好结合的涂料，其在该表面为超疏水且当该 外表面被磨损掉，例如，藉由被砂纸磨掉该外表面时，仍然为超疏水。
[0018] 另外的具体实施例有关包括超疏水颗粒和树脂颗粒的前驱粉末。
[0019] 轺疏水颗粒
[0020] 该超疏水颗粒各自可包括疏水涂料。该疏水涂料可以符合各超疏水颗粒的表面， 以便维持该奈米结构表面拓扑。
[0021] 该超疏水颗粒中任一或全部可以包括多孔芯和/或多孔芯材料。该多孔芯和/或 该多孔芯材料可以是亲水的。该超疏水颗粒的该多孔芯和/或该多孔芯材料可以是硅酸 盐。该硅酸盐可被腐蚀以提供该奈米结构表面拓扑。根据一些具体实施例，该超疏水颗粒 可以包括一或多个硅藻土颗粒。该多孔芯和/或该多孔芯材料的表面化学可以藉由疏水涂 料的涂覆而自亲水的变成疏水的。该疏水涂料可以符合该多孔芯材料的表面，以便维持该 奈米结构表面拓扑。
[0022] 该超疏水颗粒中任一或全部的直径和/或该超疏水颗粒的平均直径可以落于具