專利名稱：冰點(diǎn)降低的表面涂層的制作方法
冰點(diǎn)降低的表面涂層
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及冰點(diǎn)降低的表面，尤其是通過施涂特殊的表面層而具有冰點(diǎn)降低效果 的表面，此外涉及適合用于產(chǎn)生這類表面的化合物、含有這類表面的部件、用于制備所述化 合物、表面和部件的方法，以及上述化合物和表面在不同應(yīng)用領(lǐng)域中的用途。
背景技術(shù)：
表面的結(jié)冰(“冰凍”)或者避免或延遲這樣的冰凍是已知的和大量研究的領(lǐng)域。 不期望的冰凍發(fā)生在各種不同的表面上，作為例子可舉出發(fā)電設(shè)備(諸如風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn) 子葉片)、交通運(yùn)輸工具(諸如機(jī)翼表面和轉(zhuǎn)子表面、舷窗)和包裝的表面。Ayres 等(J. Coat. Technol. Res. ,4(4)473-481,2007)描述了基于溶膠-凝膠體系 的含有烷氧化鈦、二縮三丙二醇和乙二醇的涂層。這類涂層顯示出防冰凍效果，這歸因于上 述二醇的緩釋。該效果基于二醇長期以來已知的依數(shù)效果。防冰凍效果僅可以通過分子的 釋放來實(shí)現(xiàn)；因此不是本發(fā)明意義上的冰點(diǎn)降低。Ayres等人描述的涂層由于多種原因被 認(rèn)為是不利的，尤其由于其有限的作用持續(xù)時(shí)間和受限制的適用性。Heneghan 等(Chemical Physics letters 385 (2004), 441-445)研究了在用未取 代的烷基硅氧烷自組裝單層涂覆的玻璃表面上的結(jié)晶。然而，不能從該文獻(xiàn)中推斷出用于 制備冰點(diǎn)降低的表面的具體方法。Somlo 等(Mechanics of Materials 33 Q001) 471-480)描述了用未取代的燒基硅 氧烷自組裝單層涂覆的鋁表面以及其對冰的附著力降低效果。因此，Somlo等實(shí)現(xiàn)了冰在 表面上的附著力降低，所以這不是本發(fā)明意義上的冰點(diǎn)降低。作者從他們的觀察中推斷出 作為抗冰效果的適用性。這類涂層由于多種原因被認(rèn)為是不利的，尤其由于有限的有效性 和耐久性。Okoroafor 等(Applied Thermal Engineering 20(2000)737-758)描述了用交聯(lián) 的聚乙烯吡咯烷酮或者聚甲基丙烯酸甲酯涂覆的鋁表面。這類涂層顯示出防冰凍效果，這 歸因于上述聚合物的溶脹作用。Okoroafor等描述了凝結(jié)延遲；所以這不是本發(fā)明意義上 的降低冰點(diǎn)。不利的是聚合物在表面上不充分的附著，因此作者建議與PIB基質(zhì)或聚酯網(wǎng) 絡(luò)組合。此外，證實(shí)所建議的涂層在其作用和耐久性方面并非全部足夠有效。EP0738771描述了由氟代烷基烷氧基硅烷和含有胺基的烷氧基硅烷組成的水溶性 表面處理劑。此外，除這類涂層的若干性質(zhì)以外，該文獻(xiàn)還提到可能的防冰凍性質(zhì)。W02006/013060描述了取代有機(jī)聚硅氧烷，其作為起始物還使用羥基取代的硅氧 烷。此外，該文獻(xiàn)提到所述聚硅氧烷作為表面處理劑的用途；然而沒有描述該用途與防冰凍 性質(zhì)之間的相互聯(lián)系。因此，本發(fā)明的目的是提供另外的(尤其是改進(jìn)的)冰點(diǎn)降低(“防冰凍”)的表面。該目的根據(jù)權(quán)利要求1的特征得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明另外的方面在獨(dú)立權(quán)利要求以及 說明書中進(jìn)行說明。有利的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求以及說明書中進(jìn)行說明。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，不同的實(shí)施方式和優(yōu)選的范圍可以彼此任意組合。此外，可以不使用或者忽略特定 的實(shí)施方式、范圍或定義。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，重要的術(shù)語特別應(yīng)當(dāng)為如下解釋；如果特定的上下文沒有出 現(xiàn)相反的說明，那么應(yīng)當(dāng)使用這些解釋。術(shù)語“溶膠_凝膠”是通常已知的，并且尤其包括通過Si-烷氧化物和/或金屬烷 氧化物的水解和縮合而形成的溶膠_凝膠。溶膠_凝膠可以由一種前體構(gòu)成或由不同前體 的混合物構(gòu)成。術(shù)語“聚合物”是通常已知的，并且尤其包括工程聚合物，選自聚烯烴、聚酯、聚酰 胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯。聚合物可以以均聚物、共聚物或共混物的形式存在。術(shù)語“自組裝分子”(self assembled molecules, SAMs)或者“自組裝分子層”是 通常已知的，并且尤其表示這樣的分子，所述分子在與基底接觸時(shí)存在自組裝的能力。如果化合物(聚合物、單體、前體等)被稱為“官能化的”或者“未官能化的”，則這 與式(I)的官能團(tuán)存在或不存在有關(guān)。如果存在官能化，則這尤其表示有效量的這樣的官 能團(tuán)以達(dá)到期望的效果。術(shù)語“基底”通常是已知的，其尤其包括具有可涂覆的固態(tài)表面的任何物體。因此， 術(shù)語基底與具體的功能或尺寸無關(guān)?；卓梢允恰拔赐扛驳摹被颉敖?jīng)過涂覆的”。“未涂覆” 的用語表示這樣的基底，所述基底缺少根據(jù)本發(fā)明的外層；然而不排除存在其它層(例如 漆層)。“官能團(tuán)”的概念通常是已知的并且表示分子中的原子團(tuán)，所述原子團(tuán)對攜帶它們 的分子的材料性能和反應(yīng)行為產(chǎn)生決定性的影響。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該用語尤其表示通 過共價(jià)鍵連接至溶膠-凝膠、聚合物或自組裝分子的基團(tuán)。術(shù)語“雜原子基團(tuán)”通常是已知的。該術(shù)語尤其包括2個(gè)或更多個(gè)原子(不考慮 氫原子)，優(yōu)選2-6個(gè)原子(不考慮氫原子)的原子團(tuán)(Gruppierimg)，所述原子團(tuán)打斷烷 基鏈并由此使得被打斷的烷基鏈具有至少一個(gè)雜原子，優(yōu)選選自N、S和0。例如，該術(shù)語不 包括-0-、-S-、-N(H)_ ；而包括原子團(tuán)-N(H)-O-和-N(H)-C(O)-S-。術(shù)語“冰點(diǎn)降低”，同時(shí)在復(fù)合用語，諸如“冰點(diǎn)降低的涂層”中通常是已知的。根 據(jù)本發(fā)明的冰點(diǎn)降低尤其是指臨時(shí)地或永久地降低冰點(diǎn)而不顯著地(即不影響或不明顯 地影響，例如低于2°C)影響到熔點(diǎn)。冰點(diǎn)降低效果可以通過不同的機(jī)理來產(chǎn)生，例如由于 熱滯后或由于冰凍延遲。在熱滯后的情況下，據(jù)信這是基于材料的非依數(shù)性質(zhì)；這例如在溶 液中的抗冰凍蛋白的情況下觀察到。在冰凍延遲的情況下，據(jù)信這是基于晶核的缺失；這在 可以冷卻至0°C以下并在一定的時(shí)間之后自發(fā)凍結(jié)的純水的情況下觀察到。發(fā)明描述因此，本發(fā)明在第一方面涉及含有外部官能化層的基底，其特征在于，所述外層具 有式(I)的官能團(tuán)，
權(quán)利要求
1.包含外部官能化層的基底，其特征在于，所述的層具有式(I)的官能團(tuán)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基底，其特征在于， η表示數(shù)字0 ；或者，η表示數(shù)字1，且X3表示H、OH、SH。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的基底，其特征在于，在所述的間隔基A中，a.雜原子或雜原子基團(tuán)選自下組i.-S (0) -、-S (0) 2_、-N (H) -、-N (C1-C4-烷基)-、-C (0) -、-C (NH)-ii.這些基團(tuán)的組合，和iii.這些基團(tuán)與-0-、-S-的組合；b.芳基選自任選被1-4個(gè)Cy烷基取代的苯基和萘基；c.雜芳基選自任選被1-2個(gè)Cy烷基取代的吡啶基、嘧啶基、咪唑基、噻吩基、呋喃基。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的基底，其特征在于，所述外部層選自溶膠-凝膠型層、 聚合物層(尤其是聚氨酯)和自組裝分子層。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的基底，其特征在于，基底選自金屬材料、陶瓷材料、玻 璃類材料、聚合物材料。
6.外部官能化層作為冰點(diǎn)降低(防冰凍)涂層的用途，其中，所述的層具有根據(jù)權(quán)利要 求1-4中任一項(xiàng)的式(I)的官能團(tuán)，其中，另外X1表示H且ρ表示數(shù)字0，和/或A表示含有1-20個(gè)碳原子的間隔基，其中一個(gè)或多個(gè)C原子被雜原子置換。
7.用于制備根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的基底的方法，其特征在于， 或者a.用根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的官能化外層涂覆未涂覆的基底；或者b.為涂覆有外部未官能化、但可官能化的層的基底配備根據(jù)權(quán)利要求1-3的式 (I)的官能化基團(tuán)。
8.含有根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的基底的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，選自a.風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片、高壓線；b.飛機(jī)的機(jī)翼、旋翼槳葉、機(jī)身、天線、舷窗；汽車的車窗；船舶的船體、桅桿、舵片、索 具裝備；鐵路車輛的外表面；交通標(biāo)志的表面；c.制冷裝置的內(nèi)襯、食品的包裝；d.傳感器；e.用于傳輸冰漿的裝置；太陽能設(shè)備的表面；換熱器的表面；f.在輸送石油和天然氣時(shí)與氣體接觸的表面。
10.用于制備根據(jù)權(quán)利要求8或9中任一項(xiàng)的裝置的方法，其特征在于，或者，a.提供包含未涂覆基底的裝置，并將該裝置用根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的官 能化的外部層涂覆；或者，b.提供根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的基底，并連接所述基底與裝置。
11.式(II)的化合物
12.根據(jù)權(quán)利要求11的化合物，其中， X3 表示 H、OH、SH ；m表示數(shù)字1 ； η表示數(shù)字0或1 ； ο表示數(shù)字1 ；A1 表示選自-N (H) -C (0) -、-N (H) -C (0) -0-、-N (H) -C (0) -S-、-N (H) -C (0) -N (H)-和-O-S ( 0)2_的雜原子基團(tuán)；A2表示具有2-15個(gè)碳原子的亞烷基，其中C原子之一任選被苯基置換； R表示直鏈或支鏈、任選被取代的C^6烷基，其中所述取代基選自商素、羥基、C1^6烷氧基。
13.用于制備根據(jù)權(quán)利要求11或12中任-項(xiàng)的式(II)化合物的方法，其特征在于， 或者a)對于A1表示基團(tuán)-X4-C(O)-N(H)-的情形，該方法包括式(III)的化合物
14.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求11或12中任一項(xiàng)的式(II)化合物的溶膠-凝膠。
15.用于制備根據(jù)權(quán)利要求14的溶膠-凝膠的方法，包括根據(jù)權(quán)利要求11或12的式 (II)化合物的水解和縮合，任選地在另外的可水解和/或可縮合化合物存在下。
16.含有外層的基底，其特征在于，所述的層a.包含根據(jù)權(quán)利要求14的溶膠-凝膠或由其組成， 或者，b.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求11或12中任一項(xiàng)的式(II)的化合物或由其組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的溶膠-凝膠或者根據(jù)權(quán)利要求11或12的式(II)化合物作為 防冰凍涂層的用途。
18.含有根據(jù)權(quán)利要求16的基底的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及含有外部官能化層的基底，其特征在于，所述的層具有式(I)的官能團(tuán)，其中取代基具有說明書中給出的定義；冰點(diǎn)降低的表面，尤其是通過施涂特殊的表面層而具有冰點(diǎn)降低效果的表面；此外還涉及適合于產(chǎn)生這樣的表面的化合物；含有這樣的表面的部件、制備所述化合物、表面和部件的方法，以及上述化合物和表面在不同應(yīng)用領(lǐng)域中的用途。
文檔編號C07F7/18GK102131818SQ200980133418
公開日2011年7月20日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者G·梅奧拉, K·塞戈曼, M·黑拉亞瑪 申請人:科萊恩金融(Bvi)有限公司