易于清潔的表面及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開廣義地設(shè)及易于清潔的表面及制備它們的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 存在各種商業(yè)產(chǎn)品W幫助車主保持車輛表面的外觀和清潔。典型的此類產(chǎn)品是聲 稱幫助保護(hù)表面免受環(huán)境損害同時提供高光澤、光滑外觀的蠟、糊劑、和密封劑。通常，此類 產(chǎn)品提供常常產(chǎn)生約90°的水接觸角的疏水表面（例如，如就卡洛己蠟、硅氧烷蠟和密封 劑而言）。該效應(yīng)被稱為"水珠化"。
[0003] 當(dāng)干燥時，水珠化留下由存在于水中的灰塵或其他污染物濃縮引起的斑點形式的 灰塵殘余。當(dāng)水特別臟時，例如，如在融雪、泥或路面噴霧中發(fā)現(xiàn)的，該問題變得更糟糕。
[0004] 人們已經(jīng)研究了表面粗糖度和孔隙率對潤濕的影響（參見例如，A.B.化化SSie 和S.Baxter的"多孔表面的潤濕性"，法拉第學(xué)會學(xué)報，1944年，第40卷，第546-551頁） (A.B.D.CassieandS.Baxter，"WettabilityofPorousSurfaces"，Trans.Faraday Soc. ,1944,Vol. 40,pages546-551)。最近，已經(jīng)努力研究精確表面結(jié)構(gòu)W研發(fā)自清潔"荷 葉效應(yīng)"類型的表面；參見例如K.J.Kubiak等人的"可潤濕性對工程表面的粗糖度"，Wear， 2011 年第 271 卷，第 523-528 頁（"Wett油ilityversusrou曲nessofengineering sudaces"，Wear, 2011，Vol. 271，pp. 523-528)。然而，假如此類表面中的許多經(jīng)由工藝諸 如平版印刷、蝕刻或者可W不容易轉(zhuǎn)移到在媒介物上找到的復(fù)雜曲線的薄膜沉積制成，那 么此類表面的大規(guī)模生產(chǎn)一定不簡單。
[0005] 近年來已經(jīng)引進(jìn)聲稱提供"水膜化"而不是"水珠化"行為的各類商業(yè)產(chǎn)品，運樣 可減少或消除干燥時的水斑。水膜是親水表面引起的，親水表面可W被水有效地潤濕，從而 允許水從表面排出。然而，提供持久、耐用的水膜表面的現(xiàn)有產(chǎn)品通常具有缺點，諸如使它 們沉積所需的無法接受的高含量溶劑，或需要討厭的熱固化或福射固化。
[0006] 因此，存在對于提供持久的水膜效應(yīng)而不需要在制備它們時使用高含量溶劑或討 厭的固化條件的親水表面涂層和制備它們的簡單的方法的需要。此外，希望此類表面在外 觀上是美學(xué)上可接受的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本公開提供了制備易于清潔的和/或保持清潔的表面，尤其是從水珠化表面制備 的方法。該方法包括研磨基材的表面直到其達(dá)到指定的粗糖度（例如，R。在10納米（nm) 至3500nm的范圍內(nèi)，對應(yīng)于光澤度和/或糖面外觀的降低），并且然后將納米二氧化娃基涂 層組合物處理施加到經(jīng)研磨的表面。
[0008] 意料不到的是，根據(jù)本公開的沉積在經(jīng)研磨的表面上的納米二氧化娃基涂層導(dǎo)致 耐用的、水膜的、易于清潔的和/或保持清潔的表面（例如，降低的粉塵積聚、灰塵積聚和/ 或光澤度的保持）。另外，根據(jù)本公開的方法可W容易地用于=維基材和/或其中對專用設(shè) 備的觸達(dá)受限的野外定線，并且可W在很少或沒有溶劑的情況下操作。有利地，通過使用結(jié) 構(gòu)化的研磨產(chǎn)品，該方法可W操作成使得能夠避免圓鑿和野蠻刮痕，從而導(dǎo)致在美學(xué)上期 望的均勻外觀。
[0009] 在一個方面，本公開提供了在基材上提供易于清潔的水膜涂層的方法，該方法包 括W下步驟：
[0010] a)使用磨料制品來研磨基材的表面的至少一部分，W提供具有在10納米（nm)至 3500nm的范圍內(nèi)的表面粗糖度R。的經(jīng)研磨的表面；
[0011] b)使可涂覆型組合物接觸經(jīng)研磨的表面的至少一部分，其中該可涂覆型組合物包 含二氧化娃粒子，并且其中二氧化娃粒子具有IOOnm或更小的平均粒度；W及
[0012] C)至少部分地從可涂覆型組合物去除水，W在基材上提供易于清潔的水膜涂層。
[0013] 在另一方面，本公開提供了套件，該套件包括：
[0014] 包含通過粘結(jié)劑固定到背襯的磨料顆粒的磨料制品；和
[0015] 包含二氧化娃粒子的可涂覆型組合物，并且其中二氧化娃粒子具有IOOnm或更小 的平均粒度。
[0016] 如本文所用，術(shù)語"易于清潔的"意指基本上能夠通過單獨使用皂和水沖洗而清 潔，而不需要洗涂工具諸如海綿、擦拭器、布、和/或刷。
[0017] 如本文所用，術(shù)語"R。"是指平均表面粗糖度，并且被定義為距平均高度的距離的 絕對值的積分。平均高度是高度輪廓的算術(shù)平均值。函數(shù)Z(X)是指在評估長度1上測量 的位置X處的高度與平均高度之間的差值：
[0019] 如本文所用，術(shù)語"Rq"表示在取樣長度1內(nèi)的縱坐標(biāo)值Z(X)的均方根值。
[0021] 如本文所用，術(shù)語"R,k"是指在取樣長度1內(nèi)的縱坐標(biāo)值Z(X)和Rq的立方的平均 立方值的商。
[0023] 在考慮【具體實施方式】W及所附權(quán)利要求書時，將進(jìn)一步理解本公開的特征和優(yōu) 點。
【附圖說明】
[0024] 圖1是根據(jù)本公開制備的在其上具有易于清潔的水膜表面涂層的示例性基材的 不意圖。
[0025] 圖2為可用于操作本公開的方法的磨料制品的示意性側(cè)視圖。
[0026] 應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W設(shè)計出多個其他修改形式和實施例，運些修改 形式和實施例落入本公開的原理的范圍和實質(zhì)內(nèi)。附圖可W不按比例繪制。
【具體實施方式】
[0027] 根據(jù)本公開，基材的表面可W通過包括W下步驟的方法而被改性成易于清潔的水 膜表面：使用磨料制品來研磨基材的表面的至少一部分，W提供具有在IOnm至3500nm的范 圍內(nèi)的表面粗糖度R。的經(jīng)研磨的表面；W及使可涂覆型組合物接觸經(jīng)研磨的表面的至少一 部分。圖1示出示例性的此類改性基材10。參考圖1，易于清潔的水膜表面涂層15設(shè)置在 基材20的經(jīng)研磨的表面12上。
[0028] 優(yōu)選地，基材的表面在開始研磨步驟之前是清潔的，但是運不是必要條件。例如， 研磨過程本身可W在研磨期間從表面除去灰塵和污潰。如果期望獨立的清潔步驟，那么可 W例如通過用皂或洗涂劑和水來洗涂該表面、用水從表面徹底地沖洗任何殘余的皂并且任 選地擦干或允許表面風(fēng)干來執(zhí)行。
[0029] 研磨可W使用能夠用于實現(xiàn)期望的表面粗糖度（即，表面粗糖度平均值R。在 10皿至3500皿的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在100皿至1000皿的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地在200皿至 600nm的范圍內(nèi)）的任何磨料制品來進(jìn)行。具有期望的R。粗糖度的表面通常具有低的光澤 度（尤其是20°的光澤度）和/或糖面外觀。R。可W例如使用可商購獲得的輪廓曲線儀 (諸如例如購自新澤西州普萊恩維爾市的威科儀器有限公司（VeecoInstrumentsInc.， Plainview，化WJersey)的WYKONT3300光學(xué)輪廓曲線儀）來測量。
[0030] 優(yōu)選地，至少在將用可涂覆型組合物涂覆的基材表面的部分上，經(jīng)研磨的表面的 表面粗糖度和/或外觀基本上是均勻的（例如，沒有人類肉眼可W看見的野蠻刮痕和圓 鑿）。
[0031] 用于操作本公開的合適的基材包括，例如塑料基材、金屬基材、噴漆基材、陶瓷基 材和玻璃纖維基材?；目蒞包含玻璃或透明塑料，但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明研磨的任何 透明基材可W損失透明性。合適的基材的示例包括車輛（例如，公共汽車、貨車、汽車、軌道 車、機車、大篷貨車、手推車、旅宿汽車、飛機、自行車、船和駁船）、橋梁、外部建筑面板、淋浴 設(shè)備、浴缸、拖車、標(biāo)志（例如，交通標(biāo)志、廣告招牌、寛虹燈）、帶有聚合物清漆的基材、W及 戶外家具（例如塑料桌椅或金屬桌椅）。本公開可W有效地在其上被噴漆的（例如，內(nèi)墻 和/或外墻）和/或具有聚合物清漆的表面上操作，尤其是如果該表面在研磨步驟之前已 經(jīng)具有糖面外觀。
[0032] 該磨料制品可W是能夠研磨基材的表面并實現(xiàn)在IOnm至3500nm的范圍內(nèi)的表面 粗糖度R。的任何磨料制品。示例包括砂紙、非織造磨料、結(jié)構(gòu)化的磨料制品、和/或研磨劑。 結(jié)構(gòu)化的磨料制品一般包括固定到背襯的成形的磨料復(fù)合物。成形的磨料復(fù)合物包括保持 在粘結(jié)劑材料（通常被稱為粘結(jié)劑）中的磨料制品。成形的磨料復(fù)合物可W具有任何預(yù)期 的形狀，并且可由粘結(jié)劑前體的可固化漿液W及磨料顆粒通過方法諸如例如絲網(wǎng)印刷、壓 印或涂覆到生產(chǎn)工具的腔中并且然后使粘結(jié)劑前體固化來形成。
[0033] 在磨料制品的制備期間，粘結(jié)劑前體暴露于適當(dāng)?shù)臈l件（目P，加熱、紫外線福射、 可見光福射、或電子束）W將粘結(jié)劑前體轉(zhuǎn)化成固體粘結(jié)劑。通常，粘結(jié)劑前體轉(zhuǎn)化成固體 (例如，熱固性）粘結(jié)劑是固化處理諸如聚合和/或交聯(lián)的結(jié)果。
[0034] 粘結(jié)劑前體優(yōu)選地能夠通過福射能或熱能來固化。福射能源包括電子束能、紫外 光、可見光、和激光。如果利用紫外光或可見光，則優(yōu)選地將光引發(fā)劑包括于混合物中。當(dāng) 暴露于紫外光或可見光時，光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基源或陽離子源。此自由基源或陽離子源引 發(fā)粘結(jié)劑前體的聚合。當(dāng)利用電子束能量源時，光引發(fā)劑是任選的。
[0035] 能夠通過福射能固化的粘結(jié)劑前體的示例包括（甲基）丙締酸醋化的聚氨醋、（甲 基）丙締酸醋化的環(huán)氧樹脂、締鍵式不飽和化合物、具有一個或多個側(cè)（甲基）丙締酷基的 氨基塑料衍生物（即：
其中R5是氨或甲基）、具有至少一個側(cè)（甲基）丙 締酷基的異氯脈酸醋衍生物、具有至少一個側(cè)（甲基）丙締酷基的異氯酸醋衍生物、乙締 酸、環(huán)氧樹脂、W及它們的組合。術(shù)語甲基）丙締酸醋"是指丙締酸醋和/或甲基丙締酸 醋。適當(dāng)?shù)囊环N或多種自由基光引發(fā)劑和/或一種或多種陽離子光催化劑通常與福射固化 性粘結(jié)劑前體一起使用。適當(dāng)?shù)幕衔锏倪x擇將取決于所選擇的一種或多種粘結(jié)劑前體， 并且在本領(lǐng)域中是已知的。
[0036] 合適的粘結(jié)劑前體的示例包括多異氯酸醋、雙組份聚氨醋、環(huán)氧樹脂、氯酸醋樹 月旨、締鍵式不飽和化合物（例如，多官能的丙締酸醋和甲基丙締酸醋）、乙締基酸、氨基塑 料、酪醒樹脂、W及它們的組合。
[0037] 合適的磨料顆粒的示例包括包含材料諸如烙融氧化侶、陶瓷氧化侶、白色烙融 氧化侶、熱處理的氧化侶、二氧化娃、碳化娃、綠色碳化娃、氧化侶-氧化錯、金剛石、二氧 化姉、立方氮化棚、石惱石、娃藻±、W及它們的組合的粒子。陶瓷氧化侶優(yōu)選地根據(jù)溶 膠-凝膠法來制備，諸如在美國專利號4, 314, 827化eitheiser) ;4, 623, 364 (Cottringer等 人）；4, 744, 802 (Schw油el等人）；4, 770, 671(Monroe等人）；4, 881，951(Monroe等人）； 5, 011，508(Wald等人）；W及 5, 213, 591 (Cel化kaya等人）中報道的。
[0038] 陶瓷氧化侶磨料顆粒包括a氧化侶，并且任選地包括金屬氧化物改性劑，諸如氧 化儀、氧化錯、氧化鋒、氧化儀、二氧化給、氧化錠、二氧化娃、氧化鐵、二氧化鐵、氧化銅、二 氧化姉、氧化欽W及它們的組合。陶瓷氧化侶還可W任選地包括成核劑，諸如a氧化侶、氧 化鐵、氧化鐵前體、二氧化鐵、氧化銘或它們的組合。陶瓷磨料顆粒還可W包括表面涂層， 例如，如在本領(lǐng)域中已知的。表面涂層可W改善磨料顆粒與粘結(jié)劑之間的粘附性和/或可 W改變磨料顆粒的研磨特性。此類表面涂層在美國專利號l，910,444(Nicholson) ;3,041， 156(Rowse等人）；4, 997, 461(Maridioff等人）成 009, 675(Kunz等人）；5, 011，508(Wald 等人）成042, 991 (Kunz)W及5, 213, 591 (Cel化kaya等人）中報道。磨料顆粒還可W在它 們的表面上包含偶聯(lián)劑，諸如硅烷偶聯(lián)劑。
[0039] 粘結(jié)劑可W包含單一類型的磨料顆粒、兩種或更多種類型的不同磨料顆粒、或具 有至少一種類型的稀釋劑材料的至少一種類型的磨料顆粒。用于稀釋劑的材料的示例包括 碳酸巧、玻璃泡、玻璃珠、玄武石、大理石、石膏、粘上、Si〇2、邸F4、Na2SiFe、冰晶石、有機泡，W 及有機小珠。
[0040] 為在本公開中使用，磨料顆粒（作為整體來看）優(yōu)選地具有在約1微米至202微 米、更優(yōu)選地在3微米至75微米并且甚至更優(yōu)選地在6微米至26微米的范圍內(nèi)的中值粒 徑（即，DJ，雖然也可W使用其他粒度。示例性磨料顆粒包括具有FEPA(歐洲標(biāo)準(zhǔn)）指定 標(biāo)稱等級為P80至P2500(包括端值在內(nèi)）的那些。運些包括，例如陽PAP等級P80、P150、 P180、P220、P240、P280、P320、P360、P400、P500、P600、P800、P1000、P1200、P1500、P2000、 W及P2500JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）等級名稱JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、 JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000 、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、W及JIS8000 ;W及它們的組合。
[0041] 背襯可W為任何常規(guī)的磨料背襯?？捎玫谋骋r的示例包括聚合物膜、涂底漆的聚 合物膜、布料、紙材、非織造物（例如，紡粘的、水刺的或烙融紡絲的）、W及它們的組合。優(yōu) 選地，背襯是柔性的。
[0042] 背襯還可W在其背部表面上具有附接裝置，W允許將所得的涂附磨具固定到支撐 墊或備用墊。附接裝置可W是壓敏粘合劑、鉤環(huán)式附接系統(tǒng)中的一個表面、或螺紋突出部， 如在美國專利號5, 316, 812 (Stout等人）中報道的。另選地，可W存在相互曬合附接系統(tǒng)， 如在美國專利號5, 201，101 (Rouser等人）中報道的。
[0043] 圖2示出可用于操作本公開的示例性結(jié)構(gòu)化的磨料制品。現(xiàn)在參見圖2,可用于 實施本公開的示例性結(jié)構(gòu)化的磨料制品100具有磨料層120,該磨料層