RU2400510C1 - Composition for preparing super-hydrophobic coating - Google Patents
Composition for preparing super-hydrophobic coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2400510C1 RU2400510C1 RU2009114779/04A RU2009114779A RU2400510C1 RU 2400510 C1 RU2400510 C1 RU 2400510C1 RU 2009114779/04 A RU2009114779/04 A RU 2009114779/04A RU 2009114779 A RU2009114779 A RU 2009114779A RU 2400510 C1 RU2400510 C1 RU 2400510C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- siloxane
- functional
- coating
- aerosil
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 title claims abstract description 18
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- -1 aliphatic ethers Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 6
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 22
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 22
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000009736 wetting Methods 0.000 abstract description 7
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract 1
- 229910003849 O-Si Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910003872 O—Si Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 1
- 125000002147 dimethylamino group Chemical group [H]C([H])([H])N(*)C([H])([H])[H] 0.000 abstract 1
- 125000000956 methoxy group Chemical group [H]C([H])([H])O* 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 9
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 7
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 7
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 4
- BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N Methyl tert-butyl ether Chemical compound COC(C)(C)C BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 3
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 3
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical class Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005370 alkoxysilyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 150000001282 organosilanes Chemical class 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000004447 silicone coating Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Paints Or Removers (AREA)
- Organic Insulating Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к композициям на основе кремнийорганических соединений. Более конкретно, изобретение относится к новому составу для получения гидрофобных фторсодержащих покрытий для силиконовых электротехнических резин.The invention relates to compositions based on organosilicon compounds. More specifically, the invention relates to a new composition for producing hydrophobic fluorine-containing coatings for silicone electrical rubbers.
В настоящее время создание супергидрофобных покрытий, т.е. характеризующихся величинами контактных углов капли воды выше 150°, является наиболее разрабатываемым направлением в области получения водоотталкивающих покрытий различного назначения. Состав и получаемое покрытие предназначено для силоксановых резиновых изоляторов, причем его отличительной чертой является длительный срок сохранения эффекта супергидрофобности в условиях постоянной влажности и загрязнения.Currently, the creation of superhydrophobic coatings, i.e. characterized by the values of the contact angles of a water drop above 150 °, is the most developed direction in the field of water-repellent coatings for various purposes. The composition and the resulting coating is intended for siloxane rubber insulators, and its distinctive feature is the long shelf life of the effect of superhydrophobicity in conditions of constant humidity and pollution.
Известно, что кремнийорганические поверхности сами по себе обладают сильным гидрофобным эффектом, однако в условиях продолжительного увлажнения и загрязнения поверхности, то есть при эксплуатации резиновых изоляторов на открытом воздухе, происходит значительное падение водоотталкивающих свойств материала. В связи с этим необходимо введение дополнительных обработок поверхности изоляторов для создания прочного и долговечного гидрофобного покрытия, в идеале обладающего эффектом супергидрофобности.It is known that organosilicon surfaces themselves have a strong hydrophobic effect, however, under conditions of prolonged wetting and surface contamination, that is, when operating rubber insulators in the open air, a significant drop in the water-repellent properties of the material occurs. In this regard, it is necessary to introduce additional surface treatments of insulators to create a strong and durable hydrophobic coating, ideally having the effect of superhydrophobicity.
Известно, что покрытия на основе перфторсодержащих полиэфиров (например, патенты ЕР 337313; ЕР 215492) обладают высокой гидрофобностью, химической устойчивостью, устойчивостью к загрязнениям. Однако при этом известно, что такие покрытия не обладают достаточно высокой прочностью.It is known that coatings based on perfluorinated polyesters (for example, patents EP 337313; EP 215492) have high hydrophobicity, chemical resistance, and resistance to pollution. However, it is known that such coatings do not have a sufficiently high strength.
Известно, что для получения покрытий, химически связанных с поверхностью и обладающих соответственно улучшенными свойствами, используют функциональные органосиланы с фторсодержащими углеводородными заместителями (JP 05,320,178; US 6,288,160, US 6,506,496, US 6,673,521, US 6,737,105 RU 2149151; US 7,425,279). С использованием таких соединений при создании покрытий достигается контактный угол капли воды в интервале 90-104° уже при малой, порядка 100 ангстрем, толщине защитного слоя. В более поздних патентах описаны многоцелевые фторированные покрытия на основе перфторполиэфир-модифицированных силанов с гидролизуемыми группами, в основном алкоксильными (US 6,200,684, US 6,528,672, US 7,196,212; US 7,413,807). При этом при толщине пленки от 0,1 до 10 нм контактный угол покрытия составляет 114-117°. При использовании таких соединений для модификации поверхности силоксановых резин существенного улучшения водоотталкивающих свойств не обнаруживали.It is known that to obtain coatings chemically bonded to the surface and having correspondingly improved properties, functional organosilanes with fluorine-containing hydrocarbon substituents are used (JP 05,320,178; US 6,288,160, US 6,506,496, US 6,673,521, US 6,737,105 RU 2149151; US 7,425,279). Using such compounds when creating coatings, the contact angle of a water droplet in the range of 90-104 ° is achieved even with a small, about 100 angstroms, thickness of the protective layer. Later patents describe multipurpose fluorinated coatings based on perfluoropolyether-modified silanes with hydrolyzable groups, mainly alkoxyl (US 6,200,684, US 6,528,672, US 7,196,212; US 7,413,807). Moreover, with a film thickness of 0.1 to 10 nm, the contact angle of the coating is 114-117 °. When using such compounds to modify the surface of siloxane rubbers, no significant improvement in water-repellent properties was found.
Известно, что для улучшения водоотталкивающих свойств покрытий, т.е. для получения эффекта супергидрофобности, предлагается создание наноструктурированных поверхностей, которые затем покрываются фторсодержащим гидрофобизирующим составом (например, US 5,324,556; US 5,599,489).It is known that to improve the water-repellent properties of coatings, i.e. to obtain the effect of superhydrophobicity, it is proposed to create nanostructured surfaces, which are then coated with a fluorine-containing water-repellent composition (for example, US 5,324,556; US 5,599,489).
Наноструктурирование поверхности осуществляется различными способами, например обработкой плазмой (US 5,679,460) или химическим протравливанием поверхности (US 7,150,904, US 7,258,731). Такой метод пригоден для обработки стекла, керамики, металлов, полимеров и смол.Nanostructuring of the surface is carried out in various ways, for example by plasma treatment (US 5,679,460) or chemical etching of the surface (US 7,150,904, US 7,258,731). This method is suitable for processing glass, ceramics, metals, polymers and resins.
Известно покрытие, полученное нанесением суспензии фторированных углеводородов и неорганических компонентов с различными добавками (заявка РСТ WО 2006044642, US 2006081394). Обработанная поверхность обладает супергидрофобным эффектом с контактным углом капли воды более 160°. При этом для создания наноразмерных шероховатостей, определяющих появление эффекта супергидрофобности, необходима предварительная обработка поверхности плазмой. Это является существенным недостатком процесса.Known coating obtained by applying a suspension of fluorinated hydrocarbons and inorganic components with various additives (PCT application WO 2006044642, US 2006081394). The treated surface has a superhydrophobic effect with a contact angle of a water drop of more than 160 °. Moreover, in order to create nanoscale roughnesses that determine the appearance of the effect of superhydrophobicity, preliminary surface treatment with plasma is necessary. This is a significant disadvantage of the process.
Наиболее близким по составу является состав, обеспечивающий получение покрытия, обладающего свойством супергидрофобности (патент ЕР 0497189). Покрытие получают нанесением фторированных углеводородов с концевой хлор- или алкоксисилильной группой, обеспечивающей связывание покрытия с поверхностью. При этом оговаривается, что прочное покрытие можно получать на поверхностях, обладающих гидроксильными или другими функциональными группами. В случае их отсутствия поверхность предварительно обрабатывается плазмой для их создания. Это является недостатком изобретения, так как существенно ограничивает область его применения. Эффект супергидрофобности достигается созданием текстурированной, то есть шероховатой, поверхности с неровностями размером не более 10 нм. Получение такой поверхности достигают при ее обработке хлорсиланами, гидролиз которых гидроксильными группами поверхности и водой приводит к образованию гидрофильного слоя на поверхности, состоящего из выступающих наноразмерных силикатных частиц. На полученный гидрофильный неоднородный слой наносят функциональные силаны с фторированными алкильными группами, образующими супергидрофобное покрытие. То есть силикатные частицы наноразмеров, химически связанные с поверхностью, образуются в ходе обработки поверхности на первом этапе создания покрытия. Таким способом были получены покрытия, химически связанные с поверхностью, и с контактными углами капли воды 135-140°. Недостатком процесса в данном случае является достаточно сложный процесс обработки поверхности с участием агрессивных хлорсиланов, необходимость использования достаточно высоких температур для взаимодействия реагентов с поверхностью и отмывка поверхности от хлористого водорода, выделяющегося в процессе. Качественные покрытия, обладающие набором потребительских свойств, получали многоразовым нанесением реагентов, что также является недостатком изобретения.The closest in composition is the composition, providing a coating having the property of superhydrophobicity (patent EP 0497189). The coating is obtained by applying fluorinated hydrocarbons with a terminal chloro or alkoxysilyl group, which provides the binding of the coating to the surface. It is stipulated that a durable coating can be obtained on surfaces with hydroxyl or other functional groups. If they are absent, the surface is pre-treated with plasma to create them. This is a disadvantage of the invention, since it significantly limits the scope of its application. The effect of superhydrophobicity is achieved by creating a textured, that is, rough, surface with irregularities no larger than 10 nm in size. Obtaining such a surface is achieved by treatment with chlorosilanes, the hydrolysis of which by hydroxyl groups of the surface and water leads to the formation of a hydrophilic layer on the surface, consisting of protruding nanosized silicate particles. Functional silanes with fluorinated alkyl groups forming a superhydrophobic coating are applied to the obtained hydrophilic heterogeneous layer. That is, silicate particles of nanoscale, chemically bonded to the surface, are formed during surface treatment at the first stage of coating. In this way, coatings chemically bonded to the surface and to the contact angles of a water drop of 135-140 ° were obtained. The disadvantage of the process in this case is a rather complicated surface treatment process with the participation of aggressive chlorosilanes, the need to use high enough temperatures for the interaction of the reagents with the surface and washing the surface from hydrogen chloride released in the process. High-quality coatings with a set of consumer properties were obtained by reusable reagents, which is also a disadvantage of the invention.
Задачей заявляемого изобретения является разработка нового состава для получения фторсодержащего кремнийорганического покрытия на силоксановых резиновых изоляторах, обладающего длительным сроком действия эффекта супергидрофобности в условиях постоянной влажности и загрязнения, и возможность использования более технологичного способа получения супергидрофобного покрытия, не требующего какой-либо предварительной обработки поверхности и при этом позволяющего получить продолжительно сохраняющийся эффект супергидрофобности в условиях эксплуатации изоляторов.The objective of the invention is to develop a new composition for producing a fluorine-containing silicone coating on siloxane rubber insulators with a long duration of the effect of superhydrophobicity in conditions of constant humidity and contamination, and the possibility of using a more technologically advanced method of obtaining a superhydrophobic coating that does not require any preliminary surface treatment and when this allows you to get a long-lasting effect of superhydrophobicity in the oviyah operating insulators.
Задача решается тем, что предложен состав для получения супергидрофобного покрытия на силоксановом резиновом изоляторе, включающий, по крайней мере, один гидрофобизующий поверхность компонент - фторуглеводородный силан, содержащий гидролизуемые функциональные группы, выбранный из ряда соединений общей формулы:The problem is solved in that a composition is proposed for producing a superhydrophobic coating on a siloxane rubber insulator, including at least one hydrophobizing surface component — a fluorocarbon silane containing hydrolyzable functional groups selected from a number of compounds of the general formula:
где Y означает F или Н;where Y is F or H;
n равно целому числу из ряда чисел от 3 до 11;n is an integer from a series of numbers from 3 to 11;
m равно 2 или 3;m is 2 or 3;
X означает функциональный заместитель из ряда: Cl, ОСН3, OC2H5, ОС3Н7, ОС(O)СН3, NH2, N(Н)СН3, N(СН3)2, N(C2H5)2;X means a functional substituent from the series: Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OS 3 H 7 , OS (O) CH 3 , NH 2 , N (H) CH 3 , N (CH 3 ) 2 , N (C 2 H 5 ) 2 ;
Состав включает текстурообразующий наполнитель - аэросил, силоксановое связующее - полиаминофункциональный силоксановый олигомер формулыThe composition includes a texture-forming filler - aerosil, a siloxane binder - a polyamine-functional siloxane oligomer of the formula
[СН3(Н)N]3Si[OSi(СН3)С6Н5]3OSi[N(Н)СН3]3 и органический растворитель, выбранный из алифатических простых эфиров и алифатических кетонов, при массовом соотношении компонентов, % (масс.):[CH 3 (H) N] 3 Si [OSi (CH 3 ) C 6 H 5 ] 3 OSi [N (H) CH 3 ] 3 and an organic solvent selected from aliphatic ethers and aliphatic ketones, in a weight ratio of components, % (mass.):
В качестве текстурообразующего наполнителя можно использовать аэросил с диаметром частиц в интервале 5-70 нм.Aerosil with a particle diameter in the range of 5-70 nm can be used as a texture-forming filler.
В частности, силоксановым резиновым изолятором является изолятор электротехнического назначения для высоковольтных линий.In particular, the siloxane rubber insulator is an electrical insulator for high voltage lines.
В частности, при создании состава для обработки поверхности силиконовой резины электротехнического назначения можно использовать следующие компоненты: в качестве силана - соединение F3C(CF2)5CH2O(СН2)3Si(ОСН3)3, в количестве 1,5% масс. полиаминофункциональный силоксановый олигомер в количестве 0,2% масс., аэросил в количестве 1,5% масс., тетрагидрофуран (ТГФ) остальное.In particular, when creating a composition for surface treatment of silicone rubber for electrical purposes, the following components can be used: as silane, the compound F 3 C (CF 2 ) 5 CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 , in an amount of 1, 5% of the mass. polyamino-functional siloxane oligomer in an amount of 0.2% by weight, aerosil in an amount of 1.5% by weight, tetrahydrofuran (THF) the rest.
В частности, состав для обработки поверхности силиконовой резины электротехнического назначения содержит: в качестве силана - соединение F2HC(CF2)5CH2O(CH2)3Si(NHCH3)3, в количестве 1% масс., полиаминофункциональный силоксановый олигомер в количестве 0.1% масс., аэросил в количестве 1% масс., метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) остальное.In particular, the composition for surface treatment of silicone rubber for electrical purposes contains: as a silane, a compound F 2 HC (CF 2 ) 5 CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (NHCH 3 ) 3 , in an amount of 1% by weight, polyamino-functional siloxane oligomer in an amount of 0.1% wt., aerosil in an amount of 1% wt., methyl tertiary butyl ether (MTBE) the rest.
В частности, при создании состава для обработки поверхности силиконовой резины электротехнического назначения в качестве силана используют соединение F3C(CF2)3CH2O(СН2)3Si[N(C2H5)2]3 в количестве 1% масс., полиаминофункциональный силоксановый олигомер в количестве 0,1% масс., аэросил в количестве 1% масс., ацетон остальное.In particular, when creating a composition for surface treatment of silicone rubber for electrical purposes, the compound F 3 C (CF 2 ) 3 CH 2 O (CH 2 ) 3 Si [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 in the amount of 1% is used as a silane mass., polyamino-functional siloxane oligomer in an amount of 0.1% of the mass., Aerosil in the amount of 1% of the mass., acetone the rest.
В отличие от известного состава в заявляемом составе содержится как гидрофобизующий поверхность компонент - фторуглеводородный функциональный силан, гидролизуемые функциональные группы которого обеспечивают создание прочной пленки, так и наноразмерные частицы аэросила, обеспечивающие создание микроразмерных и наноразмерных шероховатостей на покрываемой поверхности силоксанового изолятора. Сочетание этих компонентов обуславливает получение эффекта супергидрофобности. Также в составе содержится полиаминофункциональный силоксановый олигомер, играющий роль связующего и обеспечивающий прочность и долговечность действия эффекта супергидрофобности в рабочих условиях силоксанового резинового изолятора, то есть при постоянной влажности и загрязнении.In contrast to the known composition, the claimed composition contains both a hydrophobic surface component — a fluorocarbon functional silane, hydrolyzable functional groups of which provide a durable film, and nanosized aerosil particles that provide micro-sized and nanosized roughnesses on the coated surface of the siloxane insulator. The combination of these components determines the effect of superhydrophobicity. The composition also contains a polyamino-functional siloxane oligomer, which plays the role of a binder and provides strength and durability of the effect of superhydrophobicity under operating conditions of a siloxane rubber insulator, that is, with constant humidity and contamination.
Получение супергидрофобного покрытия осуществляли путем нанесения заявленного состава на поверхность силоксановой резины изолятора без предварительной ее обработки.Obtaining superhydrophobic coatings was carried out by applying the claimed composition on the surface of the siloxane rubber of the insulator without prior processing.
Синтез фторуглеводородных функциональных силанов проводили по известной методике (патент РФ №2344139).The synthesis of fluorocarbon functional silanes was carried out by a known method (RF patent No. 2344139).
Синтез полиаминофункционального силоксанового олигомера строенияSynthesis of polyamine functional siloxane oligomer structure
[СН3(Н)N]3Si[OSi(СН3)С6Н5]3OSi[N(Н)СН3]3 осуществляли по известной методике (Conference Papers of Technology Forum "Silicones in Coatings II", Florida, USA. 1998, р.7). Благодаря хорошей растворимости и низкой вязкости такое соединение свободно диффундирует в поверхностные слои силоксановой резины и одновременно реагирует с гидроксильными группами частиц аэросила, образуя силоксановую связь между частицей аэросила и аминофункциональным силоксановым олигомером. При этом происходит образование структурированной поверхности.[CH 3 (H) N] 3 Si [OSi (CH 3 ) C 6 H 5 ] 3 OSi [N (H) CH 3 ] 3 was carried out according to a known method (Conference Papers of Technology Forum "Silicones in Coatings II", Florida , USA. 1998, p. 7). Due to its good solubility and low viscosity, such a compound freely diffuses into the surface layers of siloxane rubber and simultaneously reacts with the hydroxyl groups of aerosil particles, forming a siloxane bond between the aerosil particle and the amino-functional siloxane oligomer. In this case, a structured surface is formed.
В качестве обрабатываемой поверхности использовали силиконовые резины электротехнического назначения НД 2253-20 и ПЗЗОЗ (производитель ООО «РТИ СИЛИКОНЫ»), которые используются для производства изоляторов высоковольтных линий электропередач. Состав по примерам 1-4 наносили на поверхность и удаляли растворитель. При этом образованное текстурированное супергидрофобное покрытие обладало углом смачивания >160° и долговременной водостойкостью.Silicone surfaces ND 2253-20 and PZZOZ (manufactured by RTI SILIKONI LLC), which are used for the production of high-voltage power line insulators, were used as the surface to be treated. The composition of examples 1-4 was applied to the surface and the solvent was removed. At the same time, the formed textured superhydrophobic coating had a contact angle> 160 ° and long-term water resistance.
Оценку гидрофобных свойств полученного покрытия проводили путем определения величины контактного угла капли воды на поверхности. Известно, что при замене поверхностных СН3-групп силиконовой резины на фторуглеродные заместители у атомов кремния, угол смачивания увеличивается незначительно, от 105 до 110°, т.е. простое нанесение фторуглеводородного слоя на поверхность силиконовой резины не приводит к существенному повышению гидрофобности. При нанесении текстурированного покрытия согласно изобретению на основе наночастиц аэросила, обработанного функциональным фторуглеводородным олигомером в комбинации с полиаминосилоксановым связующим образуется супергидрофобная поверхность с многомодальной шероховатостью и величиной угла смачивания более 160°. Это подтверждается данными, приведенными на фиг.1 и 2. На фиг.1 приведено изображение поверхности, обработанной составом по примеру 2, полученное с помощью атомно-силового микроскопа и иллюстрирующее образование наноразмерных неровностей. На фиг.2 представлены величины краевых углов на различных поверхностях и приведены фотографии капель воды на поверхностях: исходной резины (а); резины, покрытой гладкой пленкой состава по сравнительному примеру 6 (б), и резины с текстурированным покрытием на основе состава по примеру 2 (в). Сравнение краевых углов свидетельствует о том, что именно в случае (в) достигается эффект супергидрофобности, краевой угол >160°.The hydrophobic properties of the obtained coating were evaluated by determining the contact angle of a water drop on the surface. It is known that when replacing the surface CH 3 groups of silicone rubber with fluorocarbon substituents at silicon atoms, the contact angle increases slightly, from 105 to 110 °, i.e. the simple application of a fluorocarbon layer on the surface of silicone rubber does not significantly increase hydrophobicity. When applying a textured coating according to the invention based on aerosil nanoparticles treated with a functional fluorocarbon oligomer in combination with a polyaminosiloxane binder, a superhydrophobic surface with a multimodal roughness and a contact angle greater than 160 ° is formed. This is confirmed by the data shown in figures 1 and 2. Figure 1 shows the image of the surface treated with the composition according to example 2, obtained using an atomic force microscope and illustrating the formation of nanoscale irregularities. Figure 2 presents the values of the contact angles on various surfaces and shows photographs of water droplets on the surfaces: the original rubber (a); rubber coated with a smooth film of the composition of comparative example 6 (b), and rubber with a textured coating based on the composition of example 2 (c). A comparison of the contact angles indicates that it is in case (c) that the effect of superhydrophobicity is achieved, the contact angle> 160 °.
Для определения стабильности действия эффекта супергидрофобности проводилась оценка изменения угла смачивания при постоянном контакте капли с поверхностью во времени. На фиг.3 приводятся динамики изменения углов смачивания капли в течение 2 часов для типов поверхностей: исходной резины (а), резины, покрытой гладкой пленкой состава по сравнительному примеру 6 (б), супергидрофобного текстурированного покрытия составом по примеру 2 (в). Из чертежа видно, что в текстурированном покрытии на основе состава по примеру 2 величина краевого угла не изменяется в течение всего рассматриваемого времени в отличие от остальных вариантов поверхностей. Представленная на фиг.4 зависимость показывает, что супергидрофобное текстурированное покрытие обеспечивает углы смачивания более 150° и позволяет полностью защищать поверхность, погруженную в воду, от проникновения воды в течение 10-15 часов. При этом высушивание поверхности, находившейся в контакте с водой в течение 2 суток, позволяет полностью восстановить исходное супергидрофобное состояние. Таким образом, для всех исследованных гидрофобных материалов и покрытий обнаружено изменение состояния поверхности при контакте с водой. При этом текстурированные супергидрофобные покрытия, получаемые согласно изобретению, отличаются не только высокими значениями углов смачивания, но и демонстрируют наиболее долговременную водостойкость.To determine the stability of the effect of superhydrophobicity, an assessment was made of the change in the contact angle with constant contact of the droplet with the surface over time. Figure 3 shows the dynamics of changes in the wetting angles of the droplet over 2 hours for surface types: initial rubber (a), rubber coated with a smooth film of the composition according to comparative example 6 (b), a superhydrophobic textured coating with the composition according to example 2 (c). It can be seen from the drawing that in a textured coating based on the composition of Example 2, the value of the contact angle does not change during the entire considered time, in contrast to other surface options. The dependence shown in Fig. 4 shows that the superhydrophobic textured coating provides wetting angles of more than 150 ° and allows fully protecting the surface immersed in water from water penetration for 10-15 hours. Moreover, the drying of the surface in contact with water for 2 days, allows you to fully restore the original superhydrophobic state. Thus, for all studied hydrophobic materials and coatings, a change in the state of the surface upon contact with water was detected. Moreover, the textured superhydrophobic coatings obtained according to the invention differ not only in high wetting angles, but also exhibit the most long-term water resistance.
Измерение краевых угловAngle Measurement
Определение степени гидрофобности наносимых покрытий и изучение их старения и деградации проводилось на основе измерения углов смачивания. В качестве тестовой жидкости для определения углов смачивания использовалась деионизованная вода. Экспериментальная установка для получения оптического изображения сидящих капель и последующего определения краевых углов и контактных диаметров была описана в работе (Л.Б.Бойнович, A.M.Емельяненко. Приборы и техника эксперимента. 2002, №2, с.167). Краевые углы измерялись в 3-5 различных точках на поверхности каждого образца, при этом для каждого места измерения определялся средний угол по 10 последовательным изображениям капли. Точность методики определения краевого угла была не менее 0,2 градуса для всех измеренных на различных подложках углов и определялась как среднеквадратичный разброс по углам для 10 последовательных изображений капли.Determining the degree of hydrophobicity of the applied coatings and studying their aging and degradation was carried out on the basis of measurements of wetting angles. As test fluid, deionized water was used to determine the contact angles. The experimental setup for obtaining an optical image of sitting drops and the subsequent determination of the contact angles and contact diameters was described in (LB Boynovich, A.M. Emelyanenko. Instruments and experimental equipment. 2002, No. 2, p. 167). Contact angles were measured at 3-5 different points on the surface of each sample, and for each measurement site, the average angle was determined from 10 successive images of the droplet. The accuracy of the method for determining the contact angle was not less than 0.2 degrees for all angles measured on various substrates and was determined as the mean-square spread in the corners for 10 successive images of the drop.
На фиг.1-4 приведено:Figure 1-4 shows:
фиг.1 - АСМ (атомно-силовая микроскопия) изображение поверхности силиконовой резины, обработанной составом по примеру 2;figure 1 - AFM (atomic force microscopy) image of the surface of silicone rubber treated with the composition of example 2;
фиг.2 - оптические изображения капель воды на поверхности силиконовой резины:figure 2 - optical image of water droplets on the surface of silicone rubber:
(а) исходной резины;(a) the original rubber;
(б) резины, покрытой гладкой пленкой состава по сравнительному примеру 6;(b) rubber coated with a smooth film of the composition of comparative example 6;
(в) резины с текстурированным покрытием на основе состава по примеру 2;(c) rubber with a textured coating based on the composition of example 2;
фиг.3 - динамика изменения углов смачивания при контакте капли с подложкой для четырех типов гидрофобных поверхностей:figure 3 - dynamics of changes in contact angles upon contact of the droplet with the substrate for four types of hydrophobic surfaces:
(а) исходной резины;(a) the original rubber;
(б) резины, покрытой гладкой пленкой состава по сравнительному примеру 6;(b) rubber coated with a smooth film of the composition of comparative example 6;
(в) супергидрофобного текстурированного покрытия составом по примеру 2;(C) superhydrophobic textured coating composition according to example 2;
фиг.4 - динамика изменения краевого угла капли воды на поверхности с текстурированным супергидрофобным покрытием по примеру 2 в течение длительного времени.figure 4 - dynamics of changes in the contact angle of a drop of water on a surface with a textured superhydrophobic coating according to example 2 for a long time.
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами составов.The invention can be illustrated by the following examples of formulations.
Пример 1. Состав содержит: соединение F3C(CF2)5CH2O(СН2)3Si(ОСН3)3 в количестве 1,5 г, полиаминофункциональный силоксановый олигомер в количестве 0,2 г, аэросил в количестве 1,5 г, ТГФ 96,8 г.Example 1. The composition contains: compound F 3 C (CF 2 ) 5 CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 in an amount of 1.5 g, polyamino-functional siloxane oligomer in an amount of 0.2 g, Aerosil in an amount of 1 5 g, THF 96.8 g.
Пример 2. Состав содержит: соединение CHF2(CF2)5CH2O(CH2)3Si(NHCH3)3 в количестве 1 г, полиаминофункциональный силоксановый олигомер в количестве 0,1 г, аэросил в количестве 1 г, МТБЭ 97,9 г.Example 2. The composition contains: compound CHF 2 (CF 2 ) 5 CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (NHCH 3 ) 3 in an amount of 1 g, polyamino-functional siloxane oligomer in an amount of 0.1 g, Aerosil in an amount of 1 g, MTBE 97.9 g
Пример 3. Состав содержит: соединение F3C(CF2)11CH2O(СН2)2Si(NHCH3)3 в количестве 1,5 г, полиаминофункциональный силоксановый олигомер в количестве 0,2 г, аэросил в количестве 1,5 г, ТГФ в количестве 96,8 г.Example 3. The composition contains: compound F 3 C (CF 2 ) 11 CH 2 O (CH 2 ) 2 Si (NHCH 3 ) 3 in an amount of 1.5 g, polyamino-functional siloxane oligomer in an amount of 0.2 g, Aerosil in an amount of 1 5 g, THF in an amount of 96.8 g.
Пример 4. Состав содержит: соединение F3C(CF2)3CH2O(CH2)2Si[N(C2H5)2]3 в количестве 1 г, полиаминофункциональный силоксановый олигомер в количестве 0,1 г, аэросил в количестве 1 г, ацетон 97,9 г.Example 4. The composition contains: compound F 3 C (CF 2 ) 3 CH 2 O (CH 2 ) 2 Si [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 in an amount of 1 g, a polyamino-functional siloxane oligomer in an amount of 0.1 g, Aerosil in an amount of 1 g, acetone 97.9 g.
Сравнительные примерыComparative examples
Пример 5. Состав содержит: соединение F3C(CF2)5CH2O(СН2)3Si(ОСН3)3 в количестве 1,5 г, ТГФ 98,5 г.Example 5. The composition contains: compound F 3 C (CF 2 ) 5 CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 in an amount of 1.5 g, THF 98.5 g.
Пример 6. Состав содержит: соединение CHF2(CF2)5CH2O(СН2)3Si(NHCH3)3 в количестве 1 г, ТГФ 99 г.Example 6. The composition contains: compound CHF 2 (CF 2 ) 5 CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (NHCH 3 ) 3 in an amount of 1 g, THF 99 g.
Таким образом, как видно из приведенных данных, с реализацией изобретения достигается новый технический результат: получение покрытия, отличающегося не только высокими значениями углов смачивания, характерными для супергидрофобных поверхностей, но и долговременной водостойкостью. При этом для его нанесения не требуется предварительная обработка поверхности.Thus, as can be seen from the above data, with the implementation of the invention a new technical result is achieved: obtaining a coating that differs not only in high wetting angles characteristic of superhydrophobic surfaces, but also in long-term water resistance. Moreover, for its application does not require preliminary surface treatment.
Claims (3)
где Y означает F или Н;
n равно целое число из ряда чисел от 3 до 11;
m равно 2 или 3;
X означает функциональный заместитель из ряда: Cl, ОСН3, ОС2Н5, ОС3Н7, ОС(O)СН3, NH2, N(Н)СН3, N(CH3)2, N(C2H5)2;
текстурообразующий наполнитель - аэросил, силоксановое связующее -полиаминофункциональный силоксановый олигомер формулы
[СН3(Н)N]3Si[OSi(СН3)С6Н5]3OSi[N(Н)СН3]3 и органический растворитель, выбранный из алифатических простых эфиров и алифатических кетонов, при массовом соотношении компонентов, мас.%:
where Y is F or H;
n is an integer from a series of numbers from 3 to 11;
m is 2 or 3;
X means a functional substituent from the series: Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OS 3 H 7 , OS (O) CH 3 , NH 2 , N (H) CH 3 , N (CH 3 ) 2 , N (C 2 H 5 ) 2 ;
texturizing filler - aerosil, siloxane binder - polyamino-functional siloxane oligomer of the formula
[CH 3 (H) N] 3 Si [OSi (CH 3 ) C 6 H 5 ] 3 OSi [N (H) CH 3 ] 3 and an organic solvent selected from aliphatic ethers and aliphatic ketones, in a weight ratio of components, wt.%:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009114779/04A RU2400510C1 (en) | 2009-04-21 | 2009-04-21 | Composition for preparing super-hydrophobic coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009114779/04A RU2400510C1 (en) | 2009-04-21 | 2009-04-21 | Composition for preparing super-hydrophobic coating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2400510C1 true RU2400510C1 (en) | 2010-09-27 |
| RU2009114779A RU2009114779A (en) | 2010-10-27 |
Family
ID=42940333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009114779/04A RU2400510C1 (en) | 2009-04-21 | 2009-04-21 | Composition for preparing super-hydrophobic coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2400510C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2547754C2 (en) * | 2013-08-16 | 2015-04-10 | Игорь Леонидович Радченко | Polymer powder composition for superhydrophobic coating and method of obtaining superhydrophobic coating |
| RU2564357C2 (en) * | 2013-12-26 | 2015-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русские инновации" | Super-hydrophobic coating composition |
| RU2572974C1 (en) * | 2014-09-19 | 2016-01-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Электросети" | Super-hydrophobic coating composition and method of producing super-hydrophobic coating therefrom |
| RU2579066C1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-03-27 | Владимир Леонидович Плеханов | Hydrophobic coating composition |
| RU2601339C2 (en) * | 2011-07-28 | 2016-11-10 | Кимберли-Кларк Ворлдвайд, Инк. | Superhydrophobic surfaces |
| EP3233785A1 (en) * | 2014-12-19 | 2017-10-25 | Merck Patent GmbH | Fluorine compounds |
| CN107337945A (en) * | 2017-08-14 | 2017-11-10 | 滨州学院 | A kind of super-hydrophobic fluorine-containing cement base coating and preparation method thereof |
| CN112011199A (en) * | 2020-09-01 | 2020-12-01 | 深圳市三曜科技有限公司 | Special super-hydrophobic coating for air cooler and preparation method thereof |
-
2009
- 2009-04-21 RU RU2009114779/04A patent/RU2400510C1/en active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2601339C2 (en) * | 2011-07-28 | 2016-11-10 | Кимберли-Кларк Ворлдвайд, Инк. | Superhydrophobic surfaces |
| RU2547754C2 (en) * | 2013-08-16 | 2015-04-10 | Игорь Леонидович Радченко | Polymer powder composition for superhydrophobic coating and method of obtaining superhydrophobic coating |
| RU2564357C2 (en) * | 2013-12-26 | 2015-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русские инновации" | Super-hydrophobic coating composition |
| RU2572974C1 (en) * | 2014-09-19 | 2016-01-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Электросети" | Super-hydrophobic coating composition and method of producing super-hydrophobic coating therefrom |
| RU2579066C1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-03-27 | Владимир Леонидович Плеханов | Hydrophobic coating composition |
| EP3233785A1 (en) * | 2014-12-19 | 2017-10-25 | Merck Patent GmbH | Fluorine compounds |
| CN107337945A (en) * | 2017-08-14 | 2017-11-10 | 滨州学院 | A kind of super-hydrophobic fluorine-containing cement base coating and preparation method thereof |
| CN112011199A (en) * | 2020-09-01 | 2020-12-01 | 深圳市三曜科技有限公司 | Special super-hydrophobic coating for air cooler and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009114779A (en) | 2010-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2400510C1 (en) | Composition for preparing super-hydrophobic coating | |
| JP6557248B2 (en) | Hydrophobic article | |
| JP4689467B2 (en) | Functional film-coated article, manufacturing method thereof, and functional film-forming coating material | |
| JP2877616B2 (en) | Hydrophilic oil repellent treatment agent | |
| US20110165808A1 (en) | Superhydrophobic coating | |
| JP5114355B2 (en) | Water- and oil-repellent coated articles and their manufacture | |
| JP5680900B2 (en) | Oil-repellent coated article and method for producing the same | |
| WO2003039855A1 (en) | Article coated with coating film, and functional article coated with coating film using the same | |
| KR101463050B1 (en) | Article including Ultra Hydrophobic Coating and Method for Fabrication thereof | |
| KR101401754B1 (en) | Superhydrophobic coating solution composition and method for producing the coating composition | |
| CN111032337B (en) | Water-repellent member and method for manufacturing water-repellent member | |
| EP3312242A1 (en) | Protective coating composition with mixed functionalities | |
| WO2014159181A1 (en) | Anti-reflection glass made from sol made by blending tri-alkoxysilane and tetra-alkoxysilane inclusive sols | |
| JP4256662B2 (en) | Film-coated article and method for producing the same | |
| CN102732151A (en) | Oil-repellent coating material composition | |
| JP2004136630A (en) | Functional film coated article, and its manufacturing method | |
| KR101297368B1 (en) | Hyhobic polymetylhydrosiloxane based hybrid for coating applications | |
| KR102605764B1 (en) | Water repellent treatment agent, water repellent structure and method of manufacturing the same | |
| KR102605765B1 (en) | Treatment agent for particle treatment, water-repellent particles and manufacturing method thereof, water-repellent layer, and penetration prevention structure | |
| JP2003253250A (en) | Surface-treating composition and surface-treating method | |
| RU2579066C1 (en) | Hydrophobic coating composition | |
| NO347925B1 (en) | Polysilazane compositions | |
| KR101614774B1 (en) | Superhydrophobic nanofilm based on organosilicate | |
| JP7152010B2 (en) | Aqueous composition for painted surfaces | |
| JP7307468B2 (en) | Aqueous composition for painted surfaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |