многофункциональные покрытия на микропористых носителях

Формула изобретения

1. Композит, включающий:

микропористый слой, имеющий стенки пор и обладающий открытой пористостью; и многофункциональное покрытие, обладающее двумя или несколькими функциональностями, по меньшей мере, на части стенок пор микропористого слоя, при этом указанное мультифункциональное покрытие содержит первую функциональную добавку, обеспечивающую первую функциональность, и, по меньшей мере, одну дополнительную функциональную добавку, обеспечивающую вторую функциональность, в котором микропористый слой сохраняет, по меньшей мере, определенную долю открытой пористости на имеющей нанесенное покрытие части микропористой структуры.

2. Композит по п.1, являющийся микропористым.

3. Композит по п.1, в котором микропористый слой содержит вспененный политетрафторэтилен.

4. Композит по п.1, в котором первая функциональная добавка является олеофобной.

5. Композит по п.1, в котором первая функциональная добавка содержит фторакрилат.

6. Композит по п.1, в котором, по меньшей мере, одной дополнительной функциональной добавкой является наполнитель.

7. Композит по п.6, в котором наполнитель имеет форму частиц.

8. Композит по п.6, в котором наполнитель содержит углерод.

9. Композит по п.6, в котором наполнитель содержит, по меньшей мере, один материал, выбираемый из группы, состоящей из пигмента, металла, оксида металла и смешанного оксида металлов.

10. Композит по п.6, в котором наполнитель присутствует в количестве, меньшем или равном 10 мас.% при расчете на совокупную массу покрытия.

11. Композит по п.6, в котором наполнитель присутствует в количестве, меньшем или равном 5 мас.% при расчете на совокупную массу покрытия.

12. Композит по п.6, в котором наполнитель присутствует в количестве, меньшем или равном 1 мас.% при расчете на совокупную массу покрытия.

13. Композит по п.6, в котором наполнитель присутствует в количестве, меньшем или равном 0,5 мас.% при расчете на совокупную массу покрытия.

14. Композит, включающий:

микропористый полимер, имеющий стенки пор и демонстрирующий наличие открытой пористости; и

многофункциональное покрытие, обладающее двумя или несколькими функциональностями, по меньшей мере, на части стенок пор микропористого полимера, при этом указанное мультифункциональное покрытие содержит первую функциональную добавку, обеспечивающую первую функциональность, и, по меньшей мере, одну дополнительную функциональную добавку, обеспечивающую вторую функциональность, в котором микропористый полимер сохраняет, по меньшей мере, определенную долю открытой пористости на имеющей нанесенное покрытие части.

15. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка содержит полимер, по меньшей мере, одно поверхностно-активное вещество в количестве, доходящем вплоть до приблизительно 50 мас.% от покрытия при расчете на совокупную массу покрытия, и, по меньшей мере, один нерастворимый в воде спирт, имеющий С₅-С₁₀ линейную основную цепь, в количестве, доходящем вплоть до приблизительно 30 мас.% при расчете на количество водной смеси, использованной для нанесения покрытия на микропористый полимер.

16. Композит по п.14, в котором упомянутый композит дополнительно включает, по меньшей мере, одно дополнительное покрытие.

17. Композит по п.16, в котором упомянутое, по меньшей мере, одно дополнительное покрытие не заполняет упомянутые поры упомянутого микропористого полимера.

18. Композит по п.16, в котором упомянутое, по меньшей мере, одно дополнительное покрытие, по существу, заполняет, по меньшей мере, часть упомянутых пор упомянутого микропористого полимера.

19. Композит по п.14, в котором микропористый полимер включает вспененный политетрафторэтилен.

20. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка является олеофобной.

21. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка представляет собой фторполимер.

22. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка содержит полифторакрилат.

23. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка содержит бутадиен-стирольный сополимер.

24. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка является гидрофильной.

25. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка содержит полиакриловую кислоту.

26. Композит по п.14, в котором первой функциональной добавкой является натриевая соль полиакриловой кислоты.

27. Композит по п.14, в котором первой функциональной добавкой является поливиниловый спирт.

28. Композит по п.14, в котором первой функциональной добавкой является полиэтиленимин.

29. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка содержит сополимер акриловой кислоты.

30. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка содержит сополимер акриламида.

31. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка содержит поверхностно-активное вещество.

32. Композит по п.14, в котором первой функциональной добавкой является сшиваемый материал.

33. Композит по п.14, в котором первая функциональная добавка является эластичной.

34. Композит по п.14, в котором вторая функциональная добавка имеет форму частиц.

35. Композит по п.14, в котором второй функциональной добавкой является углерод.

36. Композит по п.14, в котором второй функциональной добавкой является оксид сурьмы.

37. Композит по п.14, в котором вторая функциональная добавка присутствует в количестве, меньшем или равном 10 мас.% при расчете на совокупную массу покрытия.

38. Композит по п.14, в котором вторая функциональная добавка присутствует в количестве, меньшем или равном 5 мас.% при расчете на совокупную массу покрытия.

39. Композит по п.14, в котором вторая функциональная добавка присутствует в количестве, меньшем или равном 1 мас.% при расчете на совокупную массу покрытия.

40. Композит по п.14, в котором вторая функциональная добавка присутствует в количестве, меньшем или равном 0,5 мас.% при расчете на совокупную массу покрытия.

41. Композит, включающий:

микропористый слой, включающий микропористую структуру, имеющую стенки пор и обладающий открытой пористостью; и

мультифункциональное покрытие, обладающее двумя или несколькими функциональностями, по меньшей мере, на части стенок пор микропористого слоя, при этом указанное мультифункциональное покрытие содержит первую функциональную добавку содержащую фторполимер, содержащий боковые заместители вида (-CF₂)_n-CF ₃, где n=1-21, обеспечивающую первую функциональность, и вторую функциональную добавку, содержащую пигмент, обеспечивающий вторую функциональность, содержащую изменение цвета,

в котором микропористый слой сохраняет, по меньшей мере, определенную долю открытой пористости на имеющей нанесенное покрытие части, и

в котором указанная функциональная добавка обеспечивает связывание упомянутого многофункционального покрытия с упомянутым микропористым слоем.

42. Способ получения многофункционального покрытия на микропористом носителе, включающий:

получение смеси для водного смачивания;

добавление к смачивающей смеси первой функциональной добавки, обеспечивающей первую функциональность и, по меньшей мере, одной дополнительной функциональной добавки обеспечивающей вторую функциональность;

нанесение указанного смачивающего раствора, имеющего первую функциональную добавку и, по меньшей мере, одну дополнительную добавку на микропористую структуру; и

нагревание микропористого материала содержащего смесь для водного смачивания, и получение на нем мультифункционального покрытия, обладающего двумя или несколькими функциональностями,

где микропористый слой сохраняет, по меньшей мере, определенную долю открытой пористости на имеющей нанесенное покрытие части микропористой структуры.

43. Способ обеспечения многофункционального покрытия на микропористом носителе, включающий:

получение смеси для смачивания растворителем;

добавление к смеси для смачивания первой функциональной добавки для обеспечения первой функциональности, и, по меньшей мере, одной дополнительной функциональной добавки для обеспечения второй функциональности;

нанесение указанной смеси для смачивания растворителем, имеющей первую функциональную добавку и, по меньшей мере, одной дополнительной добавки на микропористую структуру; и

нагревание микропористого материала, содержащего смесь для смачивания растворителем, и получение на нем мультифункционального покрытия,

обладающего двумя или несколькими функциональностями,

где микропористый слой сохраняет, по меньшей мере, определенную долю открытой пористости на имеющей нанесенное покрытие части микропористой структуры.

44. Композит по п.41, в котором вторая функциональная добавка содержит технический углерод.

45. Композит по п.41, в котором вторая функциональная добавка дополнительно обеспечивает сокращение средней отражательной способности nIR в диапазоне длин волн 720-1100 нм.

46. Композит, включающий:

микропористый слой, обладающий микропористой структурой, имеющий стенки пор и обладающий открытой пористостью; и

многофункциональное покрытие, обладающее двумя или несколькими функциональностями, по меньшей мере, на части стенок пор микропористого слоя, при этом указанное мультифункциональное покрытие содержит первую функциональную добавку, содержащую фторполимер, содержащий боковые заместители вида (-CF₂)_n-CF ₃, где n=1-21, обеспечивающую первую функциональность, и, по меньшей мере, одну дополнительную функциональную добавку, содержащую частицы, обеспечивающую вторую функциональность,

где микропористый слой сохраняет, по меньшей мере, определенную долю открытой пористости на имеющей нанесенное покрытие части микропористой структуры и первая функциональная добавка связывает указанное мультифункциональное покрытие с указанным микропористым слоем.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к микропористым носителям, имеющим нанесенное на них многофункциональное покрытие.

Предшествующий уровень техники

Микропористые носители с нанесенными покрытиями используются во многих областях, использующих свойства микропористого носителя при одновременном использовании также и свойств материала покрытия для широкого ассортимента применения.

Носителями, представляющими особенный интерес, являются политетрафторэтилен («ПТФЭ») и микропористый политетрафторэтилен. Вследствие наличия собственной гидрофобности у ПТФЭ мембраны из данных материалов представляют особенный интерес, когда они имеют форму продуктов, обладающих отталкивающими свойствами, таких как непромокаемая одежда. В особенности подходящими для данной цели являются вспененные микропористые непроницаемые для воды в виде жидкости (водонепроницаемые) политетрафторэтиленовые материалы, такие как производимые компанией W.L.Gore and Associates, Inc., которые продаются под торговой маркой GORE-TEX®, а также продукты в виде вспененного ПТФЭ, доступные у других производителей. Материалы в виде вспененного ПТФЭ непроницаемы для воды в виде жидкости, но делают возможным прохождение водяного пара, например продукты испарения тела. Для данной цели также использовали полиуретаны и другие полимеры.

В патенте США № 4194041 описывается использование дополнительного покрытия на микропористых полимерах, которое основывается на тонком воздухонепроницаемом покрытии, состоящем из полиэфирполиуретана на основе простого эфира или полиперфторсульфоновой кислоты, которое обеспечивает перенос молекул водяного пара по механизму диффузии. Тонкое покрытие полностью заполняет, по меньшей мере, часть пор в микропористой структуре. Тонкое покрытие используют для уменьшения прохождения через полимеры поверхностно-активных веществ и загрязняющих веществ. Благодаря химической структуре полимера данное монолитное покрытие на микропористой структуре обладает высокой способностью к переносу молекул воды (высокую проницаемость по водяному пару) через полимерный материал.

На современном уровне техники описываются подходящие способы для покрытия для микропористых материалов с низкой поверхностной энергией, в основе многих из которых лежит смачивание желательного носителя растворителями. Например, в документе ЕР 0581168 (Mitsubishi) описывается использование перфторалкилметакрилатов и перфторалкилэтилакрилатов для нанесения покрытия на пористые полиэтиленовые и полипропиленовые мембраны, где вещества с нанесенным покрытием удерживают в физическом контакте с поверхностью полиолефиновой пористой мембраны. Для получения данных пористых мембран с нанесенными покрытиями фторированный мономер или фторированный мономер и сшивающий мономер совместно с инициатором полимеризации растворяют в подходящем для использования растворителе до получения раствора. Например, данный раствор обычно может содержать приблизительно 15% (мас.) мономера и 85% (мас.) ацетона. Данный раствор в растворителе в виде покрытия наносят на пористый носитель. После нанесения покрытия растворитель выпаривают.

Также сообщали и о подобной возможности использования растворителя в способе обработки поверхностей полимеров растворами в по существу чистых растворителях, содержащими низкие концентрации (например, меньшие чем 1,0% (мас.)) аморфных фторполимеров (WO 92/10532).

В еще одном подобном патенте в способ также включено использование растворов фторсодержащих полимеров для нанесения на вспененный ПТФЭ покрытия из аморфного сополимера тетрафторэтилена (ЕР 0561875). В каждом из данных случаев во время процесса коалесценции при нанесении покрытия высвобождаются значительные количества растворителя. Данные выделения растворителей и обходятся дорого, и нежелательны с точки зрения охраны окружающей среды.

В патенте США № 6228477 сообщается о способе нанесения на носитель из микропористого ПТФЭ с низкой поверхностной энергией покрытия несмачивающей водной дисперсии фторполимера за счет использования высокого содержания изопропанола («ИПА»).

В патенте США № 5460872 авторов Wu et al. сообщается об использовании фторированных поверхностно-активных веществ для уменьшения поверхностной энергии и угла смачивания для микропористого ПТФЭ для получения носителя из микропористого ПТФЭ с нанесенным конформным покрытием.

В других патентах и публикациях (например, WO 91/01791 (Gelman Sciences Technology); ЕР 0561277 (Millipore)/патент США № 5217802) предлагается обработка пористой мембраны фторсодержащим мономером и сшивающим агентом. За обработкой следует полимеризация.

В документе WO 92/21715 упоминаются простые перфторполиэфиры в сочетании со вспененным ПТФЭ, предназначенным для использования в качестве водоотталкивающей отделки. В дополнение к этому, в патенте США № 6676993 сообщается о способе, в котором для смачивания подложек из микропористого вспененного ПТФЭ используют смесь изопропанола и воды, и в случае диспергирования специфических фторакрилатов в данном растворе, содержащем растворитель, его можно будет использовать для нанесения покрытия на поверхности вспененного ПТФЭ, которые он смачивает.

Несмотря на то что в структуры вспененного ПТФЭ обычно вводили частицы, их не вводили в покрытия, которые эффективно связывают частицы со стенками пор микропористой структуры. Например, в патенте США № 5279742 сообщают о запутывании частиц углерода в центрах переплетения и фибриллах пленок из вспененного ПТФЭ, предназначенных для использования в качестве экстракционной среды. В европейском патенте ЕР 0528998 В1 сообщают о механическом захватывании терапевтических микросфер в матрице из вспененного ПТФЭ в качестве способа доставки средства медикаментозной терапии в периодонтальной повязке.

На сегодняшний день технологии нанесения покрытия на микропористый носитель сконцентрировались на осаждении одного гомогенного материала на микроструктуре микропористого носителя. Системы со смачиванием растворителем и системы с водным смачиванием (например, такие как описанные в патенте США № 6228477 и тому подобном) были несовместимы с определенным диапазоном добавок или с несколькими добавками. Обычно данные системы смачивания были совместимы с изолированными, уникальными олеофобными мономерами, полимерами или эмульсиями. Существует потребность в наличии дополнительных свойств технологии нанесения покрытий в целях получения двух или более свойств в одном конформном покрытии на микропористом носителе с низкой поверхностной энергией без окклюдирования микропор носителя.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение преодолевает ограничение предшествующего уровня техники в результате предложения одного конформного покрытия на микропористом носителе, таком как микропористый носитель с низкой поверхностной энергией, которое придает подстилающему микропористому материалу несколько свойств при одновременном все еще сохранении пористости, по меньшей мере, на части микропористого носителя.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в разрезе микропористого полимерного слоя (10) с многофункциональным покрытием (30), нанесенным на стенки (20) пор, имеющие микропористую структуру (10).

Фиг.2 - угловой вид в разрезе одиночной фибриллы (20) мембраны из вспененного политетрафторэтилена с покрытием (30), содержащим первую функциональную добавку (40).

Фиг.3 - поперечное сечение в разрезе одиночной фибриллы (20) мембраны из вспененного политетрафторэтилена с покрытием (30), содержащим первую функциональную добавку (40).

Подробное описание изобретения

В настоящем изобретении получают микропористый носитель с нанесенным покрытием, где покрытие имеет два или более свойства. Говоря конкретно, многофункциональное покрытие содержит, по меньшей мере, две добавки, и каждая добавка обеспечивает наличие, по меньшей мере, одного свойства. В одном варианте реализации первая добавка может образовывать обволакивающую пленку, обеспечивать схватывание или другим образом связывание для второй добавки по отношению к микропористой структуре. Первая добавка придает композиту определенное свойство, такое как гидрофобность, гидрофильность и тому подобное, а вторая добавка придает композиту определенное дополнительное свойство. В еще одном аспекте данного изобретения многофункциональное покрытие объединяет первую функциональную добавку, такую как нижеследующие, но не ограничиваясь только ими: полимерные связующие, модифицирующие (например, понижающие и тому подобное) поверхностную энергию, с дополнительными функциональными добавками, где получающееся в результате многофункциональное покрытие существует на поверхностях пор микропористого носителя. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «функциональная добавка» подразумевает обозначение любого дополнительного материала, который микропористому носителю с нанесенным покрытием придает дополнительное свойство в сопоставлении с тем, что имеет место в других случаях в отсутствие функциональной добавки, таких как в результате изменения химических, физических или механических свойств микропористого носителя. Одним классом полимерных связующих данного изобретения являются фторполимерные связующие, поскольку их можно использовать для изменения поверхностной энергии или характеристик смачивания носителя из вспененного ПТФЭ, в других случаях демонстрирующего наличие собственной гидрофобности. Как это ни удивительно, но в смесь полимерных связующих можно вводить и дополнительные функциональные добавки для того, чтобы получающийся в результате микропористый носитель с нанесенным покрытием демонстрировал бы не только изменение поверхностной энергии, обусловленное присутствием фторполимерного связующего, но также и второе функциональное изменение, обусловленное присутствием дополнительной функциональной добавки. Несмотря на то что особенный интерес в данном изобретении представляют полимерные связующие, изменяющие поверхностную энергию, другие варианты реализации включают введение неполимерного связующего. В таких вариантах реализации, в которых используют неполимерное связующее, многофункциональность является результатом введения на поверхности микропористого носителя более чем одной функциональной добавки, где, по меньшей мере, одна из функциональных добавок также выступает и в роли связующего. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «связующее» обозначает материал, который прилипает или другим образом пристает, по меньшей мере, к части подстилающей микропористой структуры и способствует удерживанию второго функционального компонента.

Многофункциональные покрытия данного изобретения можно наносить на микропористый носитель любым способом, который приводит к получению желательной однородности покрытия на поверхностях микроструктуры и предпочтительно не вызывает окклюдирования пор микропористого носителя. Один аспект данного изобретения заключается в растворении функционального полимерного связующего в органическом растворителе, в который добавляют дополнительные функциональные добавки, такие как частицы. Выбранный органический растворитель должен быть способен смачивать поверхность микропористого носителя. После этого данную смесь многофункциональной добавки и растворителя в виде покрытая наносят на микропористый носитель, а растворитель выпаривают. Функциональное полимерное связующее и содержащиеся в нем частицы функциональной добавки осаждают на поверхности носителя для того, чтобы создать желательный эффект. Примеры функций, которые можно предусмотреть в таком многофункциональном покрытии, включают нижеследующее, но не ограничиваются только ими: изменение цвета в случае пигмента или изменение гидрофильности в случае материалов, чувствительных к значению рН, и изменения способности отражать инфракрасное излучение в случае материалов, поглощающих инфракрасное излучение. В сферах применения, в которых желательно получение изменения электромагнитного спектрального отклика или электро- или теплопроводности носителя, особенный интерес представляют частицы углерода.

Критический аспект данного изобретения заключается в том, что получающийся в результате микропористый носитель должен демонстрировать наличие нескольких свойств, таких как свойство полимерного связующего, изменяющего поверхностную энергию, и изменение спектрального, электромагнитного или термического отклика.

Один важный аспект данного изобретения заключается в том, что смесь покрытия должна быть способна смачивать носитель, на который ее наносят. В случае микропористого ПТФЭ смесь покрытия обычно должна характеризоваться поверхностным натяжением, равным приблизительно 30 дина/см (0,03 н/м) и менее.

В еще одном варианте реализации данного изобретения многофункциональное покрытие можно получать в результате использования системы с водным смачиванием. В данном варианте реализации полимерное связующее и вторую функциональную добавку стабилизируют в системе с водным смачиванием, которую после этого в виде покрытия наносят на желательный микропористый носитель. Одной подходящей для использования системой является система с водным смачиванием, содержащая нерастворимый в воде спирт (например, имеющий С₅-С₁₀ линейную основную цепь), эмульгированный под действием поверхностно-активного вещества. Поверхностно-активное вещество или поверхностно-активные вещества можно выбирать совместимыми с добавками и любыми поверхностно-активными веществами, которые можно использовать для стабилизации добавок. Воду выпаривают и на поверхностях микропористого носителя получают многофункциональное покрытие. Подходящие для использования функциональные добавки включают материалы, которые демонстрируют подходящую для придания стабильность и которые являются либо растворимыми в системе смачивания (либо в воде, либо в смачивающем веществе), либо диспергируемыми в системе смачивания. Если в одном примере варианта реализации изобретения носитель будет представлять собой слой полимера, который в естественных условиях не является олеофобным, то тогда его можно будет сделать олеофобным в результате введения в водную систему доставки функциональной добавки, которая является олеофобным материалом. Данный уникальный признак изобретения обеспечивает достижение значительных преимуществ в сопоставлении с обычно используемыми материалами с нанесенным покрытием в том смысле, что настоящее изобретение может быть приспособлено к значительному облегчению нанесения покрытия, по меньшей мере, на часть стенок пор носителя.

В одном варианте реализации данного изобретения подходящие для использования микропористые материалы могут включать фторполимеры, например политетрафторэтилен или поливинилиденфториды, полиолефины, например полиэтилен или полипропилен; полиамиды; сложные полиэфиры; полисульфон, поли(эфирсульфон) на основе простого эфира и их комбинации, поликарбонат, полиуретаны. В случаях желательности сохранения воздухопроницаемости или высокой дышащей способности настоящее изобретение должно быть приспособлено к сохранению структуры с незамкнутыми микропорами, поскольку заполнение микропор может уничтожить или серьезно подавить способность микропористого носителя пропускать водяной пар. Таким образом, в таком варианте реализации стенки, определяющие пустоты в микропористом полимере, предпочтительно имеют только очень тонкое покрытие. Кроме того, для сохранения гибкости носителя покрытие из функционального материала должно быть достаточно тонким для того, чтобы не ухудшить гибкость носителя при нанесении покрытия.

Обычные композиции олеофобных функциональных добавок, подходящие для использования в данном изобретении, включают олеофобные фторуглеродные соединения. Например, фторуглеродом может быть то соединение, которое имеет перфторалкильные группы CF₃-(CF ₂)_n-, где n 0. Можно использовать следующие далее соединения или классы олеофобных материалов, перечисление которых не является исчерпывающим:

- аполярные простые перфторполиэфиры, имеющие боковые группы CF₃, такие как Fomblin Y - Ausimont; Krytox - DuPont;

- смеси аполярных простых перфторэфиров и полярных монофункциональных простых перфторполиэфиров ПФПЭ (марки Fomblin и Galden MF, доступные в компании Ausimont);

- полярные нерастворимые в воде ПФПЭ, такие как, например, Galden MF, имеющие фосфатные, силановые или амидные концевые группы;

- смеси аполярных ПФПЭ и фторированных алкилметакрилатов и фторированного алкилакрилата в виде мономера или в полимерной форме.

Вышеупомянутые соединения в растворе или эмульсии в водной форме необязательно также могут быть сшиты под действием, например, УФ-излучения.

Также можно использовать и следующие далее растворы полимерных частиц, перечисление которых опять-таки не является исчерпывающим:

- микроэмульсии на основе ПФПЭ (смотрите документ ЕР 0615779, микроэмульсии Fomblin Fe20);

- эмульсии на основе сополимеров силоксанов и перфторалкилзамещенных (мет)акрилатов (Hoechst);

- эмульсии на основе перфторированных или частично фторированных со- или терполимеров, при этом один компонент содержит, по меньшей мере, гексафторпропен или перфторалкилвиниловый эфир;

- эмульсии на основе перфторалкилзамещенных поли(мет)акрилатов и сополимеров (продукты от компаний Asahi Glass, Hoechst, DuPont и других);

- микроэмульсии на основе перфторалкилзамещенных поли(мет)акрилатов и сополимеров (WU, патент США № 5539072; патент США № 5460872).

Концентрация функционального материала, создаваемая при использовании данного изобретения, может очень сильно варьироваться в зависимости от желательного результата. В случае использования в качестве материала функциональной добавки олеофобного фторполимера, такого как нижеследующие, но не ограничивающегося только ими: полимеры, имеющие боковые группы -(CF₂ )_n-CF₃, функциональные материалы данного типа могут придавать полимеру очень низкие значения поверхностной энергии и, таким образом, придавать хорошие характеристики масло- и водостойкости. Представительные олеофобные полимеры можно получать из органических мономеров, имеющих боковые перфторалкильные группы. Они включают фторалкилакрилаты и фторалкилметакрилаты, имеющие концевые перфторалкильные группы, описывающиеся формулой:

где n представляет собой кардинальное число в диапазоне 1-21, m представляет собой кардинальное число в диапазоне 1-10, a R представляет собой Н или СН₃; фторалкиларилуретаны, фторалкилаллилуретаны, фторалкилуретанакрилаты; фторалкилакриламиды; фторалкилсульфонамидакрилаты и тому подобное. В случае желательности наличия покрытия с низкой поверхностной энергией эффективными могут быть концентрации в диапазоне от приблизительно 1% (мас.) вплоть до приблизительно 30% (мас.) твердой фазы олеофобного материала при расчете на совокупную массу смеси покрытия. В случае нанесения покрытия на микропористые носители концентрация олеофобного функционального материала предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 3% (мас.) вплоть до приблизительно 12% (мас.) при расчете на совокупную массу смеси покрытия.

Альтернативные варианты реализации данного изобретения включают другие материалы функциональных добавок. Настоящее изобретение можно использовать для доставки частиц функциональных материалов на поверхности при том условии, что частицы можно диспергировать в системе смачивания. В некоторых случаях может оказаться выгодным диспергирование частиц в диспергаторе, который впоследствии можно будет диспергировать в системе смачивания. В сферах применения, включающих частицы, такие как углерод, подходящими для придания желательного функционального эффекта данной дополнительной функциональной добавке зачастую являются концентрации в диапазоне от приблизительно 0,1% (мас.) вплоть до приблизительно 5% (мас.) при расчете на совокупную массу смеси.

Необязательным функциональным материалом настоящего изобретения также могут являться материалы, которые являются либо растворимыми в системе с водным смачиванием изобретения, либо диспергируемыми в системе с водным смачиванием изобретения. Перечень растворимых материалов, которые можно использовать в связи с настоящим изобретением, включает нижеследующее, но не ограничивается только им: полиакриловая кислота, полиакриламид, меламин, поливиниловый спирт, соли и красители. Перечень диспергируемых материалов, которые можно использовать в связи с настоящим изобретением, включает нижеследующее, но не ограничивается только им: фторакрилаты, полистирол, пигменты, технический углерод и оксид алюминия. Одно требование для данных диспергируемых материалов заключается в том, что размер частиц должен быть достаточно малым, таким чтобы в данном случае имелась бы возможность физического вхождения в поры микропористого носителя, на который производится их нанесение. В случае гидрофобности микропористого носителя по самой его природе такое покрытие может изменить характеристики поверхности с переходом от гидрофобности к гидрофильности.

В дополнительных вариантах реализации данного изобретения в микропористый носитель с низкой поверхностной энергией можно вводить широкий ассортимент свойств. Некоторые примеры включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: функциональные добавки, которые можно использовать для изменения водопоглощения, гидрофобности, олеофобности, экранирования света, изменения цвета, невоспламеняемости и огнестойкости, противомикробных свойств, антистатических свойств, эластичности, поглощения в инфракрасной и ближней инфракрасной областях, УФ-поглощения, характеристик катализаторов, фотокатализаторов, биосовместимости и контролируемого высвобождения лекарственных средств. Один основной аспект данного изобретения заключается в способности придавать системе покрытия два и более данные свойства.

Для того чтобы добиться получения некоторых из вышеупомянутых вариантов реализации, функциональные добавки, которые можно вводить в данные структуры изобретения, включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: углерод, металлы, оксиды металлов (например, TiO₂), фторполимеры, акрилаты, полиакриловая кислота, гепарин, перметрин, оксид церия, бензофенон, наночастицы, углеродные нанотрубки, квантовые точки, кадмий-селен, свинец-селен, красители и пигменты, оксид индия-олова, допированный сурьмой.

В диапазон микропористых подложек с нанесенным покрытием, имеющих одно покрытие, имеющее несколько свойств, придаваемых носителем благодаря наличию одного покрытия, также включаются и другие подходящие для использования комбинации данного изобретения. Дополнительные преимущества данного изобретения заключаются в том, что его можно использовать для придания как кислотной, так и основной реакционной способности одному микропористому носителю. В дополнение к этому, поскольку добавление некоторых частиц может привести к уменьшению минимального капиллярного давления воды для микропористого носителя, данное изобретение предлагает способ сохранения или даже улучшения водонепроницаемости микропористого носителя при одновременном придании также и свойств дополнительных функциональных добавок или частиц. Дополнительные функциональные добавки, представляющие интерес, включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: металлы, например серебро, карбонаты металлов, например карбонаты меди или цинка, оксиды металлов, например оксид одновалентной меди или оксид молибдена, или органические материалы, такие как триэтилендиамин.

Определения

Для целей данной заявки следующие далее термины должны рассматриваться как имеющие предложенное далее значение, если только не будет указано другого.

«Воздухопроницаемый» обозначает то, что наблюдается наличие воздушного потока, определяемого в соответствии с испытанием по Герли, описанным далее. Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что воздухопроницаемый материал также будет проницаемым и для паров влаги.

«Воздухонепроницаемый» обозначает то, что в течение, по меньшей мере, двух минут не наблюдается никакого воздушного потока, определяемого в соответствии с испытанием по Герли, описанным далее.

«Гидрофильный» материал обозначает пористый материал, поры которого становятся заполненными жидкой водой при воздействии на них жидкой водой при давлении, меньшем или равном 1,0 фунт/дюйм² (6,9 кПа).

Термин «микропористый» используют для обозначения непрерывного слоя материала, включающего взаимосоединяющиеся поры, которые создают перепускной канал, проходящий от одной поверхности слоя к противоположной поверхности слоя.

«Олеофобный» обозначает материал, который характеризуется показателем оценки масла, равным 1 и более, согласно измерению в испытании на маслоотталкивание.

«Покрытие» обозначает присутствие материала, по меньшей мере, на части носителя.

«Конформное покрытие» обозначает покрытие, которое соответствует или следует топографии подстилающего носителя.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Тест на воздухопроницаемость/-непроницаемость - определение числа Герли

Числа Герли определяли следующим образом.

Сопротивление образцов воздушному потоку измеряли с использованием плотномера Герли (ASTM D726-58), изготовленного в компании W.&L.Е.Gurley & Sons. Результаты приведены в виде числа Герли, которое представляет собой время в секундах для 100 кубических сантиметров воздуха, проходящего через 6,54 см² подвергаемого испытанию образца при падении давления 1,215 кН/м² по воде. Материал является воздухонепроницаемым, если прохождения воздуха не наблюдается в течение интервала продолжительностью в 120 секунд.

Определение маслоотталкивания

В данных испытаниях показатель оценки масла измеряли при использовании способа ААТСС Test Method 118-1983 при проведения испытаний для пленочных композитов. Показателем оценки масла для пленочного композита является меньший из двух показателей сортности, полученных при проведении испытаний для двух сторон композита. Чем большим будет число, тем лучшим будет маслоотталкивание. Предпочтительным является значение, большее чем 1, предпочтительно равное 2 и более, более предпочтительно 4 и более.

При проведении испытания для слоистых материалов, образованных из пленочного композита и текстиля, испытание модифицируют следующим образом. Три капли масла для испытания размещают на поверхности текстиля. Непосредственно поверх капель масла размещают стеклянную пластину. По истечении 3 минут обратную сторону слоистого материала осматривают на предмет выявления изменения внешнего вида, свидетельствующего о проникновении масла для испытания или образования им пятна. Показатель оценки масла в случае слоистого материала соответствует маслу с наибольшим числом, которое не смачивает слоистый материал, проходя сквозь него, и не вызывает образования видимых пятен на обратной стороне при воздействии маслом. Чем большим будет число, тем лучшим будет маслоотталкивание. Предпочтительным является значение, большее чем 1, предпочтительно равное 2 и более, более предпочтительно 4 и более, а наиболее предпочтительно 6 и более.

Определение средней отражательной способности для спектров в видимой и ближней инфракрасной областях

Данные по спектральной отражательной способности определяли на технической поверхности образца (то есть на стороне с набитым маскировочным слоем у текстиля, слоистого материала или композита) и получают в диапазоне от 400 до 1100 нанометров (нм) с интервалами 20 нм на спектрофотометре (Data Color CS-5) (способном измерять отражательную способность при длинах волн 400-1100 нм и более) по отношению к стандарту в виде сульфата бария. Спектральную ширину полосы устанавливают на уровне величины, меньшей чем 26 нм, при 860 нм. Измерения отражательной способности получают при монохроматическом режиме функционирования.

Измерения для образцов проводили для случая одного слоя, имеющего в виде носителя шесть слоев той же самой ткани и защитное стекло. Измерения проводили как минимум для двух различных областей, а данные усредняли. Области для проведения измерений выбирали расположенными, по меньшей мере, на удалении в 6 дюймов (152 мм) от края (кромки). Наблюдения для образца проводили под углом, не большим чем 10 градусов от нормали, включая компонент отражения.

Прибор: фотометрическая точность спектрофотометра должна находиться в пределах 1 процента, а точность по длине волны - в пределах 2 нм. Стандартный размер апертуры, используемый в устройстве для измерения цвета, должен находиться в диапазоне от 1,0 до 1,25 дюйма (от 25,4 до 31,8 мм) в диаметре для маскировочного слоя Woodland and Desert и быть равным 0,3725 дюйма (9,5 мм) в диаметре для маскировочного слоя Universal, MARPAT Woodland and MARPAT Desert. Любой цвет, характеризующийся значениями спектральной отражательной способности, выходящими за пределы при четырех и более длинах волн, указанных в документах MIL-DTL-31011A, MIL-DTL-31011В или MIL-PRF-32142, должен соответствовать неудачному испытанию.

Результаты приведены в виде средней отражательной способности для конкретного диапазона длин волн, если только специально не будет указано другого.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Пример 1 выполняли для демонстрации возможности получения микропористого носителя с низкой поверхностной энергией, которая является олеофобной, воздухопроницаемой и подавляющей излучение в ближней инфракрасной области. На мембрану из микропористого вспененного ПТФЭ, имеющую толщину 0,001 дюйма (0,0254 мм) (номинальный размер пор 0,2 мкм, масса 20 г/м², получена в компании W.L.Gore & Associates, Inc.), наносили покрытие из технического углерода (Vulcan XC72, Cabot Corporation, Бостон, Массачусетс) при использовании фторуглеродного полимерного связующего и смачивающих веществ. Систему связующего составляли в результате перемешивания 2,6 г Witcolate ES2 (30%-ный раствор) (получен в компании Witco Chemicals/Crompton Corporation, Миддлбери, Коннектикут), 1,2 г 1-гексанола (Sigma-Aldrich Chemical Corporation, Сент-Луис, Миссури) и 3,0 г фторполимера (AG8025, Asahi Glass, Япония) в 13,2 г деионизованной воды. К системе связующего добавляли 0,015 г технического углерода. Смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 1 минуты. На мембрану вручную при помощи валика наносили образуемое смесью покрытие до получения массы покрытия, равной приблизительно 3 г/м². Для мембраны с нанесенным покрытием проводили отверждение при 190°С в течение 2,5 минут.

Получающийся в результате носитель из микропористого вспененного ПТФЭ характеризовался числом Герли в диапазоне от приблизительно 29 секунд до приблизительно 49 секунд и скоростью прохождения водяных паров, равной приблизительно 45942 г/м ² (24 часа). Показатель оценки масла был равен 8. И данный пример приводил к получению средней отражательной способности в диапазоне длин волн в ближней инфракрасной области от 720 нм до 1100 нм, которая была существенно меньшей в сопоставлении с имеющим одно свойство контрольным образцом, который был только олеофобным. Очевидно, что данный пример свидетельствует о том, как систему многофункционального покрытия можно использовать для получения воздухопроницаемого микропористого носителя, имеющего несколько свойств.

Сравнительный пример А

Сравнительный пример А выполняли подобно примеру 1 при том исключении, что во фторуглеродное полимерное связующее и смачивающие вещества никакого углерода не вводили. Среднюю отражательную способность для структур измеряли в диапазонах длин волн 720-1100 нм. Результаты приведены в рубрике «Сравнительный пример А» в таблице.

Номер примера	Образец	% углерода	Средняя отражательная способность (720 нм-1100 нм)
Сравни- тельный пример А	Вспененный ПТФЭ с нанесенным фторуглеродным покрытием	0	83,3
1	Вспененный ПТФЭ с нанесенным фторуглеродным/ углеродным покрытием	0,075	26,8

Пример 2

Для демонстрации способности настоящего изобретения обеспечивать получение как различного эстетичного цвета, так и олеофобности (пример 2) получали следующую далее композицию (1,5 г Witcolate ES-2 (Witco Chemical Co.), 0,6 г 1-гексанола, 6,7 г деионизованной воды, 1,5 г AG8025 (Asahi Glass Co. Ltd.) и 0,2 г голубого красителя (Techtilon Blue). Данные ингредиенты добавляли в следующем порядке: вода, поверхностно-активное вещество и спирт. К данной водной системе добавляли остальные функциональные добавки. Данную водную систему перемешивали в результате встряхивания в течение приблизительно одной минуты в условиях окружающей среды. Данную водную смесь наносили на одну сторону мембраны из вспененного ПТФЭ с 20 г/м². Водная смесь смачивала носитель из вспененного ПТФЭ в течение секунды. Для мембраны с нанесенным покрытием проводили отверждение в лабораторном сушильном шкафу при 190°С в течение 2 минут. В результате получали воздухопроницаемую олеофобную мембрану голубого цвета. Воздухопроницаемость подтверждали при использовании мембраны с нанесенным покрытием, результат измерения по Герли для которой составлял приблизительно 28 секунд. Показатель оценки масла для мембраны с нанесенным покрытием был равен 8.

Пример 3

Для демонстрации возможности придания микропористому носителю покрытия, указывающего на значение рН, и гидрофильности, меняющейся в зависимости от значения рН, получали смесь в виде следующей далее композиции: 1,3 г Witcolate ES-2 (Witco Chemical Co.), 0,6 г 1-гексанола, 6,3 г деионизованной воды, 2,0 г полиакриловой кислоты (Aldrich Chemical, 19203-1) и 0,3 г бромфенолового голубого. Данная смесь сразу же смачивала мембрану из вспененного ПТФЭ с 20 г/м ². Для мембраны с нанесенным покрытием проводили отверждение в лабораторном сушильном шкафу при 190°С в течение 2 минут. В результате получали воздухопроницаемую мембрану желтого цвета. При воздействии капли воды данная мембрана оставалась желтой и не смачивалась даже при воздействии легкого нажатия пальцем. Под действием раствора NaOH (~рН 10) цвет мембраны изменялся, переходя от желтого к голубому, и разбавленный раствор NaOH проходил через мембрану при воздействии легкого нажатия пальцем. Данная мембрана обладает гидрофильными свойствами по отношению к основному раствору и представляет собой индикатор рН, демонстрирующий присутствие основного раствора.

Данный пример обеспечивал придание дополнительного функционального элемента в виде светонепроницаемости. При размещении мембраны без нанесенного покрытия на странице с написанным текстом при обычных условиях освещения в помещении написанный текст можно было видеть. При размещении на той же самой странице с написанным текстом при тех же самых условиях освещения мембраны с данным многофункциональным покрытием написанный текст видеть было нельзя.