Способ получения ультрафобной поверхности на керамических материалах

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАФОБНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Щукин Георгий Лукич Ратько Анатолий Иванович Беланович Анатолий Леонидович Савенко Виктор Петрович Карпушенков Сергей Александрович Азарова Татьяна Алексеевна Азаров Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ получения ультрафобной поверхности на керамических материалах, включающий нанесение гидрофобизирующего раствора и сушку, отличающийся тем, что керамические материалы пропитывают в течение 5 мин органозолем, содержащим 5 диоксида кремния с размерами частиц до 20 нм, сушат при комнатной температуре в течение 30 мин, а затем термообрабатывают в закрытой камере при температуре 180-250 С в течение 2 часов. Изобретение относится к способу получения ультрафобной поверхности на керамических материалах и может найти применение в различных отраслях промышленности, использующих керамические материалы. Отличительной особенностью ультрафобных поверхностей является то, что угол смачивания капли жидкости, как правило воды, находящейся на поверхности составляет 150-170, и угол скатывания не превышает 10. Под понятием угол скатывания подразумевается угол наклона в основном плоской поверхности керамического материала относительно горизонтали, при котором неподвижная капля воды объемом 10 мкл при наклоне поверхности начинает скатываться с нее под действием собственной силы тяжести. Известен метод гидрофобизации керамических поверхностей и керамических изделий путем обработки поверхностей жидкостью, содержащей фторсилан с последующей сушкой 1. Недостаток полученных по этому способу поверхностей заключается в том, что краевой угол смачивания составляет менее 150. Известен также процесс изготовления водоотталкивающих керамических поверхностей путем обработки поверхности жидкостью, содержащей гибридный неорганическийорганический полимер с последующей сушкой 2. 11545 1 2009.02.28 Однако и при таком подходе также получают гидрофобную поверхность с краевым углом смачивания меньше 150. Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения ультрафобной поверхности на металлах, пластмассах, стекле или керамике 3. Ультрафобную поверхность получали путем изготовления формы в виде негатива, т.е. формы с обратным отпечатком с соответствующей требуемой ультрафобной поверхности топографией, выполненную из смеси пластмассы и ультрафобной добавки, которая при отверждении осаждается в виде тонкой пленки между поверхностью формы и формированным изделием из пластмассы или указанную форму отливали из полимерного материала и затем на это формованное изделие наносили ультрафобное покрытие путем выдержки в течение 24 ч при комнатной температуре образца в растворе н-декантиола в этаноле (1 г/л) в закрытом сосуде, затем промывали в этаноле и сушили. Краевой угол смачивания составлял 115-167 в зависимости от природы подложки и ее топографии поверхности. Недостатками данного способа являются сложность и длительность всех процессов. Задачей предлагаемого изобретения является сокращение длительности и упрощение способа получения ультрафобной поверхности на керамических материалах. Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения ультрафобной поверхности на керамических материалах последние пропитывают в течение 5 мин органозолем 5 диоксида кремния с размерами частиц до 20 нм, сушат при комнатной температуре в течение 30 мин, а затем термообрабатывают в закрытой камере при температуре 180-250 С в течение 2 ч. Органозоль получали путем растворения аморфного диоксида кремния (удельная поверхность 300 м 2/г) в смеси толуола и изопропилового спирта. Получается прозрачный,слегка синеватый раствор органозоля со следующими характеристиками содержание 2- 5(мас.), вязкость - 9 спуаз, размеры частиц 2 не превышают 20 нм. В качестве керамического материала использовали образцы оксидной, карбидной и нитридной керамики с размерами 20205 мм и пористостью 7-8 . Изобретение проиллюстрировано следующими примерами. Пример 1. Образцы оксидной, карбидной и нитридной керамики погружали на 5 мин в органозоль диоксида кремния, затем сушили на воздухе при комнатной температуре в течение 30 мин,помещали в закрытую камеру (автоклав, колба с пробкой и т.п.), которую загружали в сушильный шкаф, нагревали до 180 С и выдерживали при этой температуре в течение 2 ч. Затем камеру с образцами охлаждали до комнатной температуры и проводили оценку гидрофобности образцов. Краевой угол смачивания, находящейся на их поверхности капли воды, составлял больше 150. При наклоне поверхности образца на угол 10 капля воды скатывается с нее. Пример 2. Обработку образцов проводили аналогично примеру 1, только термообработку в закрытой камере проводили при температуре 215 С в течение 2 ч. Краевой угол смачивания капли воды на поверхности образца составлял больше 150, капля воды скатывается с поверхности образца при наклоне на угол 10. Пример 3. Обработку образцов проводили аналогично примеру 1, только термообработку в закрытой камере проводили при температуре 250 С в течение 2 ч. Краевой угол смачивания капли воды на поверхности образца составлял больше 150. капля воды скатывается с поверхности образца при наклоне на угол 10. Пример 4. Обработку образцов проводили аналогично примеру 1, только термообработку в закрытой камере проводили при температуре 300 С в течение 2 ч. После нанесения на поверхность образца капли воды последняя мгновенно впитывается в объем образца. 2 11545 1 2009.02.28 Пример 5. Обработку образцов проводили аналогично примеру 1, только термообработку в закрытой камере проводили при температуре 150 С в течение 2 ч. После нанесения капли воды на поверхность образца капля имеет краевой угол смачивания 120 и при наклоне образца не скатывается с ее поверхности. Пример 6. Обработку образцов проводили аналогично примеру 1, только термообработку в закрытой камере проводили при температуре 120 С в течение 2 ч, после нанесения капли воды на поверхность образца последняя мгновенно впитывается в объем образца. Пример 7. Обработку образцов проводили аналогично примеру 1, только термообработку в закрытой камере проводили при температуре 180 С в течение 1,5 ч. После нанесения капли воды на поверхность образца она имеет краевой угол смачивания 120 и при наклоне образца не скатывается с его поверхности. Пример 8. Обработку образцов проводили аналогично примеру 1, только термообработку в закрытой камере проводили при температуре 180 С в течение 3 ч. Краевой угол смачивания капли воды на поверхности образца составил больше 150. Капля воды скатывается с поверхности образца при наклоне на угол 10. Пример 9. Обработку образцов проводили аналогично примеру 1, только термообработку в закрытой камере проводили при температуре 180 С в течение 2 ч в сушильном шкафу, не помещая их в закрытую камеру. После нанесения на поверхность образца капли воды последняя мгновенно впитывается в объем образца. Таким образом, предлагаемый способ получения ультрафобной поверхности на керамических материалах упрощает и ускоряет получение ультрафобной поверхности (краевой угол скатывания везде превышает 150) по сравнению с прототипом. Источники информации 1. Европейский патент ЕР 1076050, МПК С 04 В 41/84, С 04 В 41/89, 2001. 2. Европейский патент ЕР 1072571, МПК С 04 В 41/49, 2003. 3. Заявка. ФРГ 19860136, МПК В 05 5/00, В 05 7/14, 2000. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3