[发明专利]材料和方法

说明书

技术领域

本发明涉及防污涂层(anti-foulingcoatings)以及包括该涂层的基材和装置。本发明还涉及涂布基材的方法，与相当的未涂布基材相比，该方法用于减轻或防止在这种涂布基材上产生污垢。

背景技术

基材会在许多情况下与污物(foulingagent)发生接触，这些污物会随着时间的延长而沉积在基材上。例如，在海洋环境和水环境中，在诸如家用设备、玻璃或其他表面之类的基材上，常常会产生污垢。换热器和其他与水(尤其是硬水)接触的机器会随着时间的延长而产生污垢或结垢，并且食品和饮料加工设备以及其他工业机器或装置中的许多部件常常会发生人们所不期望的斑块累积(plaquebuild-up)或产生污垢。根据情况的不同，基材的污垢可以是不美观的、能够导致卫生或健康以及安全方面的问题、能够被迫导致耗费成本的设备停歇时间以及维护/清洁成本、并且降低设备运行效率。因此，开发能够避免或减轻在暴露于污物(如食品和饮料、工业化学品、水、牛奶和其他奶制品)、海洋或水环境、污水等的基材上产生污垢的技术是人们所迫切需要的，并且存在巨大的商业动机。

乳品工业尤其受到设备污垢的影响，其需要频繁进行昂贵的清洁步骤以在产生污垢之后恢复设备性能。其中显著的问题不仅仅是清洁的花费和设备的停歇时间，而且必需的清洁步骤要求使用水、能源和不环保的化学清洁剂(如强酸和/或碱)。

由于奶体系的热不稳定性，乳品工业中的奶垢(milkfouling)非常严重(Changani和Belmar-Beiny，1997)。文献提出蛋白质和矿物质可能均与奶垢的产生有关，其中奶垢的产生始于表面吸附，并且在不同条件(温度和流动模式)下涉及不同的机理(Burton1968；Delsing和Hiddink，1983)。随后发生由热引发的反应从而累积污垢层，并最终形成乳石(milkstones)(deJong和Bouman，1992；Delplace、Leuliet等人，1997；Chen和Bala，1998；Chen和Chen，2001；Bansal和Chen，2006)。

根据处理温度可将奶沉淀物分为A型和B型沉淀物。A型沉淀物在小于110℃的温度下产生，其由50重量％至60重量％的蛋白质以及30重量％至35重量％的矿物质构成，这远高于鲜奶中所发现的比例。A型沉淀物呈乳脂状并且为白色，其被称为蛋白垢。然而，如果过度加热，则其会变为棕色并且变得更硬。B型沉淀物在大于110℃的加热温度下产生，其由15重量％至20重量％的蛋白质以及高达70重量％的矿物质构成(Lalande、Tissier等人，1984)。据认为主要的矿物质化合物为磷酸钙。这种沉淀物的硬度高于A型沉淀物，呈灰色，其被称为矿物垢(Burton，1968)。

发生于(乳品工业和其他工业中的)换热器装置表面上的人们所不期望的沉淀成为热传递的附加热阻，这降低了热传递设备的热工-水力性能。

例如在乳品工业中，人们所考虑的试图减轻表面污垢的一种方法为：改变换热器表面的特性，以期改变与污物间的相互作用，其中该相互作用会导致第一沉淀层的吸附。其理论为：由于底层结构被改变，因此随之的污垢反应也将发生改变，并且污垢反应有希望被抑制(Liu、Chan等人，2010)。此前，为了减轻热处理过程中的奶垢，已试验了防污涂层技术，如Ni-P-PTFE涂层、Silica、SiOx、和Diamond-likeCarbon(DLC)涂层。尽管这些涂层改变了被这些涂层涂覆的换热器的污垢行为，但是其结果并不是商业上可接受的(Beuf,M.、G.Rizzo等人，(2004))。例如，污垢减轻效果不明显，或者涂层导致了其他问题，如剥离或者脱落至产品流中、基材劣化、或者产品污染。

在许多工业中都存在水结垢问题，尤其是涉及到硬水的工业。位于换热器表面上的水垢通常会对热传递产生更大的阻力。在冷却水应用中，硬水中的钙和镁形成组合物，该组合物易于从溶液中析出并形成人们所不期望的沉淀物(SultaKhan,Zubair等人，1996)。通过表面特性的改变，也可将水结垢作用降至最低。

鉴于这些背景，希望研发这样一种方法，当基材与污物接触时，该方法能够防止或者减轻在基材表面上产生污垢。例如，研发这样的方法是有用的：该方法能够防止或者减轻因暴露于各种不同的污物而在一系列不同基材上产生污垢。

通过如下详细说明，本发明的其他方面将是显而易见的。

发明内容