[发明专利]含氟聚合物和二氧化钛双层涂层

说明书

技术领域

本公开涉及双层涂层。双层包括包含二氧化钛的第一自组装单层以及包含氟化聚合物的第二自组装单层。还描述了掺入多个此类双层的制品以及制备此类制品的方法。

发明内容

简而言之，在一方面，本公开提供了包括基底和粘合到基底表面的涂层的制品。涂层包括m个双层，其中每个双层包括第一自限单层和相邻的第二自限单层，其中单层中的一个包含二氧化钛并且另一个单层包含氟化高分子电解质。双层的数量m为大于或等于1的整数。在一些实施例中，m大于或等于5。在一些实施例中，m不大于20。

在一些实施例中，二氧化钛包括二氧化钛纳米颗粒。在一些实施例中，纳米颗粒的平均直径不大于750纳米，例如介于5纳米和25纳米之间，包括端值。在一些实施例中，包含二氧化钛的单层基本上不含聚合组分。

在一些实施例中，氟化高分子电解质是全氟化的，例如全氟磺酸聚合物。

在一些实施例中，单层中的一个直接粘合到基底的表面。在一些实施例中，第一层粘合到基底的表面，并且单层中的一个直接粘合到第一层。在一些实施例中，第一层是第三自限单层。

在一些实施例中，制品还包括设置在双层的离基底最远的表面上的第二层。在一些实施例中，第二层是第四自限单层。

在一些实施例中，基底的表面是带负电的。在一些实施例中，基底的表面是带正电的。在一些实施例中，基底包括玻璃。在一些实施例中，基底包括聚合物膜。

在一些实施例中，每个单层是逐层自组装单层。

本公开的上述发明内容并非意图描述本发明的每一个实施例。本发明的一个或多个实施例的细节还在下文的描述中示出。本发明的其它特征、目标和优点在说明书和权利要求中将显而易见。

附图说明

图1示出了根据本公开的一些实施例的制品。

图2示出了根据本公开的一些实施例的另一个制品。

具体实施方式

逐层(LBL)自组装是允许精确控制纳米级涂层厚度的涂布技术。LBL技术可用于制备多种多样的光学涂层、生物医学涂层以及气体阻隔和阻燃涂层，连同其他应用。一般来讲，可使用环境友好型水性涂布溶液，并且非平面基底的共形涂层是可行的。可由包括聚合物和纳米颗粒两者的广泛材料组来制备涂层。

涂布方法基于具有互补官能团的材料的交替吸附。例如，当将带负电的基底(例如，玻璃)浸入包含多阳离子(例如，聚二烯丙基二甲基氯化铵)的溶液中时，该多阳离子将扩散到表面并吸附到表面上，直到表面电荷逆转为止，从而得到自限单层。即，扩散和吸收将继续，直到基底上基本上没有可触及的阴离子位点为止。如本领域普通技术人员理解的，所形成的自限层可能不是真实的单层。例如，空间位阻和方法可变性可导致真实单层的微小变化。另外，纳米颗粒可以聚集体的形式沉积，使得单层可包含单一纳米颗粒以及纳米颗粒的聚集体两者。另外，在一些实施例中，聚合材料可扩散到不易在清洗步骤中移除的所吸收的聚合物层中。然而，如本文所用，术语自限单层涵盖此类已知的变型形式。

在形成第一自限单层后，可清洗该基底以移除多余的弱结合材料。然后可将所得带正电的(即，多阳离子改性的)基底浸没在包含多阴离子(例如，聚丙烯酸)的溶液中。同样，聚合物将扩散到表面并吸附到表面上，直到表面电荷逆转为止，从而形成第二自限单层。然后清洗步骤移除多余材料。

可重复该循环以逐层积聚涂层，其中每个层是自限单层。明显地，可用带正电的基底开始并颠倒阴离子层和阳离子层的施加顺序，来执行相同方法。此前，这仅是学术界所使用的缓慢而繁琐的涂布方法。然而，目前已通过卷对卷喷涂方法在工业规模上证实了逐层组装，例如加利福尼亚州森尼韦尔的砂亚纳米技术公司(SvayaNanotechnologies,Inc.(Sunnyvale,California))所证实。

涂层一般被表示为(多阳离子/多阴离子)m，其中m为所沉积的“双层”的数量。双层是指多阳离子层与多阴离子层的组合。一般来讲，可存在任何数量的双层m。在一些实施例中，m为至少5，例如至少10。在一些实施例中，m不大于50，例如不大于20。在一些实施例中，m介于5和20之间，包括端值，例如，介于10和20之间，包括端值。

一般来讲，多阳离子层可包含阳离子聚合物或阳离子纳米颗粒。同样，多阴离子层可包含阴离子聚合物或阴离子纳米颗粒。掺入纳米颗粒的层也可掺入聚合粘结剂。然而，在一些实施例中，包含纳米颗粒的层基本上不含(例如，不含)聚合粘结剂。