Liquid-Impregnated表面涂层| 2017-09-01 | PCI杂志 - 188bet搏金宝,188金宝搏bet官网

Lubricant-impregnated表面,通常称为liquid-impregnated表面(LIS),光滑的表面,有效地消除无滑动边界条件,允许粘性液体,凝胶和乳剂自由滑动。他们优良的非润湿行为和自洁特性使LIS涂料有吸引力的滑面各种各样的应用程序,包括消费品、农用化学品、石油和天然气、制造、医疗、制药、能源和公用事业。

此外,LIS涂料可以提供显著的可持续的效益。他们可以减少浪费,增加产品产量,提高生产效率,提供一致的剂量和支持产品创新。事实上,最近的一项LiquiGlide调查¹证实了LIS涂料有潜力为浪费解决消费者的问题。例如,1亿加仑的失去了相关产品和数十亿美元的浪费成本每年发生在处理坦克涂料制造业。²LIS涂料目前正在应用于这些油漆制造坦克收回这些成本通过减少收获损失,浪费水和清洗时间。

在本文中,我们将详细介绍LIS涂料行业的科学和应用,检查如何比较LIS涂层和传统的油漆和涂料技术,以及审查基本LIS概念和涂层设计特点。188BET竞彩

对LIS)技术

LIS)是一种平台技术,使用动态和热力学框架,该通知的设计稳定、滑涂层为特定的应用程序。而传统涂料创建一个干燥、固体表面,涂层是由固体和液体材料的配方来生成一个持久的湿和湿滑的表面(图1)。液体层是进一步设计自发芯变形(或多孔固体)和持续产品的生命周期的持续时间。188金宝搏bet官网因此,虽然漆必须合并和干燥成薄膜,LIS涂料成为功能一旦交付的液体。

图1”比较传统的关于涂层膜的形成和LIS涂层技术。传统涂料技术依赖于干膜的形成来实现所需的薄膜性能,同时LIS涂料技术利用湿膜实现滑溜。(示意图描述了干膜的形成是改编自http://www.raincoating.com/system.html。)

此外,虽然已经有最新进展将“智能”功能合并到传统油漆和涂料,许多这些属性已经固有的LIS涂料。术语“智能”功能涂料是指涂被设计用来应对特定的环境刺激,如温度、光或水分,通常为了自我修复,自我组装和自洁。³然而,这些传统的涂料依赖注入化学功能或结构到现有干电影生产所需的“智能”功能的影响。自我修复涂料⁴依靠化学有效载荷从微胶囊的释放涂层损坏,而自洁涂料⁵通常依赖于纳米技术质地疏水电影或超疏水化学方法来生成它们的非润湿特性。

相比之下,直接滑功能合并到液体层涂料的涂层。LIS涂层自修复由于移动液体层,分散在整个变形或多孔固体。LIS涂料也自洁,因为他们极低的接触角滞后和能力击退各种液体。此外,LIS涂料可以合并功能来优化产品滑动速度通过适当选择液体粘度、涂层厚度和底层固体结构。

LIS涂料与选择

LIS涂料比替代滑截然不同的涂料、超疏水表面或多余的液体等方法,因为LIS涂料可以维持他们的滑溜。传统的超疏水表面依靠低能量的结合材料和纳米/微尺度结构稳定气泡下水滴。188金宝搏bet官网⁶合成表面很滑的液滴最初建立的粗糙表面的粗糙和显示表观接触角大于150度。⁷然而,在某些情况下,气泡可以崩溃和液滴可以成为刺穿,导致nonslippery表面(图2)。这些条件包括振动、挤压、冲击,迅速减速,应用电场或蒸发。磨损也会降低这些超疏水涂层的滑溜通过机械降解的纳米尺度和微尺度特性,支持这些气泡。因此,超疏水涂料耐久性有限,因为他们依赖于稳定的气液界面保持滑溜。

图2”示意图描述替代滑涂层技术的稳定性与LIS涂料。(一)超疏水涂料有限耐久性由于一个不稳定的空气层。(b)多余的液体方法失去滑溜多余的液体流失。(c) LIS涂料由于毛细管力作用下保持滑溜。

多余的液体的方法,如滑liquid-infused多孔表面(滑),已被证明提供冰排斥性,压力稳定和增强的光学透明度。⁸多余的液体的方法是基于一个多余的润滑油膜被“锁定”在微/纳米多孔基质,在润滑液应用于表面有足够的体积完全淹没微/纳米多孔衬底。尽管过度润滑膜能有效地消除接触线将水滴,上面的液体,微/纳米多孔膜毛细管力作用下不稳定,并可以通过重力和其他部队容易流失,从而影响滑性质⁹(图2 b)。因此,流动性过剩的方法会随着时间失去滑溜,多余的润滑油膜消耗从微/纳米多孔衬底。

相比之下,LIS涂料是热力学稳定、耐用涂层,可以维持他们的滑溜(图2)。他们不依赖空气口袋也没有多余的润滑膜生成滑溜。相反,LIS涂料使用毛细管力作用下引起的微观结构来创建润滑液的口袋,而不是空气,和细致的纹理设计的固体材料暴露量降到最低,从而确保极低水平的接触线固定。¹⁰虽然毛细管力作用下保持液体表面紧密,内裹入润滑液是可移动的纹理,产生良好的自愈性能(优先提供润滑液浸湿固体)。此外,LIS涂料保持滑即使底层固体结构暴露的部分。热力学框架(在下一节中描述)是建立在LIS涂料维持滑溜的能力在不同的平衡态,没有任何多余的液体层。

基本的LIS)概念

LIS涂料是由变形或多孔固体层以适当的表面化学和随后的液体(或润滑剂)层,分散在整个固体结构和稳定的毛细管力。工作流体(即。,water droplet or product) slides on the liquid layer because the liquid layer effectively eliminates the no-slip boundary condition.

工程LIS涂料的关键是适当的表面化学和拓扑的润滑液优先浸湿微观变形固体。因此,选择合适的固体和液体原材料对李家涂层设计过程是至关重要的。188金宝搏bet官网首先,液体应该选择与工作流体的非混相。它还应该保持表面上的终身工作流体。因此,高沸点液体和低蒸气压力通常选择减少液体蒸发。

第二,LIS涂料使用一个建立热力学框架(图3)涂层设计指南。联合创始人兼首席执行官戴夫史密斯LiquiGlide,派生的热力学框架描述12种不同润湿状态的工作流体,如水滴,在液体层包含在一个变形固体。¹¹润湿状态有明显不同的界面配置,外面和下降,下面是取决于液体的能力传播工作流体。配置取决于工作流体的材料性能,润滑液体,固体材料表面形态和周围的环境。

图3把12润湿状态分为两个子集的六种不同的热力学状态基于液体的扩散行为在工作流体。当扩散系数_噢(a)液体(o)的工作流体(w)的空气(S (a)大于零_噢(a)> 0),液体将传播工作流体,形成一个“斗篷。“斗篷厚度估计的纳米,这可能会导致最小夹带,但不太可能影响工作流体的性质。¹²例如,LIS涂料已经证明没有副作用(味道、气味、颜色变化等)对蛋黄酱产品在隐身政权。¹³的情况下_噢(a)< 0,液体不分布在工作流体,因此,没有隐身效果观察。Noncloaking LIS涂料往往更健壮、更长寿,因为不是耗尽由于液体夹带液体层。

图3»热力学框架组成的12种不同的用于设计LIS涂料润湿状态。前两个图表不同润湿状态分为两个子集基于液体的扩散行为的工作流体(即水滴)。每个子集的六个可能状态取决于润滑液浸湿的底层变形固体在空气的存在(垂直轴)和工作流体(水平轴)。(复制许可ref。11从皇家化学学会的。)

在这两个子集,下面有三个不同的形态描述的工作流体的稳定性LIS涂层。第一种情况(见州A3-W1和A2-W1)的工作流体取代液体层,使直接接触固体结构。液滴变成固定在固体结构,不能移动,因此,合成表面不光滑,让一个可怜的LIS涂层。第二种情况(见州A3-W2和A2-W2)描绘了一个润湿状态,液体层仍在变形固体和工作流体接触只有接触固体特性。这些表面很滑,当接触固体结构几何特性最小化。第三例(见州A3-W3和A2-W3)展品最滑溜的工作流体没有接触固体结构。工作液是热力学稳定的液体薄膜。虽然有利于设计LIS涂料实现第三个案例中,它可能严重限制润滑剂的选择可以满足这个润湿条件。

固体表面化学和基础结构中扮演重要角色规定不同的形态在工作流体。固体表面的特征是一个粗糙度(r)和固体部分(ϕ)参数。粗糙度是测量总表面积的固体投影面积,而固体分数表示的固体部分暴露在工作流体。粗糙度和固体部分的组合可以用来计算一个关键角问_c并建立hemi-wicking标准固体结构(因为q_c=(1 -ϕ)/ (r -ϕ)¹⁴)。液体会自发地芯成固体结构(在空中)如果其接触角q_{操作系统(一)}在一个光滑的衬底低于临界角度相同的材料。然而,稳定的LIS涂料需要满足hemi-wicking标准工作流体的存在为了维持他们的滑溜。实现优先润湿状态的液体浸湿固体下面工作流体(A3-W2, A2-W2 A3-W3, A2-W3), q_{操作系统(w)},还必须小于临界角q_c。

底层结构也是一个重要参数控制的滑动速度工作流体或产品。例如,它是观察到水滴滑动速度降低时增加接触固体的底层结构。¹¹

产品滑动速度也可以通过润滑液的粘度。水滴已被证明有一个慢得多的速度在一个更高粘度1000 cSt硅油润滑液比低粘度10中科硅油润滑液(当使用相同的底层固体结构)。¹¹确定滑动速度是成反比的润滑液粘度对于一个给定的固体结构。

为商业应用制定LIS涂料时,重要的是识别(a)一个合适的固体和液体的组合材料,确保优先润湿和(b)一个可行的方法来创建一个基础坚实的质地,减少固定并产生一个稳定的LIS涂料产品的生命周期。188金宝搏bet官网例如,它可能很难匹配合适的液体和固体满足hemi-wicking条件(q_{操作系统(w)}<问_c,问_{操作系统(一)}<问_c)在一个复杂的产品(如蛋黄酱)和确保产品不会取代液体。精确的理解之间的交互产品,液体,固体结构和周围的环境是重要的,但有必要确定接触线的形态。重要的努力被测量或预测这些交互制定LIS涂料。常见的结构制造技术,如光刻、湿蚀刻,溶胶-凝胶法合成和分层技术,也往往过于昂贵,复杂,或低效生产商业LIS涂层。因此,商业设计LIS涂料必须符合热力学润湿标准以及客户需求如他们期望的程度的“滑溜”长寿(例如,超过产品的保质期)和监管要求。

未来的发展方向

LIS涂料有未开发的潜力,因为他们可以被应用到各种行业推进可持续发展,减少浪费,增加产品产量,提高生产效率,提供一致的剂量和支持产品创新。LIS涂料可用于粘性液体通过管道移动,在外部表面,从一辆坦克或从一个包分配。此外,涂料是耐用的,可以制定维护其在产品的生命周期中滑溜。虽然李家涂层设计参数是复杂的,他们简化为商业应用,比如讨论了涂料行业,应继续从干膜形成涂层转移到长期潮湿的表面。188BET竞彩

引用

1 LiquiGlide调查1000名客户的意见浪费http://liquiglide.com/wp-content/uploads/
2014/11/141119-LiquiGlide-Consumer-Survey-Press-Release.pdf

2 https://www.environmentalleader.com/
2016/12 / tackling-manufacturing-waste-inside-the-tanks /

3凯恩,r;克雷布斯,r;Lalgudi r;里瑟尔,美国的科学智能疏水性涂料、油漆和涂料行业杂志,2017年2月的问题。188BET竞彩

4 Thakur V.K.;凯斯勒,核磁共振自修复聚合物纳米复合材料:复习,聚合物,2015,69,369 - 383。188金宝搏bet官网

5送煤气,l .新兴机会智能涂料、油漆和涂料行业杂志,2016年2月的问题。188BET竞彩

6张,x;施,f;妞妞,j .;江,y;王,z超疏水表面:从结构控制功能的应用程序,j .板牙。化学。,2008, 18, 621-633.

7张,d;王,l;钱,h;李x超疏水表面防腐:回顾一下最近的进展和未来的发展方向,j .外套。抛光工艺》2016。13日,11-29 Res。

8王,T.S.;康,萨达姆政权;唐,S.K.T.;Smythe E.J.;哈顿,最初;Grinthal, a;Aizenberg, j . Bioinspired自我修复滑表面压力稳定Omniphobicity,自然,2011,477,443 - 447。

9所罗门,开国元勋之一B.R.安贝德卡对;Subramanyam S.B.;在萨利助教;哈利勒K.S.;Anand,美国;瓦拉纳西,株式会社:“Lubricant-Impregnated表面,”Non-wettable表面:理论,准备,和应用程序,第十章,285 - 318,2016。

10 Quere, d .灵活的下降,众议员掠夺。理论物理。,2005, 68, 2495-2532.

11史密斯,J.D.;Dhiman r;Anand,美国;Reza-Garduno大肠;科恩,镭射气;麦金利G.H.;瓦拉纳西,株式会社Lubricant-Impregnated表面液滴流动,软物质,2013年,1772 - 1780。