CZ20012318A3 - Ultrafobní povrch, způsob jeho přípravy a pouľití - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká ultrafobního povrchu, způsobu jeho přípravy a jeho použití. Povrch má povrchovou topografii, ve které jsou prostorové frekvence f jednotlivých Fourierových složek a jejich amplitudy a( f) vyjádřeny integrálem funkce S

S(log f) = a(f).f (1) vypočteným v mezích log(fi/pm^_1) = -3 a logífi/pm¹) = 3 nejméně 0,5, přičemž povrch sestává z hydrofobního nebo zvláště oleofobního materiálu nebo je povlečen hydrofobním nebo zvláště oleofobním materiálem.

Dosavadní stav techniky

Ultrafobní povrchy se vyznačují skutečností, že kontaktní úhel kapky kapaliny, obvykle vody, je na povrchu podstatně o o větší než 90 a úhel odvalení nepřesahuje 10 . Ultrafobní poo vrchy s kontaktním úhlem >150 a se zmíněným úhlem odvalení mají velké použití v technice, jelikož například nejsou smáčivé olejem nebo vodou, částice špíny k nim přiléhají jen velmi slabě a povrchy jsou samočisticí. Pojem samočisticí zde znamená schopnost povrchu pohotově odvádět částice špíny nebo prachu, ulpělé na povrchu, do kapalin, které přes tento povrch tečou.

Nechybělo proto úsilí vyvinout takové ultrafobní povrchy. Například v patentovém spise Číslo EP 476510 Al se popisuje způsob přípravy ultrafobního povrchu, při kterém se na skleněný povrch nanáší film oxidu kovů a povrch se leptá pomocí Ar plasmy. Povrchy připravené tímto způsobem mají však nevýhodu, o

že kontaktní úhel kapky na povrchu je menší než 150 .

• · • ·

Americký patentový spis číslo US 5 693 236 také uvádí řadu způsobů přípravy ultrafobních povrchů, při kterém se nanášejí mikroskopické jehličky oxidu zinečnatého na povrch pomocí pojivá a odkrývají se různými způsoby (například plasmou). Povrch, strukturovaný tmto způsobem, se povlékne vodoodpudivou kompozicí. Takto strukturovaný povrch má pravděpodobně kontaktní úhly do 150

Světový patentový spis číslo WO 96/04123 podobně popisuje způsoby přípravy ultrafobních povrchů. Kromě jiného se popisují žádoucí povrchové struktury vytvářené již během přípravy lisování hydrofobních polymerů, při kterém se výlisky připravují od počátku ve formách, jejichž povrch je negativem struktury požadovaného povrchu. Jako nedostatek tohoto způsobu je však nutno uvést, že negativ struktury požadovaného povrchu se musí napřed připravit, než může být předmět s požadovanou strukturou povrchu vylisován. Během přípravy negativu formy, jak shora popsáno, se však mohou na povrchu vyskytnout vady, které poškodí povrchové vlastnosti pozitivního výlisku hydrofobního polymeru.

Úkolem vynálezu tedy je vyvinout ultrafobní povrchy a o způsob jejich přípravy, aby byl kontaktní úhel >150 a odváloo vací úhel s výhodou <10

Odvalovacím úhlem se zde míní úhel sklonu v podstatě rovného, ale strukturovaného povrchu vůči vodorovné poloze, na kterém se začne pohybovat stacionární kapka vody o objemu 10 μΐ v důsledku působení gravitační síly při naklonění povrchu.

Konkrétním problémem je, že ultrafobní vlastnost se zjišťuje na povrchách různých materiálů majících úplně jiné povrchové struktury, jak vyplývá z uvedených příkladů. Až dosud neexistoval způsob, který by byl schopen stanovit ultrafobní vlastnost povrchu nezávisle na materiálu. Dalším úkolem vyná3 • ·

lesu tedy je nalézt způsob, při kterém mohou být povrchy zkoušeny na ultrafobní vlastnost nezávisle na materiálu.

Podstata vynálezu

Strukturovaný povrch mající ultrafobní vlastnosti, spočívá podle vynálezu v tom, že povrchová topografie, ve které hodnota integrálu funkce S

S(log f) = a(f) .f ( 1) který udává vztah mezi prostorovými frekvencemi f jednotlivých Fourierových složek a jejich amplitudami a(f) je alespoň 0,5 v integračních mezích 1 og( f i / jam^-1) = -3 a log(fi/um^_1) = 3 a povrch sestává z hydrofobniho nebo zvláště oleofobního materiálu nebo je povlečen hydrofobním nebo zvláště oleofobním materiálem.

Hydrofobním materiálem se zde vždy míní materiál, který má na úrovni nestrukturovaného povrchu kontaktní úhel pro vodu o větší než 90 .

Oleofobním materiálem se na úrovni nestrukturovaného kaný s dlouhým řetězcem, jako

Integrál funkce (1) má s

Přednost se dává úhel pro vodu nejméně ultrafobnímu

150 , zvláště zde vždy míní materiál, který má povrchu kontaktní úhel pro n-alo je n-dekan, větší než 90 .

výhodou hodnotu >0,6.

povrchu, který má kontaktní o nejméně 155 .

Ultrafobní povrchem nebo jeho substrátem je s výhodou kov, plast, sklo nebo keramický materiál.

Kov je volen s výhodou ze souboru zahrnujícího berylium, hořčík, skandium, titan, vanad, chrom, mangan, železo, kobalt, nikl, měď, technecium, indium, cín,

zinek, galium, yttrium, zirkon, ruthenium, rhenium, palladium, lanthan, cér.

pium, gadolinium, terbium, um, ytterbium lutecium, niob, molybden, stříbro, kadmium, praseodym, neodym, samarium, eurodysprosium, holmium, erbium, thulihafnium, tantal, wolfram, rhenium, osmium, iridizm, platina, zlato, thalium, olovo, vizmut, zejměna t i tan, hliník, hořčík a nikl nebo slitiny těchto kovů.

Kovem ultrafobního povrchu je velmi výhodně slitina hliníku a hořčíku, obzvlášť výhodně slitina AlMg3.

Vhodným polymerem pro ultrafobní povrch nebo jeho substrátem je termoset nebo termoplast.

Termosetový polymer je volen zejména ze souboru zahrnujícího pryskyřici dia11y1ftalátovou, epoxidovou, močovinoformaldehydovou, me1aminformaldehydovou, melaminfenolformaldehydovou nebo fenolformaldehydovou pryskyřici, polyimid, silikonový kaučuk a nenasycenou polyesterovou pryskyřici.

Termoplastový polymer je volen zejména ze souboru zahrnujícího termoplastický polyolefin, například polypropylen nebo polyethylen, polykarbonát, polyesterkarbonát, polyester (například PBT nebo PET), polystyren, styrenový kopolymer, SAN pryskyřici, kaučuk obsahující styrenový roubovaný kopolymer, například ABS polymer, polyamid, polyuretan, polyfenylensulfid, polyvinylchlorid nebo jakékoli možné směsi uvedených po1ymerů.

Jako substráty pro povrchy podle vynálezu se obzvláště dobře hodí tyto termoplastové polymery:

polyolefiny, jako polyethylen s nízkou a vysokou hustotou, například 0,91 g/cm³ až 0,97 g/cm³, které se mohou připravovat známými způsoby (například Ullmann (4.) 19, od str. 167; Winnmacker-Kuchler (4.) 6, str. 353 až 367; Elias & Vohwinkel, • ·

Neuere Polymere Werkstoffe fiir die industrielle Anwendung, Munchen, Hanser 1983.

Vhodnými jsou také polypropyleny s molekulovou hmotností 10000 g/mol až 1 000000 g/mol, které se mohou připravovat známými způsoby (Ullmann (5.) A10, od str. 615; Houben-Weyl E20/2 od str. 722; Ullmann (4.) 19, od str. 195; Kirk-Othmer (3.) 16, od str. 357.

Jsou však také možné kopolymery uvedených olefinů nebo s dalšími cř-olefiny, jako jsou například polymery ethylenu s butenem, s hexenem a/nebo s oktenen, EVA (ethylen-vinylacetátové kopolymery), EBA (ethylen-ethylakrylátové kopolymery), EEA (ethylen-butykakrylátové kopolymery), EAS (kopolymery kyseliny akrylové a ethylenu), EVK (ethylenvinylkarbazolové kopolymery), EPB ( ethylenpropylenové blokové kopolymery), EPDM ( ethylenpropylendienové kopolymery), PB (polybuteny), PMP (polymethylpenteny), PIB (pólyisobutyleny) , NBR (akrylonitrilbutadienové kopolymery), polyisopreny, methylbutylenové kopolymery, isoprenisobutylenové kopolymery.

Způsoby přípravy takových polymerů jsou popsány v literatuře (například Kunststoff-Handbuch [Polymer Handbook], sv.IV, Mtinchen, Hanser Verlag; Ullman (4. vydání) 19, od str. 167; Winnacker-KUchler (4.vydání) 6, str. 353 až 367; Elias & Vohwinkel Neue Polymere Werkstoffe [Novel Polymeric Materials], MUnchen, Hanser 1983; Franck & Biederbick, Kundstoff Kompendium [Polymer Compendium] Wurzburg, Vogel 1984).

Termoplastické polymery vhodné podle vynálezu jsou také termoplastické aromatické polykarbonáty, zvláště na bázi difenolů obecného vzorce I

P • · · • · • · · kde znamená

A jednoduchou vazbu, skupinu alkylenovou s 1 až 5 atomy uhlíku, alkylidenovou se 2 až 5 atomy uhlíku, cykloalkylidenovou s 5 až 6 atomy uhlíku, atom síry,, skupinu -SO2-, atom kyslíku, oxid uhelnatý, nebo skupinu arylenovou se 6 až 12 atomy uhlíku, která je popřípadě kondenzována s dalšími aromatickými kruhy obsahujícími heteroatomy,

B na sobě nezávisle skupinu alkylovou s 1 až 8 atomy uhlíku, arylovou, se 6 až 10 atomy uhlíku, s výhodou fenylovou, aralkylovou se 7 až 12 atomy uhlíku, s výhodou benzylovou, atom halogenu, s výhodou atom chloru nebo bromu, x na sobě nezávisle číslo 0, 1 nebo 2 a

P číslo 1 nebo O;

nebo alkylovou skupinou substituované dihydroxyfenylcykloalkaný obecného vzorce II

kde znamená

R¹ a R² na sobě nezávisle atom vodíku, atom halogenu, s výhodou chloru nebo bromu, skupinu alkylovou s 1 až 8 atomy uhlíku, cykloalkylovou s 5 až 6 atomy uhlíku, arylovou se 6 až 10 atomy uhlíku, s výhodou fenylovou a aralkylovou se 7 až 12 atomy uhlíku, s výhodou fenylalkylovou s^ 1 až 4 atomy uhlíku v alkylovém podílu, zvláště benzylovou skupinu, m Číslo 4 až 7, s výhodou 4 nebo 5,

R³ a R⁴ pro každé Z na sobě nezávisle atom vodíku nebo skupi7 • · • · «

nu alkylovou s 1 až 6 atomy uhlíku, s výhodou atom vodíku, skupinu methylovou nebo ethylovou a

Z atom uhlíku, s podmínkou, že alespoň jeden atom Z, R³ a R⁴ znamenají současně skupinu alkylovou.

Vhodnými difenoly obecného vzorce I jsou například hydrochinon, resorcinol, 4,4 -dihydroxydifenyl, 2,2-bis-(4-hydroxyfenyl)propan, 2,4-bis-( 4-hydroxyfeny1)-2-methylbutan, 1,1-bis-(4-hydroxyfenyl)cyklohexan, 2,2-bis-(3-chlor-4-hydroxyfenyl)propan nebo 2,2-bis- ( 3, 5-dibrom-4-hydroxyfenyl)propan.

Výhodnými difenoly obecného vzorce I jsou 2,2-bis-(4-hydroxyfenyl)propan, 2,2-bis-( 3, 5-dichlor-4-hydroxyfenyl)propan a 1 , 1-bis-(4-hydroxyfenyl)cyklohexan.

Výhodnými difenoly obecného vzorce II jsou dihydroxydi feny lcykloa lkaný s 5 až 6 atomy uhlíku v kruhu v cykloalifatické skupině (m =4 nebo 5 v obecném vzorci II), jako jsou například difenoly obecného vzorce

(Ha)

(lib) a (Hc),

CH₃ • ·

• ♦ · · · • ······ · • · · · • · · · · · přičemž obzvlášť vhodný je 1,1-bis-(4-hydroxyfenyl)-3,3,5-Lri methylcyklohexin vzorece líc.

Vhodné polykarbonáty podle vynálezu mohou být známým způsobem rozvětvené a s výhodou začleněním 0,05 až 2,0 mol %, vztaženo k sumě použitých difenolu, tří funkčních a více než třífunkčních sloučenin, například sloučenin se třemi nebo více než třemi fenolovými skupinami například florglucinol,

4,6-dimethyl-2,4,6-tri-( 4-hydroxyfenyl)-hept-2-on,

4.6- dimethyl-2,4,6-tri-( 4-hydroxyfenyl)heptan,

1,3,5-tri -(4-hydroxyfenyllbenzen,

1,1,1-tri -(4-hydroxyfenyl)ethan, tri -(4-hydroxyfenyl)fenylmethan,

2,2-bis-(4, 4-bis-(4-hydroxyfenyl)cyklohexyl)propan,

2.4- bis-(4-hydroxyfeny1)isopropyl)fenol,

2.6- bis-(2-hydroxy-5 -methylbenzyl)-4-methyl fenol,

2-(4-hydroxyfenyl)-2-(2, 4-dihydroxyfenyl)propan, hexa- (.4-(. 4-hydroxyf enyl i sopropyl) fenyl ) ortoteref tal át tetra-(4-hydroxyfenyl)methan tetra-(4-(4-hydroxyfenylisopropyl)fenoxy)methan a

1.4- bis-((4’ ,4’ ’ -dihydroxytri fenyl)methyl)benzen.

Některými jinými tri funkčními sloučeninami jsou kyselina

2.4- dihydroxybenzoová, trimesiková nebo trimellitová kyselina, chlorid kyanurové kyseliny a 3,3-bis-(3-methyl-4-hydroxyfeny1)-2-oxo-2, 3-d i hydro i ndo1.

Výhodnými polykarbonáty jsou, vedle bisfenol A homopolykarbonátu, kopo1ykarbonáty bisfenolu A obsahující až 15 mol%, vztaženo na mol všech difenolů, 2,2-bis-(3,5-dibrom-4-hydroxyfenyl)propanu.

Použité aromatické polykarbonáty mohou být částečně nahrazeny aromatickými polyesterkarbonáty.

• ·

• · · · · · • · • · · ·

Aromatické polykarbonáty a/nebo aromatické polyesterkarbonáty jsou z literatury známy a mohou se připravovat způsoby popsanými v literatuře (například příprava aromatických polykarbonátů je popsána v knize Schnell Chemistry and Physics of Polycarbonates Interscience Publishers 1964, v německé vyložené přihlášce vynálezu DE-AS číslo 1 495626, v německé zveřejněné přihlášce vynálezu číslo DE-OS 2 232877 , DE-OS 2 703376, DE-OS 2 714544, DE-OS 3 000610, DE-OS 3 832396: příprava aromatických polyesterkarbonátů je popsána například v německé zveřejněné přihlášce vynálezu číslo DE-OS 3 077934).

Aromatické polykarbonáty a/nebo aromatické polyesterkarbonáty se mohou připravovat například reakcí difenolů s halogenidy kyseliny uhličité, s výhodou s fosgenem a/nebo s dihalogenidy aromatické dikarboxy1ové kyseliny, s výhodou s dihalogenidy benzendikarboxylové kyseliny, s výhodou s dihalogenidy benzendikarboxylové kyseliny, mezi fázovým způsobem, popřípadě za použití terminátorů řetězců a optimálně za použití tri funkčních nebo více než tri funkčních rozvětvovacích činidel Kromě styrenových kopolymerů jednoho nebo alespoň dvou ethylen íčky nenasycených monomerů (vinylmonomerů) jsou vhodné jako termoplastové polymery, jako například polymery styrenu, <x-methyl styrenu, v kruhu substituovaných styrenu, akrylonitrilu, methakrylonitri 1u, methylmethakrylátu, maleinanhydridu, N-substítuovaných maleimidu a (meth)akry1átů majících v alkoholovém podíle 1 až 18 atomů uhlíku.

Kopolymery jsou pryskyřičné, termoplastové a prosté kaučuku .

Výhodnými jsou kopolymery styrenu mající nejméně jeden monomer ze souboru zahrnujícího styren, a-methylstyren a/nebo v kruhu substituovaný styren s alespoň jedním monomerem ze souboru zahrnujícího akry1onítri 1, methakrylonitri1, methyl1.0 ······· ·· ··· · · • · · · · · ··· ··· · ·· ·· ·♦ ··· methakrylát, male inanhydrid a/nebo N-substituovaný maleimid.

Obzvláště s výhodou obsahuje termoplastový kopolymer hmotnostně 60 až 95 % monomerů styrenu a 40 až 5 % dalších vinylových monomerů.

Obzvláště výhodnými jsou kopolymery styrenu s akrylonitrilem a popřípadě s methyl methakryl átem, ot-methyl styrenu s akry Ion i tri lem a popřípadě s methylmethykrylátem, nebo styrenu a cx-methyl styrenu s akry 1 on i tr i 1 em a popřípadě s methylmethakry1átem.

Styrenakrylon itri 1ové kopolymery jsou známé a mohou se připravovat polymeraci s volnými radikály, zvláště emulzní, suspenzní, roztokovou nebo blokovou polymeraci. Kopolymery mají s výhodou molekulovou hmotnost Mw (hmotnostní střední, stanovenou rozptylem světla nebo sedimentací) 15 000 až 200 000 g/mol.

Obzvlášť výhodnými kopolymery jsou také statistické kopolymery styrenu a maleinanhydridu, které se mohou připravovat z odpovídajících monomerů kontinuální blokovou nebo roztokovou polymeraci s neúplnou konversí.

Podíly obou složek statistických styrenmaleinanhydridových kopolymerů, vhodných pro účely vynálezu, mohou kolísat v širokých mezích. Výhodný hmotnostní podíl maleinanhydridu je 5 až 25 %.

Místo styrenu mohou polymery obsahovat také v kruhu substituované styreny, jako je p-methylstyren, 2,4-dimethylstyren a jiné substituované styreny, jako je cí-methylstyren.

Molekulové hmotnosti (střední číselné Mn) styrenmaleinanhydridových kopolymerů může kolísat v širokých mezích. Před• · · nost se dává 60 000 až 200 000 g/mol. U těchto produktů je výhodná mezní viskosita 0,3 až 0,9 (měřeno v dimethy1formamidu

Q při teplotě 25 C; Hoffmann, Kroner, Kuhn, Polymeranalytik I, Stuttgart, od str. 316, 1977).

Vhodnými termoplastovými polymery jsou roubované kopolymery. Zahrnují roubované kopolymery s kaučukovou pružností, které lze získat z alespoň dvou monomerů ze souboru zahrnujícího: choropren, 1,3-butadien, isopren, styren, akrylon itri 1, ethylen, propylen, vinylacetát a (meth)akryláty s 1 až 18 atomy uhlíku v alkoholovém podílu: například jak jsou popsány v knize Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl), sv. 14/1, Georg Thieme Verlag Stuttgart, str. 393 až 406 1961; a v knize C.B.Bucknal1, Toughened plasics“ Appl . Science Pub1ishers, London 1977. Výhodné roubované polymery jsou částečně zesítěné a mají hmotnostní obsah gelu větší než 20 %, zvláště větší než 40 % a především větší než 60 %.

Výhodnými roubovanými kopolymery jsou například kopolymery styrenu a/nebo akry1 onitri 1u a/nebo alkyl(meth)akrylátů roubované na polybutadieny, butadien/styrenové kopolymery a akrylátové kaučuky; například kopolymery typu popsaného v německé zveřejněné přihlášce vynálezu číslo DE-OS 1 694173 (odpovídá americkému patentovému spiss číslo 3 564 077); polybutadieny, roubované alkylakryláty nebo methakryláty, vinylacetátem, akrylonitri lem, styrenem a/nebo alkylstyreny, butadienstyrenové nebo butadienakrylonitrilové kopolymery, polyísobuteny nebo polyisopreny, popsané například v německé zveřejněné přihlášce vynálezu číslo DE-OS 2 348377 (odpovídající americkému patentovému spisu číslo 3 919353).

Obzvlášť výhodnými polymery jsou například ABS polymery, popsané například v německé zveřejněné přihlášce vynálezu číslo DE-OS 2 035390 (odpovídající americkému patentovému spisu číslo 3 644574) nebo DE-OS 2 248242 (odpovídající britskému • · patentovému spisu číslo 1 409275).

Roubované kopolymery se mohou připravovat známými způsoby, jako je bloková, suspenzní, emulzní nebo bloková suspenzní polymerace.

Termoplastovými polymery, kterých lze použít, jsou polyamid 66 (polyhexamethylenadipamid) nebo polyamidy cyklických laktamů se 6 až 12 atomy uhlíku, s výhodou laurolaktamu a obzvlášť výhodně £-kaprolaktámu = polyamid 6 (polykaprolaktam) nebo kopolyamidy s hlavními složkami 6 nebo 66 nebo směsi, jejíchž hlavní složkou jsou uvedené polyamidy. Přednost se dává polyamidu 6, připravenému aktivovanou aniontovou polymeraci nebo kopolyamid, jehož hlavní složkou je polykaprolaktam a který se připraví aktivovanou aniontovou polymeraci.

Výhodnými keramickými materiály jsou oxidy, karbidy nebo nitridy shora uvedených kovů a kompozity na bázi těchto materiálů.

Topografii jakéhokoli povrchu lze v zásadě popsat kombinací Fourierových složek prostorových frekvencí f_x a fy a amplitud a(f_x) a a(fy) spojených s frekvencemi. lambda_x = f_x ^_1 a lambday = fy^-1 jsou strukturní délky souřadnic x a y.

V technologii je zvykem používat tak zvané spektrální hustoty síly Sz(fx,fy). Průměrná spektrální hustota síly je úměrná průměru všech kvadratických amplitud při příslušných prostorových frekvencích f_x a fy. Je-li povrch isotropický, může být topografie povrchu charakterizována spektrální hustotou síly PSD(f) zprůměrovanou v polárním úhlu. Spektrální hustota síly PSD(f) je stále dvourozměrnou funkcí rozměru [délka]⁴, ačkoli oba směry jsou identické a v úvahu se bere pouze jeden. Tento výpočet je popsli například C.Ruppe a A.Duparré (Thin Solid Films 288, str. 9 rovnice (2), 1996).

V závislosti na tom, jakého způsobu měření se použije k určení topografie se získají přímo spektrální hustoty síly, nebo se výsledky převedou na spektrální hustotu síly (PSD(f) pomocí Fourierovy transformace údajů výšky profilu topografie. Tento převod je popsal například C.Ruppe a A.Duparré (Thin Solid Films 288, str. 9 (1996) a zde se na něj odkazuje.

Povrchová topografie ultrafobního povrchu má pod kapkou kapaliny oblasti zvýšené a oblasti snížené, přičemž jejich výška a hloubka kolísá mezi O,1 nm až 1 mm. Vzhledem k enormnímu rozpětí pásma není běžně dosud možno určit povrchovou topografii pomocí jediného způsobu měření, což znamená, že je třeba kombinovat navzájem tři způsoby měření a vyhodnocování k přesnému určení povrchové topografie. Těmito způsoby měření jsou:

1) interferometrie v bílém světle (WLI)

2) řádkovací mikroskopie atomické síly (AFM)

3) řádkovací tunelová mikroskopie (STM).

Pomocí těchto způsobů měření se PSD(f) stanoví v každém případě po sekcích v poměrně malém překrytí delta f prostorové frekvence. Tato spektrální hustota síly, stanovená po sekcích, se pak kombinuje k získání celkové PSD(f) v rozsahu prostorové frekvence f=10'³ μϋΐ¹ až f = 10³ jam^-1. Technika kombinování křivek PDS, stanovených po úsecích, popsal například C.Ruppe a A.Duparré (Thin Solid Films 288, str. 10, 1996).

K určení spektrální hustoty síly se používá interferometrie bílého světla (WLI) v rozsahu prostorové frekvence od delta f=10~³ mm^-1 do 1 pm^-1, kde v měřeném poli 1120 jam x 1120 jam se měří rozsah prostorové frekvence: delta f = 9xl0^-4 pm^-1 až 2x10¹ jam^-1 v měřeném poli 280 pm x 280 jam se měří rozsah prostorové frekvence delta f = 4xl0'³ μη¹ až 9x10¹ jam^-1 v měřeném poli 140 jam x 140 jam se měří rozsah prostorové frekvence • · delta f = 7xl0^-3 μπι¹ až 2x10° jum~ ¹ .

Při tomto způsobu měření se stanoví výše z(x,y) profilu za použití interferometru bílého světla, kde z je výška nad žádoucí referenční výškou z_o v příslušném místě daném souřadnicemi x nebo y. Přesný experimentální pokus a způsob měření popsali R.J.Recknagel, G. Notní (Optics Commun. 148, str.122 až 128, 1998). Výše z(x,y) profilu se převede obdobně jako v případě snímací mikroskopie atomové síly (scanning atom ic force microscopy) nebo snímací tunelovací mikroskopie (scanning tunneling microscopy) dále popsané.

Snímací mikroskopie atomové síly (scanning atomic force microscopy AFM) se používá ke stanovení spektrální hustoty síly v rozsahu prostorové frekvence delta f = lxlO^-2 um^-1 až lxlO³ μι»¹ a je to standardní způsob měření známý pracovníkům v oboru, při kterém se výškový profil z_m.n povrchu zaznamenává způsobem kontaktu nebo odpichování pomocí mikroskopu snímání atomové síly. Při tomto způsobu měření se používá různých snímaných oblastí LxL. Tyto snímané oblasti a počet datovaných bodů N se používají k výpočtu minima a maxima prostorové frekvence, která může být zkoumána ve snímané oblasti, kde platí vztah^: fmax = N/2L nebo fmin = 1/L. S výhodou se ve snímané ploše měří 512 bodů, takže ve snímané ploše 50 μιη x 50 μιη se měří rozsah prostorové frekvence:

delta f	= 2x10'	2 jjm-1 až 5	jam-1, ve snímané ploše 10 jam x	10	μη
se měří	rozsah	prostorové	frekvence
delta f=	1x10-1	jim- 1 až 3x	101 jam-1 , ve snímané ploše 1 μιη x	1	jam
se měří	rozsah	prostorové	frekvence
delta f	= 1 um-	1 až 3x102	jam- 1 .

Výškový profil z_m,n závisí na smluvní referenční výšce z_o;

m,n jsou souřadnice měřených míst směru x nebo y, zaznamenané v ekvidistační vzdálenosti delta L. Data výškového profilu se převádějí na průměrnou spektrální hustotu síly PSD v souladu

« s rovnicemi 1 a 2 , které popsal C. Ruppe a A. Duparré (Thin Solid Films 288, str. 9, 1996).

Snímací tunelové mikroskopie (STM) se používá ke stanovení spektrální hustoty síly v rozsahu prostorové frekvence delta f = 1 x 10¹ ym^_1 až lxlO³ tím¹ a je to standardní způsob měření obecně známý pracovníkům v oboru, při kterém se výškový profil ζπ,η povrchu zaznamenává pomocí snímacího tunelového mikroskopu. Také při tomto způsobu měření se používá různých snímaných oblastí LxL. Tyto snímané oblasti a počet datovaných bodů N se používají k výpočtu minima nebo maxima prostorové frekvence, která může být zkoumána ve snímané oblasti, kde platí vztah:

fmax = N/2L nebo fmin =1/L. S výhodou se ve snímané ploše měří 512 bodů, takže ve snímané ploše 0,5 um x 0,5 um se měří rozsah prostorové frekvence delta f = 2 u® ¹ až 5 x 10³ jjm*¹ , ve snímané ploše 0,2 um x 0,2 pm se měří rozsah prostorové frekvence delta f = 5 jum^-1 až lxlO³ jam¹, ve snímané ploše 0,1 jum x 0, 1 uim se měří rozsah prostorové frekvence delta f = lxlO^-1 u®'¹ až 3xl0³ jam^-1.

Výškový profil z_m,n závisí na smluvní referenční výšce Zo: m,n jsou souřadnice měřených míst směru x nebo y, zaznamenané v ekvidistační vzdálenosti delta L. Data výškového profilu se převádějí na průměrnou spektrální hustotu síly PSD v souladu s rovnicemi 1 a 2 , které popsal C. Ruppe a A. Duparré (Thin Solid Films 288, str, 9, (1996).

Přesný experientálηí popis a provádění měření AFM a STM popsali například S.N. Magonov, M.H. Whangbo (Surface Analysis s STM a AFM, VCH, Weinheim 1996, zejména na str. 47 až 62).

Křivky PSD získané různými způsoby měření nebo s různými snímanými oblastmi se kombinují k získání křivky PSD(f)

♦ · · β ·· • · «to •· · •9

9« •· * ·t v rozsahu prostorové frekvence ΙΟ^-3 μπι'¹ až 10³ pm^-1. Křivka PSDCf) se sestrojí způsobem, který popsali C. Ruppe a A. Duparré (Thin Solid Films 188, str. 10 aš 11, 1996). Na obr. 1 aš 4 jsou výsledné křivky PSD(f) v logaritmických souřadnicích 1og(PSD(f)/nm⁴) jako funkce logíf/pm¹).

Spektrální hustoty síly tohoto typu byly také známy určitou dobu pro mnoho jiných povrchu a lze jich použít k velmi rozmanitým účelům, jak popisuje například J.C. Stover (Optical Scattering, 2. vydání, SPIE Press, Bellingham, Washington, Sp. st. a. , 1995, kapitola 2, od str. 29 a kapitola 4, od str. 85) .

K dosašení lepší ilustrace topografie povrchů pro sledované účele je vypočtena amplituda a(f) závislá na prostorové frekvenci sinusových Fourieriových členů ze spektrálních hustot síly PSD(f). K tomu je použito vzorců (4.19) na stránce 103 a tabulky 2.1 na stránce 34 a tabulky 2.2 na stránce 37 knihy J.C.Stover, Optical Scattering, 2. vydání, SPIE Press, Bellingham, Washington, Sp. st. a., 1995. Amplitudy a( f) sinusových Fourieriových členů normalizované související strukturní délkou lambda = f¹ jsou vyneseny na obr. 5 aš 8 v závislosti na logaritmu prostorové frekvence log(f/pm^_1) ve funkci S j ako

S(log f) a( f) . f

Vynález je založen na překvapujícím poznatku, še povrch, který je opatřen strukturou, pro kterou integrál funkce SClog f) = a(f).f, vypočtený v mezích fi/pm^_1= -3 a f2/pm^_1= 3 je větší neš 0,5, a který sestává z hydrofobního materiálu nebo je hydrofobním materiálem povlečen, má ultrafobní vlastnosti takové, o že kapka vody na tomto povrchu má obecně kontaktní úhel >150 .

Úplně nový překvapující poznatek umožňuje předpovídat *· ·· ··

9 · · · · * ·· * · • 9 9 9 9 9 9

9 9 0 9 » •fr ·· ♦·

mnohé detaily týkající se procesních stupňů při přípravě ultrafobních povrchů. Klíčovým postulátem poznatku je = Obr. 5 až 8 ukazují strukturní amplitudy a(f) . f normalizované vlnovými délkami lambda = f¹ pro různé frekvence f na logaritmické stupnici log(f). Hodnota a(f).f = 0,5 například znamená, že normovaná amplituda, tedy drsnost Fourierové složky je 0,5násobkem její vlnové délky lambda = f¹. Integrál rovnice (1) tedy udává, že

- průměr všech normovaných amplitud aíf).f pro jednotlivé rozdílné frekvence musí přesahovat hodnotu 0,5, tedy, že drsnost zprůměrovaná přes všechny frekvence musí být k získání ultrafobního povrchu maximalizovaná,

- do tohoto součtu jsou pojaty různé prostorové frekvence se stejnou váhou (pomocí reprezentace log(f)). Je proto nevýznamné, ve kterém frekvenčním oboru příslušná drsnost leží.

Na základě tohoto poznatku pracovník v oboru ví, že například zdrsnění povrchu kuželovými částicemi stejné velikosti je nevýhodné. Co však je výhodné, je přídavné zdrsnění povrchu částic menšími strukturami, například použitím malých částic, které přilnou na větších částicích nebo na nich ulpí, ale které nejsou přítomny odděleně podél velkých částic.

Kromě toho je zřejmé, že například při zdrsnění povrchu rýhami (například pomocí abrazivních částic) je třeba zajistit, že dna rýh musejí být z jejich hlediska opět co možná drsná v následném rozměrovém řádu velikostí. Není-li tomu tak, je třeba primární deprese jako takové znovu zdrsnit v dalším stupni.

V této souvislosti se připomíná, ze nové, zde popisované poznatky nekladou žádná omezení depresí nebo drsných struktur, částic, které jsou naneseny na strukturu pro ultrafobní povrch, z hlediska tvaru nebo profilu Pokud jde o příklad drsných povrch, a které tvoří nutnou mohou jemné struktury na částicích samotných mít úplně odlišný tvar (například jiné spektrum prostorové frekvence) od struktury, kterou tvoří na povrchu samotné částice.

Kromě toho stanovení amplitud Fourierových členů závislých na frekvencích s pomocí spektrální hustoty síly ve shora uvedené formě, otevírá netušené možnosti testování různých materiálů s úplně odlišnými strukturami povrchu s ohledem na jejich ultrafobní vlastnost a její posouzení.

Vynález se dále týká způsobu testování povrchů na ultrafobní vlastnosti, spočívajícího v tom, že povrch je povlečen tenkou vrstvou vzácného kovu nebo GaAs jako promotorem adhese, obzvláště zlata obzvláště v tloušťce vrstvy 10 až 100 nm ato mizací, povlékne se fobicizační pomocnou látkou, s výhodou dekanthi olem, pak se topografie povrchu analyzuje, zejména s použitím kombinace snímací tunelové mikroskopie, snímací mikroskpie atomové síly a iterferometri í v bílém světle a z naměřených dat se prostorové frekvence f jednotlivých Fourierových členů a jejich amplitudy a(f) vyjádří integrálem funkce S

S(log f) = a(f).f vypočteným v integračních mezích log fi/gm^_1= -3 a log f2/nm^_1 =3 a popřípadě se změří kontaktní úhel vody na takto zpracovaném povrchu.

Pomocí povlaku promotorem adheze (zpravidla zlatém v tloušťce 10 až 100 nm) a volbou konsistentního fobizačního činidla, je možno zkoumat různé materiály, jejichž povrch je v zásadě vhodný pro vyvinutí ultrafobních povrchových vlastností, nezávisle na materiálu. Tak jsou navzájem porovnatelné různé povrchové struktury.

Přednost se dává ultrafobnímu povrchu, který má povlak

hydrofobní fobicizační látky, kterou je obzvláště anionická, kationická, amfoterní nebo neionlcká mezifázově aktivní sloučen i na.

Mezifázově aktivní sloučeniny jakékoli molekulové hmotnosti se považují za fobicizační pomocné látky. Těmito sloučeninami jsou s výhodou aniontové, kationtové, amfoterní nebo ne iontové mezifázově aktivní sloučeniny známé z literatury (například Surfactants Europa, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Gordon L, Hol lis, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1995).

Příklady aniontových fobicizačních pomocných látek jsou: alkylsulfáty, ethersulfáty, etherkarboxy1áty, fosfátové estery, sulfosukcináty, amidy sulfosukcinátú, parafinsulfonáty, olefinsulfonáty, sarkosináty, isothionáty, tauráty a sloučeniny na bázi ligninů.

Příklady kat iontových fobizačních pomocných átek j sou kvarterní alkylamoniové sloučeniny a imidazoly.

Příklady amfoterních fobizačních pomocných látek j sou betainy, glycináty, propionáty a imidazoly.

Příklady neiontových fobizačních pomocných látek jsou alkoxyláty, alkylamidy, estery, aminoxidy, alkylpolyglykosidy, alkylsulfidy a alkyldisulfidy. Vhodné jsou také reakční produkty alkylenoxidů s alkylovatelnými sloučeninami, jako jsou například mastné alkoholy, mastné aminy, mastné kyseliny, fenoly, alkylfenoly, arylalkylfenoly, jako styrenfenolové kondenzáty, karboxamidy a pryskyřičné kyseliny.

Obzvlášť výhodné jsou fobicizační pomocné látky, ve kterých je 1 až 100 %, obzvlášť výhodně 60 až 95 % vodíkových atomů substituováno atomy fluoru. Příkladně se uvádějí perfluo20

rované alkylsulfáty, perfluorované alkylsulfonáty, perfluorované alkylsulfidy, perfluorované alkyldisulfifdy, perfluorované alkylfosfonáty, perfluorované alkylfosfináty a perfluorované karboxylové kyseliny.

Jako fob icizadních pomocných látek pro hydrofobni povlaky nebo jako polymerního hydrofobního materiálu pro povrch se dává přednost použití sloučenin s molekulární hmotností My >500 až 1 000000, s výhodou 1000 až 500000 a zejména 1500 až 20000. Polymerními pomocnými fobicizačními látkami mohou být neintové, aniontové, kationtové nebo amfoterní sloučeniny. Kromě toho mohou být polymerními pomocnými fobicizačními látkami homopolymery a kopolymery, roubované polymery a roubované kopolymery a statistické blokové polymery.

Obzvlášt výhodnými polymerními pomocnými fobicizačními látkami jsou látky typu AB, BAB, a ABC blokových polymerů. V blokových polymerech AB nebo BAB je segment A hydrofi lni homopolymer nebo kopolymer a B blok je hydrofobní homopolymer nebo kopolymer nebo jeho sůl.

Zvláštní přednost se dává aniontovým polymerním fobicizačním pomocným látkám, zvláště produktům kondenzace aromatických sulfonových kyselin s formaldehydem a alkylnaftalensulfonových kyselin nebo formaldehydu, naftalensulfonových kyselin a/nebo benzensulfonových kyselin, kondenzačním produktům popřípadě fenolu substituovanému formaldehydem a bisulfitem sodným .

Výhodnými jsou také kondenzační produkty získate 1né reakcí naftolů s alkanoly, přidáním alkylenoxidu a alespoň částečnou přeměnou koncových hydroxylových skupin na sulfoskupiny nebo na skupiny monoesteru kyseliny maleinové, ftalové nebo jantarové .

V jiném výhodném provedení jsou fobicizační pomocné látky [lacuna] ze skupiny sulfosukcinátů a alkylbenzensulfonátů. Výhodné jsou také sulfátované, alkoxylované mastné kyseliny a jejich soli. Alkoholy alkoxylováných mastných kyselin se míní obzvlášť alkoholy mastných kyselin se 6 aš 22 atomy uhlíku, které jsou popřípadě nasycené nebo nenasycené a mají 5 až 120, 6 až 60 a obzvlášť výhodně 7 až 30 ethy1enoxidových skupin, zvláště stearylalkohol. Sulfátované alkoxylované alkoholy mastných kyselin jsou nejvýhodněji ve formě solí, zejména solí alkalických kovů nebo amoniové soli, s výhodou diethylamoniová sůl .

Vynáles se dále týká způsob přípravy ultrafobního povrchu, při kterém forma, která má negativ topografie povrchu vhodného pro ultrafobní povrch, se lisuje se směsí plastu a hydrofobní, nebo obzvláště oleofobní přísady, která se odděluje po vytvrzení jako tenký film mezi povrchem formy a plastovým výliskem.

V jiném výhodném provedení je forma vyplněna polymerem a polymerový výlisek je pak opatřen hydrofobním nebo obzvláště oleofobním povlakem.

Pro účely vynálezu je formou jakákoli požadovaná forma, která může být vyplněna polymery nebo směsí polymerů. Tato forma má povrch, jehož povrchová topografie je negativem jakéhokoli žádaného ultrafobního povrchu.

Topografie povrchu odpovídá však s výhodou ultrafobnímu povrchu leptaného, anodizovaného a utěsněného (například ošetřeného horkou vodou nebo vodní párou) hliníkového povrchu, získatelného způsobem podle německé přihlášky vynálezu číslo 19860138.7, přičemž povrchy nemají hydrofobní povlak. V takovém případě povrch hliníkového nosiče, zpracovaný kyselým e1ektrochemickým leptáním, anodickou oxidací a oplachem horkou o vodou nebo vodní párou při teplotě 50 až 100 C je popřípadě

• · povlečen adhezní promotorovou vrstvou.

V závislosti na použitém materiálu muže být povrch formován litím nebo vstřikováním ztekuceného nebo rozpuštěného termoplastového polymeru nebo dosud nevytvrženého polymeru. Příslušné techniky jsou známy a pracovníkům v oboru technologie polymerů jsou běžné.

Vynález se dále týká způsobu přípravy povrchu majícího ultrafobní vlastnosti, který je lisován z pozitivní formy, která má povrchovou strukturu vhodnou pro ultrafobní povrch, se směsí plastu a hydrofobni nebo obzvláště oleofobní přísady, která se oddělí během vytvrzování tenkého filmu mezi povrchem formy a plastovým výliskem.

V jiném výhodném provedení je forma naplněna polymerem a polymerový výlisek je pak opatřen hydrofobním nebo obzvláště oleofobním povlakem.

Podle vynálezu je formou jakákoli požadovaná forma, která může být vyplněna polymery nebo směsí polymerů. Tato forma má povrch, jehož povrchová topografie je negativem jakéhokoli žádaného povrchu, který vytváří [lacuna] strukturní požadavku pro ultrafobní povrch.

Topografie povrchu odpovídá však s výhodou ultrafobnímu povrchu leptaného, anodizovaného a utěsněného (například ošetřeného horkou vodou nebo vodní párou) hliníkového povrchu, získatelného způsobem podle německé přihlášky vynálezu číslo 19860138.7, přičemž povrchy nemají hydrofobni povlak. V takovém případě povrch hliníkového nosiče, zpracovaný kyselým elektrochemickým leptáním, anodickou oxidací a oplachem horkou o

vodou nebo vodní párou při teplotě 50 až 100 C je popřípadě povlečen adhezní promotorovou vrstvou.

• · · · ···· · · · ·

V závislosti na použitém materiálu může být povrch formován litím nebo vstřikováním ztekuceného nebo rozpuštěného termoplastového polymeru nebo dosud nevytvrzeného polymeru. Příslušné techniky jsou známy a pracovníkům v oboru technologie polymerů jsou běžné.

Vynález je založen na překvapujícím poznatku, že povrch, jehož topografie má předpoklady pro ultrafobní povrch může být formován přímo a z výsledného negativu vychází opět ultrafobní povrch. Tento postup činí přebytečným pracné získávání negativu s topografií ultrafobního povrchu, jak tomu bylo v dosvadním stavu techniky.

Způsobem polde vynálezu je možno připravovat ultrafobní povrchy u kterých je kontaktní úhel kapky na povrchu > 155 Vynález se tedy týká ultrafobních povrchů získaných způsobem podle vynálezu.

Polymery vhodné pro provádění obou lisovacích procesů jsou termosetové nebo termoplastové polymery.

Termosetový polymer se volí ze souboru zahrnujícího pryskyřici diallylftalátovou, epoxidovou, močovinoformaldehydovou, melaminoformaldehydovou, melaminfenolformaldehydovou a fenolformaldehydovou pryskyřici, polyimid, silikonový kaučuk a nenasycenou polyesterovou pryskyřici.

Termoplastový polymer se volí ze souboru zahrnujícího termoplastové polyolefiny, například polypropylen nebo polyethylen, polykarbonáty, polyesterkarbonáty, polyester, (například PBT nebo PET), polystyren, styrenový kopolymer, pryskyřici SAN, styrenem roubovaný kopolymer obsahující kaučuk, například polymer ABS, polyamid, polyuretan, polyfeny1ensulfid, polyvinychlorid nebo všechny možné směsi uvedených polymerů.

Podle vynálezu je f orma z polymeru jako PC nebo PMMA přísady, která při vytvrzován í mezi povrchem formy negat i vu kékoli molekulové hmotnost i.

plněna směsí, která sestává a hydrofobní a/nebo oleofobní vytvoří na povrchu tenký film vytvořeným polymerním výliskem.

Těmito sloučeninami jsou s výhodou aniontové, kationtové, amfoterní nebo neiontové mezi fázově aktivní sloučeniny, známé z literatury (například Surfactants

Europa, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Gordon L, Hol lis, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1995).

Příklady aniontových přísad jsou: alkylsulfáty, ethersulfáty, etherkarboxy1áty, fosfátové estery, sulfosukcináty, amidy sulfosukcinátů, parafinsulfonáty, olefinsulfonáty, sarkosináty, isothionáty, tauráty a sloučeniny na bázi ligninu.

Příklady kationtových přísad látek jsou kvarterní alkylamoniové sloučeniny a imidazoly.

Příklady amfoterních přísad jsou betainy, glycináty, propionáty a imidazoly.

Příklady neiontových přísad jsou alkoxyláty, alkylamidy, estery, aminoxidy, alkylpolyglykosidy, alkylsulfidy a alkyldisulfidy. Vhodné jsou také reakční produkty alkylenoxidů s a1ky1ovate1nými sloučeninami, jako jsou například mastné alkoholy, mastné aminy, mastné kyseliny, fenoly, alkylfenoly, arylalkylfenoly, jako styrenfenolové kondenzáty, karboxamidy a pryskyřičné kyseliny.

Obzvlášť výhodné jsou přísady, ve kterých je 1 až 100 %, obzvlášť výhodně 60 až 95 % vodíkových atomů substituováno atomy fluoru. Příkladně se uvádějí perf1uorované alky1sulfáty,

2¾ - .. ..

··· · · · · · • · · · · · · · • ····♦· ·· ··· perf1uorované alky1 sulfonáty, perf1uorované alky1 sulfidy, perfluorované alkyldisulfifdy, perf1uorované alkylfosfonáty, perfluorované alkylfosfináty a perf1uorované karboxylové kyseliny.

Jako polymerních přísad pro hydrofobní povlak nebo jako polymerního hydrofobního materiálu pro povrch se dává přednost použití sloučenin s molekulární hmotností Mw >500 až 1 000000, s výhodou 1000 až 500000 a zejména 1500 až 20000. Tyto polymerní přísady mohou být neintové, aniontové, kat iontové nebo amfoterní sloučeniny. Kromě toho mohou být těmito polymerními přísadami homopolymery a kopolymery, roubované polymery a roubované kopolymery a statistické blokové polymery.

Obzvlášť výhodnými polymerními přísadami jsou látky typu AB, BAB, a ABC blokových polymerů. V blokových polymerech AB nebo BAB je segment A hydrofi lni homopolymer nebo kopolymer a B blok je hydrofobní homopolymer nebo kopolymer nebo jeho sůl.

Zvláštní přednost se dává aniontovým polymerním přísadám, zvláště produktům kondenzace aromatických sulfonových kyselin s formaldehydem a alkylnaftalensulfonových kyselin nebo formaldehydu, naftalensulfonových kyselin a/nebo benzensulfonových kyselin, kondenzačním produktům popřípadě fenolu substituovanému forma1dehydem a bisulfi tem sodným.

Výhodnými jsou také kondenzační produkty získate1né reakcí naftolů s alkanoly, přidáním alkylenoxídu a alespoň částečnou přeměnou koncových hydroxy1ových skupin na sulfoskupiny nebo na skupiny monoesteru kyseliny maleinové, ftalové nebo jantarové .

V jiném výhodném provedení jsou přísady [lacuna] ze souboru zahrnujícího sulfosukcináty a alkylbenzensulfonáty. Výhodné jsou také sulfátované, alkoxylované mastné kyseliny a jejich soli. Alkoholy alkoxylováných mastných kyselin se míní obzvlášť alkoholy mastných kyselin se 6 až 22 atomy uhlíku, které jsou popřípadě nasycené nebo nenasycené a mají 5 až 120, 6 až 60 a obzvlášť výhodně 7 až 30 ethy1enoxidových skupin, svláště stearylalkohol. Sulfátované alkoxylované alkoholy mastných kyselin jsou nejvýhodněji ve formě solí, zejména solí alkalických kovů nebo amoniové soli, s výhodou diethy1amoniová sůl .

Tímto způsobem se míní, že výlisek už se nemusí opatřovat hydrofobním nebo oleofobním povlakem, což znamená, že se jeden výrobní stupeň může ušetřit.

Ultrafobní povrchy podle vynálezu mají tu přednost, že jsou kromě jiného samočisticí, což znamená, že samočištění se uplatní, je-li povrch vystaven občas dešti nebo tekoucí vodě. Výsledkem ultrafobní vlastnosti je, že vodní kapky se z povrchu skutálejí a částice špíny, které na povrchu zcela volně ulpěly, se usadí na povrchu vodních kapek, které se odkutálejí a jsou tak z ultrafobního povrchu odstraněny. Toto samočištění funguje nejenom s vodou, ale také s olejem.

Vynález se také týká konstrukčního materiálu, který má ultrafobní vlastnosti podle vynálezu.

Existuje velký počet možností průmyslového využití povrchů podle vynálezu. Vynález proto poskytuje následující použití ultrafobních povrchů podle vynálezu:

Použitím ultrafobního povrchu mohou být trupy lodí povlečené ke snížení jejich odporu třením.

Dalším použitím ultrafobního povrchu je úprava povrchů, na kterých voda nesmí ulpívat, aby tam nezmrzla. Příkladně se uvádějí povrchy výměníků tepla například v lednicích a na povrchu letadel.

Povrchy podle vynálezu jsou také vhodné na domovní fasády, střechy, sochy k zajištění jejich samočištění.

Vynález se také týká použití ultrafohních povrchů pro výstelky snižující tření vozidlových těles, jako jsou trupy letade1 a 1od í .

Vynález se dále týká použití ultrafobních povrchu jako samočisticího povlaku nebo panelování stavebních konstrukcí, střech, oken, keramických konstrukčních materiálů například sanitárních instalací, údržbových aplikací.

Vynález se dále týká použití ultrafobních povrchů jako protikorozního povrchu kovových předmětů. Ultrafobní povrchy podle vynálezu se mohou používat jako průhledné vrstvy v případě průhledného substrátového materiálu nebo jako vrchní průhledné vrstvy, obzvláště skleněných nebo plastových krytů, obzvláště solárních článků, vozidel a skleníků.

Vynález se dále týká použití ultrafobních povrchů jako povlaků nádob, ve kterých se manipuluje s kapalinami, například k jejich odměřování nebo k jejich vnášení. Těmito nádobami mohou být například kanyly, hadice nebo zásobníky.

Vynález se také týká způsobu přípravy povrchů majících ultrafobní vlastnosti na bázi slitiny AlMg3, u nichž se povrch čistí, leptá, anodicky oxiduje, pasivuje ve vařící vodě, pří-

pádně se	povléká vzácným kovem jako podpory adheze, zvláště
zlatém s	tloušťkou vrstvy 10 až 100 nm, případně povlečením
atom i zac i	a povlečením hydrofobním materiálem, obzvláště an-
iontovou,	kationtovou, amfoterní nebo neiontovou mezifázově

aktivní sloučeninou jako fobicizační pomocnou látkou.

Místo použití integrálu funkce S • · ·

S(log f) = a( f) . f (1) v integračních mezích 1 og( f i / μτη' ¹) = -3 a log( f2/JJW ¹) = 3 s hodnotou větší než 0,5 k popsání ultrafobního povrchu, je mošno použít také integrálu funkce F

F(logf) = 3 + log(aíf).f) (2) v intervalu log(fi/ym^-1) = -3 až log(fs/ym^-1) = 3.

V rozmezí kladných hodnot F musí být hodnota tohoto integrálu vyšší než 5 k zajištění povrchu s ultrafobnímí vlastnostmi. Popis s použitím funkce F byl použit v německé přihlášce vynálezu číslo 19860136.0. Avšak Popis (1) s použitím funkce S má tu přednost, že hodnota integrálu S(logf) je velmi jasná. Je to proto, že je úměrná normované amplitudě Fourierových členů <a(f).f)> způměrovaných na logaritmické stupnici frekvencí v intervalu -3 <log(fym^-1)< 3. Nalezená podmínka pro přípravu ultrafobních povrchů je v podstatě: normovaný průměr všech Fourierových amplitud <a(f).f > stanovený na logaritmické stupnici frekvencí musí být větší než 0,5/6 = 0,08. Pro 'průměrnou by tudíž frekvence Fourierovy amplitudy musel-, být alespoň přibližně 8 % strukturní délky.

Vynález blíže objasňují, nijak však neomezují následující obr. a příklady praktického provedení přídavně za pomoci funkce F jako v r.Imecké přihlášce vynálezu číslo DE 19860136.0.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1	křivky PSD(f) v příkladech	ultrafobn í ch 1 až 6.	povrchů	podle	vynálezu
Obr.	2	křivky PSD(f)	ultrafobn í ch	povrchů	podle	vynálezu
		v příkladech	7 až 9.
Obr.	3	křivky PSD(f)	ultrafobních	povrchů	podle	vynálezu
		v příkladech	10 až 11.

Obr. 4

Obr. 5

Obr. 6

Obr. 7

Obr. 8

Obr. 9

Obr.10 křivky FSD(f) ultrafobních povrchů podle vynálezu v příkladech 12 až 13.

znázornění amplitud a(f) Fourierových členů závislých na frekvenci u povrchu podle vynálezu v příkladech 1 až 6.

znázornění amplitud a( f ) Fourierových členů závislých na frekvenci u povrchu podle vynálezu v příkladech 7 až 9.

znázornění amplitud a( f) Fourierových členů závislých na frekvenci u povrchu podle vynálezu v příkladech 10 až 11.

znázornění amplitud a( f) Fourierových členů závislých na frekvenci u povrchu podle vynálezu v příkladech 12 až 13.

znázornění kontaktního úhlu vody v závislosti na integrálu funkce S(logf) = a( f) . f vypočteného v integračních mezích log( f ι/μπι *) = -3 a log(f2/um^-1) = 3 pro různé příklady 1 až 13. Na ose y je konkontaktní úhel ve stupních.

amplitudy a(f) Fourierových členů závislé na frekvenci povrchů podle vynálezu v příkladech 1 až 6 v log-log znázornění funkce F (log f) (odpovídající znázornění v německé přihlášce vynálezu číslo DE 19860136.0).

Obr. 11 znázornění kontaktního úhlu vody v závislosti na integrálu funkce S(logf) =a(f).f vypočteného v rozsahu kladných hodnot F v intervalu 1 og( f i /μπ)' ¹) = -3 a 1 og( f2/JJm-¹) =3 pro různé příklady povrchů 1 až 6 (odpovídající znázornění v německé přihlášce vynálezu číslo DE 19860136.0). Na ose y je konkontaktní úhel ve stupních.

Příklady provedení vynálezu

Obecné všeobecné poznámky k příkladům

1. Stanovení topografie povrchu

Ke stanovení topografie povrchu se povrch analyuje pomocí snímacího tunelového mikroskopu, pomocí snímacího mikroskopu atomové síly s použitím interferometrie bílého světla a s použitím úhlového rozkladu rozptylu světla.

Pro snímací tunelovou mikroskopii se použije Nanoscopu III Digital Instruments, Santa Barbara, California, který se provozuje způsobem konstantního toku. Měření se provádí ve vzduchu při teplotě místnosti s použitím mechanicky taženého platino-iridiového hrotu. Snímanými oblastmi L³ jsou postupně plochy 500 x 500 mm³, 200 x 200 mm³ a 50 x 50 mm³, kde v každém případě N³ = 512 x 512 bodů v krocích deltaL = N/L.

Data výškového profilu se převádějí na způměrovanou spektrální hustotu síly PSD v souladu s rovnicemi 1 a 2 (C.Ruppe a A. Duparré, Thin Solid Films 288, str. 9, 1996).

Snímací mikrooskopie atomové síly se provádí pomocí snímacího mikroskopu atomové síly DIMENSION 3000 (Digital Instruments Santa Barbara, California, Sp. st. a.) kontaktním způsobem. Křemíkový hrot má poloměr přibližně 10 nm. Snímanými oblastmi L³ jsou postupně plochy lxl jum³, 10x10 jum³ a 50x50 jum² kde v každém případě N² = 512 x 512 bodů v krocích deltaL = N/L.

Pro interferometrii v bíléém světle je použito mikroskopu LEICA DMR (spol. Leica, Wetzlar). Měřená pole jsou 140x140 um², 280x280 pm², 1120x1120 jum², a 2800x2800 pm², v každém případě s 512x512 body, napětí 50 V..

Křivky PSD(delta f), získané komb1nuj í

k. získání jediné křivky řadn i c í ch log-log podle obr. 1 až tota síly

uvedenmi způsoby měření se

PSD(f) a vynesou se v

4, přičemž spektrální

PSD v nm⁴ a prostorová frekvence f v um¹ jsou souhusbezrozměrné.

2. Výpočet amplitud a( f) závislých na frekvenci

Amplitudy závislé na frekvenci a(f) jsou stanoveny z křivek PSD(f) podle následujícího vzorce:

fJĎ </) = $PSD(f')f'df’ * 2/7πΡ5Ζ)(/)1οβΏ

V f'/Ď

Ve všech případech je za konstantu D, která určuje šířku integračního intervalu a v níž je funkce PSD(f) považována za konstantní, brána hodnota D = 1,5.

Tento vzorec odpovídá v zásadě výpočtu prostorových, na je popsán v literatuře (J.C. Stover. Optical Scattering, 2 vydání, SPIE Press Bel1 i ngham,

Washington, Sp. st.a.,

1995.

103 a v tabulce 2.1 na str. 34 a v tabulce 2,3 na str. 37).

Př i k1 ad

Ve válci ch leštěný plech ze slitiny AlMg3 o ploše 35x35 mm² a o t1ouštce

0,5 mm se odmastí v destilovaném chloroformu.

pak 20 sekund ve vodném roztoku hydrogenuhličitanu sodného (5 g/l) při teplotě

C.

Plech se pak přeleptá 20 sekund v kyselině fosforečné (100 g/l). opláchne se 30 sekund destilovanou vodou a elektro32

-* ·« · · «· • · · · · · · ······ · · · · · « • · · · · · ·· ··· · ♦ · ·* · · chemicky se moří 90 sekund ve směsi kyseliny chlorovodíkové a o kyseliny bori té (v každém případě 4 g/1) při teplotě 35 C a při proudové hustotě 120 mA/cm² střídavého proudu o napětí 35

V.

Po oplachu plechu destilovanou vodou 30 sekund a alkalickém oplachu vodným roztokem hydroxidu sodného (5 g/l) 30 sekund, se 2novu opláchne destilovanou vodou 30 sekund a anodicky se oxiduje 90 sekund kyselinou sírovou (200 g/l) při teploo tě 25 C a při proudové hustotě 30 mA/cm² stejnosměrného proudu o napětí 50 V.

Plech se pak oplachuje 30 sekund v destilované vodě, pak 60 sekund při teplotě 40 C v roztoku hydrogenuhličitanu sodného (20 g/1), pak znovu 30 sekund v destilované vodě a suší a

se 1 hodinu při teplotě 80 C v sušičce.

Takto zpracovaný plech se povlékne přibližně 50 nm tlustou

vrstvou zlata atomizací. Vzorek se	pak	pov1ékne	24-hodi novým
ponořením do roztoku	n-dekanthiolu	v	ethano1u	( 1	g/1) př i
teplotě místnosti v	uzavřené nádobě,	načež	se	opiáchne
ethanolem a vysuší se.					o

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 167 Kapka o vody o objemu 10 jal se skutálí, je-li povrch skloněn <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je ro popsáno v odstaci 1. Stanovení povrchové topografie (1. Determ ination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacunal jsou vyneseny jako křivka 1 na obr. 1.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích log( í i//am^{- 1}) = -3 až log( fz/pm^-1) = 3 je 0,81.

·· ♦·

• to	•	• •		to w • ·
•	• to
to	• •	to ··	•	• to • to	• · • ·

Příklad 2

V tomto příkladu se plech ze slitiny AlMg3 zpracuje a povlékne stejným způsobem jako v příkladu 1, s tím, že přídavně ke zlatému povlaku se plech leptá 20 sekund v 1M hydroxidu sodném, pak se 30 sekund oplachuje destilovanou vodou, pak o ethanolem a a suší se 1 hodinu při teplotě 80 C v sušičce.

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 161 . Kapka o

vody o objemu 10 yl se skutálí, je-li povrch skloněn <10

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je ro popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie” (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 2 na obr. 1.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích

1og(fi/ym“¹) = -3 až log(f2/ym^_1) = 3 je 0,58.

Porovnávací příklad 3

V tomto příkladu se plech ze slitiny AlMg3 zpracuje a povlevlékne stejně jako v příkladu 2, s tím. že se leptá 120 sekund v 1M hydroxidu sodném.

a

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 150 Kapka o vody o objemu 10 yl se neskutálí, je-li povrch skloněn <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je ro popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty 11acunal jsou vyneseny jako křivka 1 na obr. 3.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud β

*- «· »« ·· s ·»···· • > · · ·· · · •9·· * · ·· » - ·· · · · · ·· ·· ··»♦

S(logf) v integračních mezích log( fi/μιτ¹) = -3 až log( f2/jam“ ¹) = 3 je 0,46.

Porovnávací příklad 4

V tomto příkladu se polykarbonátový substrát o rozměrech 35x35 mm² a tloušťce 1 mm povlékne 200 nm tlustou vrstvou hliníku pro atomizaci. Vzorek se pak ponechá 30 minut v deštio

1ovane vodě při teplotě 100 C, pak se 30 sekund oplachuje destilovanou vodou při teplotě místnosti, načež se suší 1 hoo dinu při teplotě 80 C v sušičce.

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 135 . Kapka vody o objemu 10 μΐ se neskutálí, je-li povrch skloněn <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacunal jsou vyneseny jako křivka 4 na obr. 1.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích log( f ι/μπΐ¹) = -3 až log( f2/jam“ ¹) = 3 je 0,28.

Porovnávací příklad 5

V tomto příkladu se ve válcích leštěný plech ze slitiny AlMg3 o ploše 35x35mm² a o tloušťce 0,5 mm odmastí v destilovaném chloroformu. Po oplachu 30 s v destilované vodě se plech anodicky oxiduje 600 sekund v kyselině sírové (200 g/1) při

O teplotě 20 C při proudové hustotě 10 mA/cm² stenosměrného proudu o napětí 35 V.

Takto zpracovaný plech se povlékne přibližně 50 nm tlustou vrstvou zlata atomizací. Vzorek se pak povlékne 24 hodinovým ponořením do roztoku n-dekanthiolu v ethanolu (1 g/1) při teplotě místnosti v uzavřené nádobě, načež se opláchne ethanolem a vysuší se.

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 122 . Kapka vody o objemu 10 jal se neskutálí, je-li povrch skloněn <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie” (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 5 na obr. 1.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích og( f i/jam ¹) = -3 až log( fa/jam^-1) = 3 je 0,14.

Porovnávací příklad 6

Nezpracovaná vyleštěná monokrystal ická křemíková destička se povlékne 200 nm zlata napařením a vzorek se povlékne ponořením na 24 hodin do roztoku n-dekanthiolu v ethanolu (1 g/1) při teplotě místnosti v uzavřené nádobně, opláchne se ethanolem a usuší se.

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 115 Kapka vody o objemu 10 jal se neskutálí, skloní-li se povrch o úhel o <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 5 na obr. 1.

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje jak je popsáno v 1.Determination of the surface topography a

- .36» - ·· ·· ·· · • •v · ·· · · · · · ··· ···· ·· · • ······ ·· ··· · · • · · · · · ··· • · · · · · ·· ·· ··· získané naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny do křivky 6 na obr.1.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích

Iog(fi/Hm^_1) = -3 až 1og(f2/um’¹) = 3 je 0,04.

Porovnávací příklad 7

V tomto příkladu se polykarbonátový substrát 35x35 mm² o tlooušťce 1 mm povlékne 100 nm vrstvou hliníku pro atomizaci Vzorek se pak ponechá 3 minuty v destilované vodě při teplotě o

100 C, načež se 30 sekund opláchne destilovanou vodou a suší a se 1 hodinu při teplotě 80 C v sušicí komoře.

Takto zpracovaný vzorek se polvlékne přibližně 100 nm tlustou vrstvou zlata atomizací. Nakonec se vzorek povlékne ponořením na 24 hodin do roztoku n-dekanthiolu v ethanolu (1 g/1) při teplotě místnosti v uzavřené nádobně, opláchne se ethanolem a usuší se.

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 147 . Kapka vody o objemu 10 μΐ se neskutálί, skloní-li se povrch o úhel o <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 1 na obr.2.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích log(fi/um^-1) = -3 až log(f2/wm^_1) = 3 je 0,39.

Příklad 8

V tomto příkladu se připraví vzorek přesně podle příkladu

7. Avšak na rozdíl od příkladu 7, má zlatá vrstva tloušťku 50 nm.

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 154 . Kapka voo dy o objemu 10 jjl se skutálí, skloní-li se povrch o úhel <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v ”1. Stanovení povrchové topografie (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 2 na obr,2.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích log( f ι/μπΓ ¹) = -3 až logífz/jjm”¹) = 3 je 0,53.

Porovnávací příklad 9

V tomto případě se ve válcích vyleštěný plech z materiálu AlMg3 o rozměrech 35x35 mm² a o tloušťce 0,5 mm odmastí destilovaným chloroformem. Vzorek se pak ponechá 20 s v destilované vodě o teplotě 100 C. Vzorek se opláchne ethanolem a suší se o

hodinu při teplotě 80 C v sušicí komoře.

Takto zpracovaný vzorek se polvlékne přibližně 50 nm tlustou vrstvou zlata atomizací. Nakonec se vzorek povlékne ponořením na 24 hodin do roztoku n-dekantiolu v ethanolu (1 g/1) při teplotě místnosti v uzavřené nádobně, opláchne se ethanolem a usuší se.

o Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 130 . Kapka vody o objemu 10 μ 1 se neskutálí, skloní-li se povrch o úhel o <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie (1. Deternination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 3 na obr.2.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích

1og(fi/ym¹) = -3 až 1og(f₂/um¹) = 3 je 0,15.

Porovnávací příklad 10

V tomto příkladu se vyleštěná monokrystalická křemíková

Si(100) destička	povlékne vrstvou sekvenčního substrátu- HLHL
(H=LaF3, L=MgF2)	napařením elektronovým paprskem při teplotě
substrátu 520 K.	Jednotlivé tloušťky vrstvy jsou pro H = 100
nm a pro L = 116	nm. Přípravu popsal S. Jakobs, A. Duparré a H.

Truckenbrodt (Applied Optics 37, str. 1180, 1998).

Takto zpracovaný vzorek se polvlékne přibližně 50 nm tlustou vrstvou zlata atomizací. Nakonec se vzorek povlékne ponořením na 24 hodin do roztoku n-dekanthiolu v ethanolu (1 g/l) při teplotě místnosti v uzavřené nádobně, opláchne se ethanolem a usuší se.

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 120 . Kapka vody o objemu 10 jal se neskutálí, skloní-li se povrch o úhel < 10° .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 1 na obr.3.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích log(fi/ym^_1) = -3 až log(f₂/j4m^_1) = 3 je 0,10.

• · • · · · • ·

Porovnávací příklad 11

V tomto příkladu se připraví vzorek přesně podle příkladu 10. Avšak místo substrátu (HL)^S je vrstvovou sekvencí substrát- (HL)⁸.

a

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 130 . Kapka vody o objemu 10 yl se neskutálί, skloní-li se povrch o úhel e <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie” (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacunal jsou vyneseny jako křivka 2 na obr.3.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích og( f i / ¹) = -3 až 1 og( f₂/jnm^-1) = 3 je 0,23.

Příklad 12

V tomto příkladu se připraví vzorek přesně podle nezveřejněné německé přihlášky vynálezu číslo 1993526.3. Způsobem popsaným v německém patentovém spise DE 19603241. se připraví Cyklo-(SiO(CH₃)[(CH₂)₂Si(OH)CH₃)₂J >4 (D4-silanol) .

Ve 28,5 g 1 -methoxy-2-propanolu, 5,0 g D-4-silanolu a 6,5 g tetraethoxysi 1anu se disperguje 4,1 g AER0SIL^r R812 (Degussa). Přidá se 1,1 g 0, IN p-toluensulfonové kyseliny a směs se

O míchá 1 hodinu při teplotě místnosti (23 C). Výsledný povlékací roztok se nanese na sklo pomocí film natahovacího rámečku v tloušťce vlhkého filmu 120 jum. Po odpaření těkavých látek při teplotě místnosti se povlak vytvrdí v konvekční sušicí koo moře při teplotě 130 C 1 hodinu.

Takto zpracovaný vzorek se povlékne přibližně 50 nm tlustou vrstvou zlata atomizací. Nakonec se vzorek povlékne ponořením na 24 hodin do roztoku n-dekanthiolu v ethanolu (1 g/1) “ ·40 ” ·· ·· ·· · ··· · · · · · · · · • · · · · · · ·· · • ······ ·· ··· · · • · · · · · ··· «·· · · · · · · · ··· při teplotě místnosti v uzavřené nádobně, opláchne se ethano1em a usuší se.

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 165 . Kapka voe dy o objemu 10 jjl se skutálí, skloní-li se povrch o úhel <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 1 na obr.4.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích logCři/ym^-1) = -3 až log(f2/wm^-1) = 3 je 0,71.

Příklad 13

V tomto příkladu se připraví vzorek podle příkladu 12, přičemž místo přísady 1,1 g p-toluensulfonové kyseliny se přidají 2,3 g kyseliny chlorovodíkové.

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 157 . Kapka voo dy o objemu 10 μΐ se skutálí, skloní-li se povrch o úhel <10 .

Povrchová topografie tohoto povrchu se analyzuje, jak je popsáno v 1. Stanovení povrchové topografie (1. Determination of the surface topography) a naměřené hodnoty [lacuna] jsou vyneseny jako křivka 2 na obr.4.

Hodnota integrálu normovaných Fourierových amplitud S(logf) v integračních mezích log(fi/ym^_1) = -3 až 1 og( f 2/¹1 = 3 je 0,60.

Příklad 14

Negativní otisk

V tomto příkladu se připraví negativní otisk ultrafobního • 41 - ·· ···· ··· ······· ··· ······ • ······ ·· ··· · ··· · ·· ·· ·· ··· povrchu pomocí polymerního roztoku. Použitou formou je povrch získaný v příkladu 1 .

Na tento povrch formy se nalije přibližně 20 μιη tlustý film poly(methylmethakrylátkoperfluoroktadecylmethakrylátu) ( - [ CH2-C(COOCH3)CH₃1n-co-[CH2-C(COOC1SF37)CH₃1m, kde poměr n/m je 10; hmotnostně 50% roztok v butanonu) pomocí film natahovacího rámečku, přičemž 30 % polymeru je rozpuštěno v methylenchloridu. Po vysušení při teplotě místnosti se z filmu skalpelem odřízne proužek široký 10 mm, z vrchní strany, vyztuží se lepicí páskou Sellotape a sejme se z formy.

Spodní strana, která byla ve styku s formou, se povlékne přibližně 50 nm tlustou vrstvou zlata atomizací. Nakonec se vzorek napařuje 24 hodin parami n-dekanthiolu při teplotě místnosti v uzavřené nádobě, načež se opláchne ethanolem a usuší se.

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 165 Kapka voo dy o objemu 10 pil se skutálí, skloní-li se povrch o úhel <10 .

Příklad 15

Pozitivní otisk

V tomto příkladu se pozitivní otisk ultrafobního povrchu připraví pomocí roztoku polymeru. Použitou formou je povrch získaný v příkladu 1.

Stupeň 1

Příprava negativního otisku ultrafobního povrchu formy

Přibližně 100 pm tlustý film bisfenol A polykarbonátu (Mn =10 000) se nalije na povrch formy z hmotnostně 50% roztoku v methylenchloridu pomocí rámečku k natažení filmu. Po usušení při teplotě místnosti se skalpelem z filmu odřízne 20 mm široký pásek, z vrchní strany zesílený lepicí páskou Sellotape a sejme se z formy.

Spodní strana filmu (původně přivrácená k formě) se povlékne přibližně 50 nm tlustou vrstvou zlata atomizací. Zlatá vrstva vzorku se pak povlékne na 24 hodin několika kapkami roztoku n-perf luoroktanthiolu v cc, ce, at-tr i f 1 uortol uenu (1 g/l) při teplotě místnosti v uzavřené nádobě, načež se opláchne ct, cť, ct-tri fluor toluenem a usuší se.

Stupeň 2

Formování negativního otisku původního povrchu směsí polymerů obsahující jako aditiv oleofobní polymer

Přibližně 20 ym tlustý film polystyrenu (Mn = 15 000) obsahujícího přibližně hmotnostně 10 % polyímethylmethakrylát-ko-perf1uorooktadecylmethakrylátu) (-[CH2-C(COOCH3)CH3In-co[CH2-C(C00Ci_SF₃7)CH31m, kde poměr n/m je 10) se nalije na tento povrch formy pomocí licího rámečku, přičemž 30 % polymerní směsi je rozpuštěnoo v methylenchloridu. Po pomalém sušení při teplotě místnosti (přibližně 10 hodin) se skalpelem odřízne z filmu 10 mm široký pásek, vyztuží se na vrchní straně lepicí páskou Sellotape a z formy se sejme.

Spodní strana, která byla ve styku s formou, se povlékne přibližně 50 nm tlustou vrstvou zlata atomizací. Nakonec se vzorek povlékne na 24 hodin napařením páry n-děkanthiolu při teplotě místnosti v uzavřené nádobě, načež se opláchne ethanolem a usuší se.

o

Povrch má statický kontaktní úhel pro vodu 164 . Kapka voo dy o objemu 10 yl se skutálí, skloní-li se povrch o úhel <10 .

V tabulce I jsou znovu uvedeny přehledně výsledky příkladů podle vynálezu a porovnávacích příkladů.

Je zřejmé, že pouze v případě ultrafobních povrchů, pro

Q které je kontaktní úhel vodní kapky >150 , je hodnota integrá- »43 - · · · · · · ··· · · · · ·· • · · · · · · » · • ······ ·· ··· · • · · · · · ·· •·· · ·· «· ·· • · · lu křivky a(f).f = S( log f), vypočtená v integračních mezích log( f ι/μπι^-1) =-3 až log( ¹) = 3, větší než 0,5.

P02it i vní nebo negat ivn í ot i sky takového ultrafobn ího o povrchu vykazují kontaktní úhel > 150 .

Tabulka I

			Kontaktní úhel	Integrál
příklad 1			o 167	0, 81
příklad 2			o 161	0, 58
porovnávac í	příklad	3	150°	0, 46
porovnávací	příklad	4	135°	0, 28
porovnávac í	pří klad	5	122°	0, 14
porovnávac í	příklad	6	c 115	0, 04
porovnávac i	př í klad	7	147°	0, 39
příklad 8			154°	0, 53
porovnávac í	příklad	9	130°	0, 15
porovnávac í	pří klad	10	120°	0, 10
porovnávac í	př i klad	11	130°	0, 23
příklad 12			165°	0, 71
příklad 13			157°	0,60
příklad 14			165°	nestanoveno
příklad 15			164°	nestanoveno

Průmyslová využitelnost o

Ultrafobní povrchy s kontaktním úhlem >150 a s úhlem odkutáo lení <10 mají použitelné v technice, jelikož například nejsou smáčivé olejem nebo vodou, částice špíny k nim přiléhají jen velmi slabě a povrchy jsou samočisticí.

Claims (24)

1. Strukturovaný povrch mající ultrafobní vlastnosti, vyznačující se tím, že povrchová topografie, ve které hodnota integrálu funkce S

S( log f) = a( f) . f Cl) který udává vztah mezi prostorovými frekvencemi f jednotlivých Fourjerových složek a jejich amplitudami a( f) je alespoň 0,5 v integračních mezích logífi/gnr¹) = -3 a logCři/ym^-1) = 3 a povrch sestává z hydrofobního nebo zvláště z oleofobního materiálu nebo je povlečen hydrofobním nebo zvláště oleofobním mateři ál em.

2. Povrch podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že integrál je > 0,6.

3. Ultrafobní povrch podle nároku 1 nebo 2,v y z n a č u- o jící se tím, že má kontaktní úhel alespoň 150 a úhel odkutálení <10 .

4. Ultrafobní povrch podle nároku 1 až 3, vyznačuj í- o

c í se tím, že kontaktní úhel je nejméně 155

5. Ultrafobní povrch podle nároku 1 až 4, vyznačuj ία í se tím, že sestává z kovu nebo z plastu.

6. Ultrafobní povrch podle nároku 5, vyznačuj ící se tím, že kov je volen ze souboru zahrnujícího berylium, hořčík, skandium, titan, vanad, chrom, mangan, železo, kobalt, nikl, měď, zinek, hliník, galium, yttrium, zirkon, niob, molybden, technecium, ruthenium, rhenium, palladium, stříbro, kadmium, indium, cín, lanthan, cér, praseodyn, neodym, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, hol mium, erbi- .45 • · ♦ • · • ·.

um, thulium, ytterbium, lutecium, hafníum, tantal, wolfram, rhenium, osmium, iridium, platina, zlato, thalium, olovo, vizmut, zejména titan, hliník, hořčík a nikl nebo slitiny těchto kovů.

7. Ultrafobní povrch podle nároku 5, vyznačuj ící se tím, že kovem je slitina hliníku a hořčíku, obzvláště AlMg3.

8 . U1trafobn í povrch podle nároku 5, v y z n a č u j ící s e tím, že plastem je termosetový nebo termoplastový polymer. 9. U1traf obn í povrch podle nároku 8, v y z n a č u j ící s e t í m, že termosetový polymer je volen ze souboru zahr-

nujícího pryskyřici diallylftalátovou, epoxydovou, močovinoformaldehydovou, melaminformaldehydovou, melaminfenolformaldehydovou nebo fenolformaldehydovou pryskyřici, polyimid, silikonový kaučuk a nenasycenou polyesterovou pryskyřici a termoplastový polymer je volen zejména ze souboru zahrnujícího termoplastický polyolefin, například polypropylen nebo polyethylen, polykarbonát, polyesterkarbonát, polyester například PBT nebo PET, polystyren, styrenový kopolymer, SAN pryskyřici, styrenový roubovaný kopolymer obsahující kaučuk, například ABS polymer, polyamid, polyuretan, polyfenylensulfid, polyvinylchlorid nebo jakékoli možné směsi uvedených polymerů.

10. Ultrafobní povrch podle nároku 1 až 9, vyznačující se tím, že povrch má povlak s hydrofobními fobi začnimi pomocnými látkami, zejména aniontovými, kat iontovými, amfoterními nebo neiontovými mezifázově aktivními sloučen i nam i.

11. Materiál nebo konstrukční materiál mající ultrafobní povrch podle nárokuů 1 až 10

12. Použití ultrafobního povrchu podle nároku 1 až 10 pro obklady snižující tření u vozidel, letadel a trupů lodí.

13. Použití ultrafobního povrchu podle nároku 1 až 10 pro samočisticí povlaky nebo panely budov, stavebních konstrukcí, střech, oken, keramických konstrukčních materiálů, například pro sanitární instalace a přístroje pro domácnostech.

14.

Použití ultrafobního povrchu podle nároku 1 až 10 jako protikorozního povlaku na kovových objektech.

15. Použití ultrafobního povrchu podle nároku 1 až 10 jako průhledného krytu nebo průhledných tabulí, zejména skleněných nebo plastových tabulí, obzvláště u solárních článků, vozidel a skleníků.

16.

Způsob př í pravý povrchu majícího ultrafobní vlastnosti podle nároku 1 až 10, založeného na slitině AlHg3, v y z t í m, že povrch se čistí, leptá, anodi cky ox i duj e, pas i vuj e ve vroucí vodě, případně povléká vzácným kovem pro podpory adheze, obzvláště zlatém ve vrstvě o tloušťce 10 až

100 nm, obzvláště atomizací a povléká se hydrofobním materiálem, ní nebo ne iontovou obzvláště aniontovou, kationtovou, amfoter povrchově aktivní sloučeninou jako fobici začnim pomocným činidlem.

17. Způsob přípravy povrchu majícího ultrafobní vlastnosti formováním, vyznačující se tím, že forma, která má negativ povrchové topografie vhodný pro ultrafobní povrch, se opatřuje směsí plastu a hydrofobního nebo obzvláště oleofobního činidla, které se oddělí při vytvrzenmí jako tenký film mezi povrchem formy a plastové směsi.

18. Způsob přípravy povrchu majícího ultrafobní vlastnosti formováním, vyznačující se tím, že povrch

- .47 - pozitivní formy, který má strukturu vhodnou pro ultrafobní povrch, se opatří plastem, obzvláště termosetovým nebo termoplastovým polymerem a povrch výsledného obtisku mající negativní obtisk povrchu pozitivní formy se opatří adhezivní podpůrnou vrstvou a pak hydrofobním nebo obzvláště oleofobním povlakem .

19. Způsob podle nároku 18, vyznačuj ící se t í m, že použitým polymerem jé hydrofóbní polymer, s výhodou po1y(methylmethakrylát-ko-perf1uorooktadecylmethakrylát) a dodatečný povlak hydrofobním nebo oleofobním materiálem se popřípadě vynechá

20. Způsob podle nároku 17 nebo 18, vyznačuj ící se tím, že použitá forma je negativem nebo pozitivem struktury leptaného anodizovaného povrchu sestávajícího hlavně z hliníku nebo ze hliníkové slitiny a zpracuje se horkou vodou o teplotě 50 až 100 C.

21. Způsob podle nároku 17 nebo 18, vyznačuj ící se tím, že použitá forma je negativem nebo pozitivem povrchové struktury mikrostrukturovaného, anodizovaného, kalcinovaného povrchu sestávajícího z hliníku nebo hliníkové slitiny.

22. Způsob podle nároku 17 až 21, vyznačuj ící se tím, že plastem použitým k formování je termosetový nebo termplastový polymer.

23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že termosetový polymer je volen ze souboru zahrnujícího pryskyřici diallylftalátovou, epoxidovou, močovinoformaldehydovou, melaminformaldehydovou, me1aminfenolformaldehydovou nebo fenol forma1dehydovou pryskyřici, polyímid, silikonový kaučuk a nenasycenou polyesterovou pryskyřici.

- .42 - • ······ ·· · · · · • · ···· · · ·· · · ·· ·· · ·

24. Způsob podle nároku 22, vyznačující se t í m, že termoplastový polymer je volen ze souboru zahrnují ho termoplastický poíyolefin, například polypropylen nebo polyethylen, polykarbonát, polyesterkarbonát, polyester například PBT nebo PET, polystyren, styrenový kopolymer, SAN pryskyřici, kaučuk obsahující styrenový roubovaný kopolymer, například ABS polymer, polyamid, polyuretan, polyfenylensulfid, polyvinylchlorid nebo jakékoli možné směsi uvedených polymerů.

25. Způsob podle nároku 17 až 24, vyznačuj ící se tím, že povrch formy s výliskem má povlak s hydrofobní fobicizační pomocnou látkou, obzvláště aniontovou, kationtovou, amfoterní nebo neiontovou mezi fázově aktivní sloučeninou, nebo takovou fobicizační pomocnou látkou, která hydrofobizuje povrch a je použita jako přísada do polymerů s ní kompat ibilních.

26. Způsob testování povrchů na ultrafobní vlastnosti, vyznačující se tím, že se povrch povlékne tenkou vrstvou vzácného kovu nebo GaAs jako promotorem adheze, obzvláště zlata obzvláště v tloušťce vrstvy 10 až 100 nm atomizací, povlékne se fobicizační pomocnou látkou, s výhodou dekanthiolem, pak se topografie povrchu analyzuje, zejména s použitím kombinace snímací tunelové mikroskopie, snímací mikroskopie atomové síly a iterferometrií v bílém světle a z naměřených hodnot se prostorové frekvence f jednotlivých Fourierových členů a jejich amplitudy a(f) vyjádří integrálem funkce S

S( log f) = a(f) .f ( 1) vypočteným v integračních mezích log fi/ym^_1= -3 a log fs/jLun^-1 = 3 a případně se změří kontaktní úhel vody na takto zpracovaném povrchu.