超疏水表面的制备方法专利技术综述

冷林霞

摘 要：超疏水表面应用前景广泛，目前主要的超疏水表面的制备方法包括刻蚀法、模板法、溶胶-凝胶法、相分离法等。文章主要分析了超疏水表面的制备方法专利技术。

关键词：超疏水表面；专利；制备方法

中图分类号：T-18 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0016-02

引言

2008年春季，中国南方持续长达一个月的冰雪灾害，因灾死亡107人，直接经济损失1111亿元，研究防覆冰技术刻不容缓[1]。与此同时，随着科学技术的不斷进步和生活水平的逐步提高，人们对物质文化的需求也越来越高，对于纺织品已不仅仅是为了防寒保暖，修饰的要求，还需要具有自清洁、抗污染、防雨/雪等功能[2][3]。超疏水材料（superhydrophobic surface）是一种具有自清洁、防雾防雪、防污染、防腐抗阻等特性的智能材料[4]，在工农业生产、生物医学工程以及人们日常生活等方面都具有广阔的应用前景[5]。

1 国内外超疏水表面制备方法的专利现状分析

1.1 国内外超疏水表面制备方法的专利申请数量现状分析

本文对2016年之前的超疏水表面制备方法的专利申请数量进行统计，如图1所示，曲线1显示了全球范围内超疏水表面的制备方法申请量的年度分布，曲线2显示了在中国范围内申请量的年度分布。

在全球范围内，超疏水表面的制备方法专利申请量总体呈上升趋势，起始于上世纪五六十年代，但处于水平较低状态，直至2000年后才有较大幅度上升，在2009-2013年间全球申请量迅速增长。而在中国国内的专利申请，由于国内相关研究起步较晚，上世纪90年代以前几乎没有专利申请，进入21世纪后，由于我国正式加入WTO，从此实施了保护知识产权的TPIPS协议，我国超疏水表面的制备方法的申请数量持续快速增长，特别是在2008年南方冰灾后，超疏水表面成为国内研究的热点。

1.2 国内外超疏水表面制备方法的专利申请地域现状分析

本文通过分析2016年以前超疏水表面制备方法的专利申请地域进行分析，统计了超疏水表面制备方法在各地区的发展进程。

美国、中国、欧洲、日本和韩国排名在前，其占据了所有专利申请的91%，是超疏水材料最主要的技术市场。中国对于超疏水表面的研究虽然起步晚，但经过十几年的发展，中国的专利申请量仅次于美国，占全球范围内的19%。世界各国纷纷在中国申请专利保护，这不仅表明各国企业对中国市场的重视，同时表明随着中国的专利制度不断完善，各国企业都积极在中国进行专利技术保护，试图占领中国的技术市场。

1.3 超疏水表面的制备方法的IPC分析

为了展现超疏水表面的制备方法领域整体专利技术的分布情况，本研究采用了IPC作为分类标准进行分析，借此可以对该领域各公司技术研发的重心点和研发热点进行挖掘。

对于检索到的专利文献按照IPC分类进行整理，统计得出出现频次前6位的IPC小类，分别是B81C1、B05D3、B05D5、C08F8、C23C28、B82Y40。可以看出，超疏水表面的制备方法的专利技术主要集中在微观结构技术（B81C1、B82Y40）、对表面涂布液体或其他流体的一般工艺（B05D3、B05D5）、用后处理进行化学改性（C08F8）以及获得二层叠加层的镀覆（C23C28）等。

1.4 核心专利分析

根据数据库中专利文献的被引频次数对本领域的专利申请进行排序，列举出被引频次数较多和同族申请较多的涉及不同制备方法的专利申请，见表1。

19世纪70年，德国科学家Wilhelm Bartholtt提出了荷叶效应，于1995年申请专利US6660363B1，提出了刻蚀法制备具有荷叶效应的仿生超疏水表面的制备方法，该专利在全球范围内被引用256次，其被美国引用76次，被欧专局引用37次，被中国引用17次。

2000年，美国科学家BRINKER C J申请的专利US6270846B1，基于溶胶-凝胶法制备超疏水表面，被美国专利引用85次，被中国专利引用7次，被欧洲专利引用5次，被韩国专利引用2次，被德国专利引用3次，被日本专利和西班牙专利各引用2次。

2001年，美国科学家VEERASAMY VIJAYEN S申请专利US6284377B1，提供了一种通过喷砂、研磨等刻蚀方法粗糙化衬底，综合了刻蚀法和生长法制备超疏水表面，疏水性能高，接触角可达到175°，为超疏水表面的制备方法提供了一种新思路，其被美国专利引用64次，被欧洲专利引用8次，被中国专利引用3次。

2004年申请的美国专利US2006/0024508A1受到荷叶效应的启发，该专利选择的基材由至少两种材料互穿组成，两种材料具有不同的刻蚀选择比，通过材料的刻蚀选择比的差异可以制备出锥形纳米量级的粗糙表面，该专利提出的制备方法针对抗凝血表面，防止血液凝结，可以作为血液装置的表面涂层，拓展了超疏水表面的应用领域，其被美国专利引用31次，被韩国专利引用15次，被中国专利引用7次，被欧洲专利引用1次。

2009年，韩国专利KR10-1033273B1结合刻蚀法和模板法，通过化学腐蚀在金属表面形成凹凸不规则的沟纹结构，然后向置于模板上的聚合物施加热和压力，移除模板即可得到超疏水的表面，对实现超疏水大批量、低成本、高质量生产提供了参考价值，其被中国专利引用11次，被美国专利引用5次，被韩国专利引用4次。

2 结束语

超疏水表面因其具有自洁净、防雾防雪、防污染、抗腐蚀等有点，拥有广泛的应用前景和商业价值，虽然，国内对于超疏水表面的制备方法进行了大量的研究工作，但是由于其结构的特殊性，制备成本高、周期长，并没有被广泛的应用，接下来的研究技术核心是降低超疏水表面制造成本、缩短制造周期，如此才能将超疏水表面推向国内外市场，实现商业应用。

参考文献：

[1]阎映弟.新型超疏水涂层的微纳结构设计及其表面防覆冰作用[D].浙江：浙江大学，2014：1-83.

[2]潘成玉.纺织品超疏水整理的专利技术综述[J].当代化工，2015，44（4）：735-739.

[3]孟可可.仿生超疏水金属表面的制备与性能研究[D].吉林：吉林大学，2014：1-119.

[4]陈恒真，耿铁，张霞，等.超疏水表面研究进展[J].化学研究，2013，24（4）：434-440.

[5]杨艳丽，孙杰，钱坤.超疏水膜的相分离法制备及对棉织物的整理[J].印染，2014（6）：1-5.endprint