独立行政机构国立产业技术综合研究所[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）可持续材料研究部[研究部主任 Mamoru Nakamura] 高耐久性材料研究组研究组组长 Atsushi Hozumi 和研究员 Chihiro Urata 是有机氟化合物透明，耐热性优异（在350摄氏度的空气中保持性能24小时以上，在250摄氏度的油浴中保持24小时以上），无需使用8470_8526|耐油我们开发了一种涂膜。
当前油处理依靠有机氟化合物和表面微加工。然而，有机氟化合物对人体和环境有影响，微细加工需要特殊的设备和条件。因此，需要不依赖有机氟化合物或微加工的表面处理技术。
这次，甲基硅氧烷骨架的耐热性甲基硅烷作为主要原材料，我们开发了具有优异耐热性和拒油性的透明涂膜。此外，在加工这种耐热透明涂层时不需要特殊设备。它可用于处理使用过程中变热的各种表面，例如蒸馏塔、发动机、油泵和油管，作为有机氟化合物油处理的替代方案，有望降低成本并提高安全性和可靠性。
该技术的详细内容将于2013年9月24日至25日在福冈工业大学（福冈县福冈市）举行的第128届表面技术协会会议上公布。
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| 新开发的涂膜制作方法（i：玻璃板、ii：不锈钢板、iii：聚酰亚胺膜）以及耐热试验后的防油性（使用彩色马油） |
有机氟化合物具有耐候性、耐化学性、耐热性等许多优良特性，作为拒油剂的主要原料应用于各个工业领域。近年来，尝试通过用有机氟化合物涂布并润湿具有微米至纳米量级的凹凸结构的基材的表面来提高拒油性。有了这样经过油处理的表面，只要稍微倾斜基材，油滴就会像荷叶上的水滴一样滑落。
然而，它是生产有机氟化合物所必需的萤石在地球上分布不均，因此其价格波动较大，供应也不稳定。此外，由于有机氟化合物在生物体和环境中具有高持久性和生物蓄积性，因此法规也逐年严格。此外，当有机氟化合物暴露在高于其耐热温度的温度下时，会产生高腐蚀性和有毒气体，这在高温下使用时会带来安全问题。此外，微细加工通常需要特殊的设备和条件，并且适用的基材和形状受到限制，这在生产率和加工性能方面带来了问题。另一个问题是，精细结构容易散射光线，难以保证漆面的透明度。
不依赖有机氟化合物的材料/工艺技术对生物体和环境友好，从节能、资源节约、低环境影响和安全的角度来看，它们的发展是值得发展的。
产业技术研究所从2011年起开始研究开发不依赖有机氟化合物和微细加工的拒油处理，并开发出通用拒水处理剂烷基三烷氧基硅烷（有机硅烷）玻璃原料四烷氧基硅烷（间隔硅烷）得到透明涂膜。作为原材料表现出优异的拒油性(2012 年 3 月 13 日 AIST 新闻稿）。这种加工技术每一步都不需要特殊的设备或条件，其特点是能够适用于多种基材（玻璃、金属、塑料等）。此外，有机氟化合物（全氟烷基三烷氧基硅烷（有机氟硅烷）)或氟树脂表面处理的表面具有更好的拒油性。然而，此前开发的透明油涂层耐热性较差，在空气中加热至150℃以上时，膜层崩解，拒油性显着下降，难以应用于长期暴露于高温的表面。这是因为有机硅烷中的C-C键在高温环境下逐渐劣化并分解。
为了解决这些问题，我们一直在寻找一种即使在高温环境条件下也能长期保持拒油性且不使用有机氟化合物的表面处理技术。
这次，我们着眼于甲基硅氧烷骨架的耐热性，发现甲基硅烷作为耐热油涂料的原料是有效的。耐热蜂蜜油涂层的生产工艺与前一种涂层相同（AIST 新闻稿，2012 年 3 月 13 日）。首先，使用含有甲基甲硅烷基的有机硅烷作为原料来制备涂布液。接下来，将该涂层液涂在玻璃或不锈钢板上。聚酰亚胺薄膜之类的基材时然后加热干燥，即可得到厚度约1μm的透明涂膜。扫描电子显微镜是啊原子力显微镜观察结果表明，所得涂膜的表面极其光滑（均方根粗糙度< 1 nm)。在这个涂层表面上，它是油滴的代表物质n-十六烷对于动态接触角时，与我们上次开发的油膜类似。接触角滞后 (Δθ）角度极小，为6度，稍微倾斜基板，油滴不会停留在表面，而是顺利滑落。接下来，我们研究了先前开发的涂膜和新开发的涂膜在大气中的耐热性，发现先前开发的涂层在加热到150℃以上时失去了拒油性。另一方面，新开发的涂膜即使在350℃下加热24小时以上也没有改变其拒油性，表明其具有显着优越的耐热性（图1）。这被认为是因为新开发的涂膜不含C-C键，因此拒油成分的甲基硅氧烷骨架即使在高温下也不会发生变化，即使在加热后也能保持优异的拒油性。
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| 图1 之前开发的蜂蜜油涂层和新开发的蜂蜜油涂层相比n-十六烷 (A) 动态接触角变化 (B) 350 °C 加热后的拒油性（样品倾斜 5°）。 |
接下来，我们研究了新开发的涂膜在油浴中的耐热性。当新开发的涂层、先前开发的涂层、未涂覆的不锈钢板和聚酰亚胺膜在加热至250℃（可在大气中加热的液体的最高温度）的油中浸没5分钟（使用耐热油）时，没有观察到油滴粘附到新开发的涂层上（图2A）。为了研究该涂层的耐久性，将表面经过该涂层处理的不锈钢圆盘浸入加热至250℃的耐热油中并旋转。即使30小时后也没有观察到耐热油的粘附（由于油滴变色而中断实验）（图2B）。
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| 图 2 (A) 左：耐热测试方法。中：先前开发的蜜油膜涂在不锈钢板上，以及新开发的蜜油膜。右：未涂层的聚酰亚胺薄膜和涂有新开发的树脂涂层的聚酰亚胺薄膜。 (B) 左：新开发的油涂膜耐热耐久性试验方法。中：刚开始后的情况。右：30小时后的状态。 |
当树脂填充焊料在涂有该涂层的不锈钢板表面上加热（220°C）时，随着树脂填充焊料熔化，树脂和焊料滑落而不会污染表面（图3B）。另一方面，焦油清晰地保留在未涂层的不锈钢板上（图3A）。这样，我们证明了通过使用本次开发的方法，可以在不依赖于基材的情况下赋予耐热性和拒油性。随着耐热性的如此显着提高，我们可以期待更安全、更放心、更环保的耐热油处理技术将应用于更广泛的领域和应用。
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| 图 3 加热的树脂填充焊料（(A) 未涂覆的不锈钢板，(B) 经过新开发的表面处理的不锈钢板（测试片倾斜 5°））。 |
此外，在新开发的蜂窝状油膜表面上，我们发现了液滴的静态接触角随着膜表面温度升高而增大的现象（图4A）。即使在10个或更多循环的加热-冷却操作之后，这种现象仍然维持。换句话说，这种响应不是瞬态反应，而是可逆的温度响应（图4B、C）。通过利用这一特性，我们发现由于水平放置的涂层表面上的温度梯度（仅加热一侧），液滴可以自发移动（图4D）。此外，很明显，这种特性很大程度上取决于液滴的类型。通过详细了解这些特性，我们可以期望能够预测高温环境条件下油滴的行为，并开发利用温度梯度的石油运输系统。
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| 图4：(A)涂有新开发的涂膜的不锈钢基材上静态接触角的热依赖性，(B)硅油静态接触角变化的循环特性，(C)硅油的外观变化，(D)利用温度梯度的自发液滴运动现象。 |
此次开发的涂膜可以应用于任何固体表面。未来，我们计划定制涂层方法以满足个性化需求。此外，我们还将持续研发，进一步提高耐热性，使其能够应用于各种使用过程中变热的表面，如蒸馏塔、发动机、油泵、油管等，即使长时间暴露在高温环境条件下也能保持拒油性。