MX2012005384A - Superficies libres de escarcha y metodo para fabricarlas. - Google Patents

Abstract

Se describen superficies libres de escarcha y métodos para fabricar dichas superficies. Las superficies libres de escarcha reducen el desarrollo de hielo, evitan la condensación de vapor y reducen la fuerza de adhesión entre el hielo y un substrato sólido. Las superficies pueden ser partes usadas en dispositivos en donde se pueden obtener propiedades súper-hidrofóbicas después y durante la fabricación del dispositivo. Las propiedades súper-hidrofóbicas son el resultado de agrupamientos de óxido de aluminio hechos sobre dichas superficies.

Description

SUPERFICIES LIBRES DE ESCARCHA Y MÉTODO PARA FABRICARLAS Campo de la invención La presente i nvención se dirige a una superficie libre de escarcha y un método para hacer la misma. De manera más particular, la presente invención se dirige a una su perficie libre de escarcha para dispositivos donde la superficie evita la formación de hielo y resiste la condensación de vapor cuando se somete a cond iciones de congelación . La su perficie com prende nanoagrupam ientos de óxido de alum inio q ue han sido fabricados vía un proceso q ue com prende al menos un paso de oxidación electroquím ica , y un paso de g rabado o recubrimiento.

Antecedentes de la invención La formación/adhesión de hielo sobre superficies internas de dispositivos, tales como congeladores puede crear problemas, especialmente en congeladores que son usados para ventas de puntos de compra . La formación de hielo (que resulta de aire más caliente con humedad entrando a un congelador) puede i nterferir con la eficiencia de un congelador y dejar menos espacio para almacenam iento de alimentos dentro de los compartim ientos del congelador.

Con los congeladores comerciales usados para aplicaciones de punto de compra, la formación de h ielo es m uy poco atractiva para que un consumidor vea y frecuentemente interfiere con la apariencia y presentación de producto siendo vendido. De hecho, la formación de hielo dentro de los congeladores puede cubrir u ocultar producto, como helado, carnes y/o vegetales congelados, resultando en producto que no es seleccionado por un consumidor y frecuentemente descomposición antes de que se venda.

Ciertos congeladores necesitan ser sacados de servicio con el fin de descongelarlos. Otros congeladores libres de escarcha tienen elementos de calentamiento para fundir el hielo, el cual es recolectado como agua, o soplan aire a través del compartimiento de alimentos del congelador para remover el aire cargado con humedad , el cual es conocido por provocar la formación de hielo.

Todavía otros dispos itivos tienen problemas con la form ación de hielo bajo condiciones de congelación. Aviones, automóviles, mecanismos de cierre as í como interruptores electrónicos son ejemplos adicionales de los tipos de dispositivos que pueden fallar en funcionar bajo condiciones de congelación.

La preocupación con muchos mecanismos de descongelación es el uso excesivo de energ ía y asequibilidad. Más aún, disminuir las temperaturas de compartimientos de alimentos dentro de dispositivos como congeladores normalmente provoca que la calidad de producto alimenticio sea inevitablemente comprometida.

Existe un interés creciente para crear superficies que no exhiban formación de hielo y atraigan condensación bajo condiciones de congelación. Existe un interés especialmente preferido para desarrollar congeladores que no exhiban formación de hielo dentro de sus compartimientos de almacenamiento de alimentos, especialmente a través de mecanismos que no requieran energía adicional para calentar tales compartimientos. Adicionalmente, existe un deseo de convertir dispositivos con capacidades de deshielo pobres o ninguna en dispositivos que están libres de escarcha sin basarse en sistemas de calentamiento u otros sistemas eléctricos complicados. Por lo tanto, esta invención se dirige a una superficie que exhiba formación de hielo reducida y resista la condensación de vapor y un método para hacer la misma. La superficie normalmente es preparada a partir de partes o paneles que pueden ser tratados post o durante la fabricación de dispositivo, por lo cual las partes o paneles comprenden nanoagrupamientos de óxido de aluminio que han sido fabricados vía un proceso que comprende al menos un paso de oxidación electroquímica y un paso de grabado o recubrimiento.

Información adicional Se han descrito esfuerzos para hacer congeladores libres de escarcha. En la patente estadounidense no. 4,513,579, se describe un congelador con un filtro regenerable absorbedor de humedad.

Se han descrito otros esfuerzos para disminuir la adhesión de hielo. En la patente estadounidense no. 7,087,876, se describe un sistema para fundir hielo interfacial con electrodos y una fuente de energía AC.

Todavía se han descrito otros esfuerzos para hacer congeladores con funciones de deshielo. En la patente estadounidense no. 7,320,226, se describe un congelador con un dispositivo de calentamiento para calentar y descongelar una superficie de enfriamiento.

Ninguna de la información adicional anterior describe una superficie teniendo propiedades libres de escarcha preparada después o durante la fabricación de dispositivo, por lo cual la superficie comprende nanoagrupamientos de óxido de aluminio que han sido fabricados a través de un proceso que incluye un paso de oxidación electroquímico, y un paso de grabado o recubrimiento.

Breve descripción de la invención En un primer aspecto, la presente invención se dirige a una superficie libre de escarcha, por la cual la superficie es súper-hidrofóbica y comprende nanoagrupamientos de óxido de aluminio.

En un segundo aspecto, la presente invención se dirige a un método para hacer una superficie libre de escarcha, comprendiendo el método los pasos de: • obtener una parte comprendiendo aluminio, la parte comprendiendo aluminio adecuada para montaje sobre un nuevo dispositivo u obtenida a partir de un dispositivo existente; • someter la pare comprendiendo aluminio a al menos un paso de oxidación electroquímica para una cantidad efectiva de tiempo para crear una parte comprendiendo una capa de óxido de aluminio anódica fabricada sobre la misma; • someter la parte comprendiendo la capa de óxido de aluminio anódica fabricada sobre la misma a un paso de grabado o un paso de recubrimiento para producir una parte súper-hidrofóbica comprendiendo óxido de aluminio; • montar la parte súper-hidrofóbica sobre el dispositivo nuevo o el existente.

Todos los demás aspectos de la presente invención se volverán más fácilmente evidentes al considerar la descripción detallada y ejemplos que siguen .

El óxido de aluminio pretende significar Al203. El óxido de aluminio anódico es la capa de óxido de aluminio fabricada sobre una parte de aluminio en un paso de oxidación electroqu ímica cuando la parte comprendiendo aluminio es usada como el ánodo. Súper-hidrofóbica, como se usa en la presente, significa que tiene un ángulo de contacto de al menos 145° contra agua. Libre de escarcha, como se usa en la presente, significa una superficie súper-hidrofóbica que exhibe una reducción en la formación de hielo, reducción en la fuerza de adhesión entre hielo y una superficie así como una reducción en la atracción de condensación de vapor sobre una superficie. El nanoagrupamiento significa una recolección de óxido de aluminio, de preferencia similar a pirámide en forma, donde el nanoagrupamiento es desde 800 nm hasta 15 mieras en ancho y 00 nm hasta 10 mieras de altura. El ángulo de contacto, como se usa en la presente, significa el ángulo en el cual la interfase de agua/vapor encuentra una superficie sólida. Tal ángulo puede medirse con un goniómetro u otro sistema de análisis de forma de gotas de agua. El dispositivo existente es un dispositivo que ya ha sido fabricado. Un nuevo dispositivo es un dispositivo que es ensamblado dentro del proceso de fabricación . La parte quiere decir que incluye panel como un panel de congelador pero generalmente quiere decir cualquier objeto que puede ser tratado de acuerdo con el método de esta invención. El dispositivo quiere decir que significa un artículo que' incluye una parte tratada vía el método de esta invención como un aeroplano, automóvil, candado y especialmente, un congelador para productos alimenticios. El montaje sobre quiere decir que incluye dentro de un dispositivo. Para que no quede duda, por lo tanto, montaje sobre incluye, por ejemplo, el montaje de paneles dentro de un congelador.

Todos los rangos definidos en la presente quieren decir que i ncluyen todos los ra ng os su bsu m idos en los mismos a menos que se declare específicamente de otra manera. Comprende, como se usa en la presente, que incluye consiste esencialmente de y que consiste de.

Descripción detallada de las modalidades preferidas La única limitación con respecto a la parte que puede ser usada en esta invención es que la misma puede ser usada como un ánodo en un proceso de oxidación electroquímica. Tal parte puede ser aluminio puro o una aleación de aluminio y comprende elementos, tales como cobre, silicio, hierro, magnesio, manganeso, cinc, titanio, mezclas de los mismos o similares. En una modalidad preferida, la parte comprende al menos 90%, y de preferencia, al menos 95 a 100%, y muy preferiblemente, al menos 99 a 100% en peso de aluminio, incluyendo todos los rangos subsumidos en los mismos.

Más aún, los dispositivos que pueden emplear las partes de esta invención pueden comprender, por ejemplo, enfriar mecanismos que usan propano, dióxido de carbono, hidrofluorocarburos, clorofluorocarburos, mezclas de los mismos o similares. El mecanismo de enfriamiento preferido es frecuentemente dependiente del país y el mecanismo más preferido casi siempre será el considerado más ambientalmente amigable.

Cuando se practica la presente invención, la parte es obtenida y de preferencia lavada profundamente y secada. El método de lavado será dependiente del tipo de suciedad siendo removida de la parte. Normalmente, sin embargo, los solventes como agua, agua jabonosa, acetona y sol uciones de hidróxido de sodio y/o bica rbo nato de sodio pueden usarse para limpiar la parte. Por supuesto, también pueden usarse técnicas de limpieza no basadas en solventes si se desea. Por lo tanto, por ejemplo, pueden usarse técnicas de vibración, soplado y/o ultrasonificación para limpiar o limpiar adicionalmente la parte enfocada para tratamiento. El tamaño de la parte tratada de acuerdo con esta invención no es crítico siempre y cuando el equipo adecuado puede ser obtenido para conducir el método inventivo. Sin embargo, normalmente, las partes tratadas de acuerdo con esta invención tienen un área de menos de 100 m2, y de preferencia, menos de 50 m2, y muy preferiblemente, desde aproximadamente 0. 1 hasta aproximadamente 20 m2, incluyendo todos los rangos subsumidos en la presente. Con frecuencia, tales partes tienen un espesor que no excede 2 cm, y de preferencia, no excede 1 .25 cm. En una modalidad más preferida, el espesor de la parte es desde aproximadamente 0.01 cm hasta aproximadamente 0.75 cm, incluyendo todos los rangos subsumidos en el mismo. Más aún, la forma de la parte no está limitada y la superficie puede ser, por ejemplo, suave, comprender ranuras o estar en relieve. Cuando el dispositivo teniendo partes siendo tratadas de acuerdo con esta invención es un congelador, tales congeladores pueden hacerse comercialmente disponibles de proveedores como Bush Refrigeration , Dragón Enterprise Co. , Ltd. , CrownTonka Walkins, Ningbo Jingco Electronics Co. , Ltd. Y Qingdao Haier Refrigerator Co. , Ltd.

Subsecuente para obtener una parte limpiada, la parte es de preferencia sometida a un primer proceso de oxidación electroqu ímica, por lo que la pa rte es s u merg ida en una solución de reactivo comprendiendo ácido como, por ejemplo, ácido fosfórico, sulfúrico, clorhídrico, acético, cítrico, tartárico o láctico, así como mezclas de los mismos o similares.

La solución de reactivo normalmente comprende desde 2 hasta 12% en peso, y de preferencia, desde 3 hasta 1 0%, y muy preferiblemente, desde 5 hasta 7% en peso de ácido, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. En una modalidad frecuentemente preferida, la solución de reactivo comprende desde 3 hasta aproximadamente 20%, y muy preferiblemente, desde aproximadamente 6 hasta aproximadamente 1 5% en peso de alcohol, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. El alcohol preferido es un alcohol de C2-C6 y el alcohol más preferido usado es etanol. El balance de la solución de reactivo normalmente es agua.

Subsecuente a sumergir la parte en solución de reactivo, se prefiere agitar la solución con el fin de asegurar una oxidación electroquímica eficiente. La parte actúa como el ánodo en la reacción y un cátodo como, por ejemplo, grafito, cobre, platino, acero inoxidable o similar debería ser usado en el proceso. La corriente es normalmente suministrada con un proveedor de energía convencional, tal como uno hecho comercialmente disponible de los proveedores como Agilent, Cole-Parmer g Omron. Normalmente, la oxidación electroquímica es realizada a una temperatura de solución desde -1 0 hasta 35°C, y de preferencia, desde -8 hasta 20°C, y muy preferiblemente, desde -6 hasta 12°C, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. La corriente es normalmente desde 0.05 hasta 1 amp, y de preferencia, desde 0.07 hasta 0.5 amp, y muy preferiblemente, desde 0.08 hasta aproximadamente 0.2 amp, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. El voltaje durante la oxidación electroqu ímica normalmente no debería exceder 200 volts. De preferencia, el voltaje es desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 190 volts, y muy preferiblemente, desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 180 volts, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. La oxidación electroquímica de preferencia corre durante 0.05 a 2 horas, y de preferencia, desde 0.5 hasta 2 horas, y muy preferiblemente, desde 0.75 hasta 1 .5 horas, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos.

Subsecuente a la oxidación electroqu ímica de la parte, la misma comprende una capa de óxido de aluminio anódica fabricada sobre la misma.

En una modalidad preferida, la parte, con la capa de óxido de aluminio anódica fabricada es sometida a un paso de remoción de óxido de aluminio, por lo cual la capa fabricada hecha es removida de preferencia vía un paso de remoción de capa de oxidación y entonces sometida a al menos un segundo paso de oxidación electroquímica.

El paso de remoción de capa de oxidación es limitado solo al grado que es uno el cual remueve, si no todo, substancialmente todo el recubrimiento de óxido de aluminio anódico fabricado previamente hecho sobre la parte y hace a la parte adecuada para al menos un paso de oxidación electroqu ímico adicional. En una modalidad preferida, el paso de remoción de capa de oxidación es logrado con una solución acida acuosa comprendiendo desde aproximadamente 2% hasta aproximadamente 12%, de preferencia, desde aproximadamente 2.5% hasta aproximadamente 9%, y muy preferiblemente, desde aproximadamente 3% hasta aproximadamente 7% en peso de ácido, incluyendo todos los rangos subsumidos en el mismo. Los ácidos preferidos adecuados para usarse en tales soluciones para remover el recubrimiento en el paso de remoción de capa de oxidación son ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico o una mezcla de los mismos. Muy preferiblemente, el ácido usado es ácido fosfórico en una solución acuosa comprendiendo desde 3 hasta 7% en peso de ácido.

Cuando se remueve la capa de óxido de aluminio anódica fabricada, la parte es recubierta o atomizada con solución o de preferencia sumergida en solución hasta que se remueve substancialmente toda la capa fabricada. Normalmente, este paso es conducido durante un periodo de 1 0 minutos hasta una ( 1 ) hora, y de preferencia, desde 20 minutos hasta 45 minutos, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. La temperatura a la cual la capa de óxido de aluminio es removida está normalmente desde 50 hasta 80°C, y de preferencia, desde 55 hasta 70°C, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos.

Subsecuente a remover la capa de óxido de aluminio anódica fabricada, la parte es sometida, nuevamente, a al menos un paso adicional, y de preferencia, un paso de oxidación electroquímica adicional. El paso de oxidación electroqu ímica adicional es esencialmente una repetición del primer paso de oxidación electroquímica excepto que el tiempo de reacción es normalmente desde 2.5 hasta 8, y de preferencia, desde 3 hasta 7, y muy preferiblemente, desde 3.5 hasta 5.5 horas, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. Subsecuente a realizar el paso de oxidación electroquímica adicional o final sobre el panel, una capa de óxido de aluminio anódica final es fabricada sobre el mismo.

La capa de óxido de aluminio anódica final es porosa y de manera sorprendente uniforme en naturaleza, comprendiendo orificios o poros teniendo diámetros desde 50 hasta 1 20 nm , y de preferencia, desde 60 hasta 100 nm, y muy preferiblemente, desde 70 hasta 90 nm, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. La profundidad de los poros después del paso electroquímico final (es decir, de preferencia segundo), es normalmente desde 2 hasta 10 mieras, y de preferencia, desde 3 hasta 8 mieras, y muy preferiblemente desde 4 hasta 6 mieras, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. Adicionalmente, la distancia inter-orificios de los poros que hacen la capa de óxido de aluminio anódica final es normalmente desde aproximadamente 200 hasta 500 nanómetros, y de preferencia, desde 300 hasta 475 nanómetros, y muy preferiblemente, desde 350 hasta 450 nanómetros, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos.

La parte comprendiendo la capa de óxido de aluminio anódica final puede ser grabada con el fin de generar un panel súper-hidrofóbico preferido con un arreglo superior de nanoagrupamientos. El grabado puede ser logrado con una solución ácida acuosa como uno descrito para remover óxido de aluminio en el paso de remoción de capa de oxidación . El paso de g ra bad o es norma l mente durante aproximadamente 2 a 7 horas, de preferencia , desde 2.5 hasta 6 horas, y muy preferiblemente, desde 3 hasta 5 horas, incluyendo todos los rangos subsumidos en el mismo. La temperatura a la cual el grado es conducido es normalmente desde 20 hasta 50°C, y de preferencia, desde 25 hasta 45°C, y muy preferiblemente, desde 25 hasta 35°C, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos.

La parte súper-hidrofóbica y libre de escarcha resultante comprende nanoagrupamientos de óxido de aluminio, por lo cual los nanoagrupamientos están entre 800 nm a 1 5 mieras, de preferencia, desde 3 hasta 1 0 mieras, y muy preferiblemente, desde 4 hasta 7 mieras en ancho, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. La altura de los nanoagrupamientos es desde 700 nm hasta 1 0 mieras, de preferencia, desde 900 nm hasta 5 mieras, y muy preferiblemente, desde 1 hasta 4 mieras, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos.

Tales nanoagrupamientos están normalmente desde 1 hasta 40 mieras aparte (pico-a-pico) unos de otros, y de preferencia, 12 a 30 mieras, y muy preferiblemente, 1 5 a 25 mieras aparte unos de otros, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos.

De manera alternativa, la capa de óxido de aluminio anódica final puede ser recubierta con un laminado (es decir, agente hidrofobilizante) en lugar de ser grabado con el fin de generar un panel con propiedades súper-hidrofóbicas preferidas. Tal laminado incluye aero-geles similares a aquéllos comprendiendo un (halo) alquiltrialcoxisilicón (por ejemplo, trifluoropropiltrimetoxisilicón) así como recubrimientos teniendo polidimetilsiloxano. Otros incluyen (3-cloropropil) trimetoxisilano y otros polihidroxi silanos reconocidos en la técnica. Cuando se aplican, el laminado normalmente es menor que 2 nm, y de preferencia, desde 0.25 hasta 1 .75 nm , y muy preferiblemente, desde 0.75 hasta 1 .5 nm , incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. La aplicación de laminado es lograda por cualquier técnica reconocida en la técnica, incluyendo técnicas las cuales incluyen pasos de atomización, inmersión y/o cepillado seguido por un paso de secado. Los proveedores de tales laminados incluyen, por ejemplo, Microphase Coatings Inc. , the Sherwin Williams Company, y Changzhou Wuzhou Chemical Co. , Ltd.

Todavía en otra alternativa, la parte comprendiendo aluminio sometida al método de esta invención puede comprender originalmente una capa de óxido de aluminio plana aplicada por o mediante un fabricante equivalente original. Tal capa es normalmente de 3 a 10 mieras de espesor.

Cuando la parte de aluminio seleccionada para tratamiento de acuerdo con esta invención comprende una capa de óxido de aluminio original, la misma es de preferencia sometida a una oxidación electroquímica bajo condiciones consistentes con las cuales se describe en la presente como la primera oxidación electroquímica. Sin embargo, con frecuencia, la oxidación electroqu ímica de partes con una capa de óxido de aluminio original es desde 1 minuto hasta 1 .5 horas, y de preferencia, desde 1 0 hasta 45 minutos, y mu preferiblemente, desde 1 5 hasta 35 minutos, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. Normalmente, la oxidación electroquímica a la parte comprendiendo una capa de óxido de alu mi n io orig i na l añade u nas 2-12 m ieras adicionales, y de preferencia, 3 a 10 mieras, y muy preferiblemente, 3.5 a 8.5 mieras de capa de óxido de aluminio anódico fabricada. Tal capa comprende nanoagrupamientos en capas de óxido de aluminio. Estos nanoagrupamientos en capas son sim ilares en tamaño a los nanoagrupamientos descritos en la presente, excepto que los nanoagrupamientos en capas son más densos que los nanoagrupamientos que resultan del grabado de parte que originalmente no tiene capa de óxido de aluminio, donde más denso significa que los nanoagrupamientos en capas están normalmente desde 300 nm hasta 5 mieras, y de preferencia, desde 350 nm y hasta 2 mieras, muy preferiblemente, desde 400 hasta 600 nm aparte, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos. Los nanoagrupamientos en capas son de preferencia recubiertos con laminado en la manera previamente descrita para producir otra parte libre de escarcha y súper-hidrofóbica.

Las partes libres de escarcha resultantes hechas de acuerdo con esta invención normalmente tienen ángulos de contacto, los cuales son mayores que 145°, y de preferencia, desde 145 a 158°, y muy preferiblemente, desde 146 a 155°, incluyendo todos los rangos subsumidos en ellos.

Subsecuente a generar las partes súper-hidrofóbicas descritas en esta invención, las mismas pueden regresadas a un dispositivo previamente usado o montado en un nuevo dispositivo.

En una modalidad más preferida, las partes descritas en la presente son paneles para un congelador, por lo cual no exhiben formación de hielo y resisten la condensación de vapor (es decir, son libres de escarcha) incluso en la ausencia de sistemas de deshielo que requieren energía.

Los siguientes ejemplos son provistos para facilitar un entendimiento de la presente invención. Los ejemplos son pretenden limitar el alcance de las reivindicaciones.

Ejemplo 1 Un panel de aluminio (99.99% de pureza, 0.25 mm de espesor aproximadamente 26 cm2) se desgrasó al sumergir el panel en acetona y someterlo a ultrasonificación durante cinco (5) minutos. El panel de aluminio fue removido de la acetona y entonces se enjuagó en agua. La anodización de aluminio fue realizada usando un suministro de energía de corriente directa regulada y comercialmente disponible. Un vaso de laboratorio de vidrio grande (2 I) y baño fueron usados para mantener la temperatura. La anodización fue realizada en un sistema de H3P04-H20-C2H 5OH (100 mi: 1 000 mi: 200 mi) a -S°C. El panel de aluminio desgrasado se usó como el ánodo y grafito se fijó como el cátodo. El voltaje inicial fue fijado a 160 V, y la corriente fue 0.1 mA. Después de la anodización (oxidación electroquímica) durante una hora, una capa de oxidación de aluminio fue formada sobre el panel de aluminio. La capa de oxidación resultante fue removida con 5% (en peso) H3P04 a 60°C durante una hora. Subsecuentemente, una segunda anodización fue conducida sobre el panel de aluminio siguiendo el mismo procedimiento como la anodización inicial pero durante un periodo de cuatro horas. Se obtuvo un panel comprendiendo óxido de aluminio anódico poroso fabricado sobre el mismo con poros de diámetro uniforme (aproximadamente 80 nm) y profundidad (aproximadamente 5 mieras).

El panel comprendiendo óxido de aluminio anódico poroso fue grabado con 5% H3P04 a 30°C para obtener la superficie súper-hidrofóbica deseada. Después del grabado durante 3 horas y 40 minutos, la superficie de nanoagrupamiento deseada fue obtenida (nanoagrupamientos de aproximadamente 5 mieras de ancho, aproximadamente 3 mieras de alto y aproximadamente 20 mieras separadas como es determinado usando imágenes de microscopio de elección de exploración). El ángulo de contacto de esta superficie fue probado contra agua usando un goniómero comercialmente disponible. El ángulo de contacto de la superficie fue 1 50°.

Para comparar las propiedades hidrofóbicas de paneles con diferentes superficies, las pruebas de adherencia de hielo usando aire en un ambiente de congelación fueron conducidas. Los paneles de aluminio puro, paneles con recubrimientos de alúmina porosa y los paneles hechos en este ejemplo fueron usados. El panel de aluminio puro fue hidrof ílico con un ángulo de contacto de 70°. El panel con alúmina porosa también fue hidrofílico con un ángulo de contacto de 80°. El panel hecho de acuerdo con esta invención tuvo una superficie súper-hidrofóbica con, nuevamente, un ángulo de contacto de 150°.

Los paneles fueron colocados en un congelador (-20°C) durante 15 días. Cualquier unión de hielo fue registrada. El panel de aluminio hidrofílico y el panel hidrofílico con alúmina porosa exhibieron visualmente buena afinidad para formación de hielo. En contraste, el panel tratado de acuerdo con esta invención mostró esencialmente nada de formación de hielo. Estas comparaciones indican que los paneles tratados de acuerdo con esta invención, de manera inesperada, tienen excelentes propiedades hielo-fóbicas libres de escarcha para aplicaciones de congelador.

Otra prueba fue conducida para verificar la eficiencia de paneles de formación de hielo de los paneles. Las porciones de los paneles anteriores fueron cortadas a la misma forma (área de 1 .61 cm2). Antes de ponerse en un congelador, las muestras fueron pesadas. El peso del panel de aluminio, panel con alúmina porosa y el panel de esta invención fueron 74.2, 69.0 y 58.4 mg, respectivamente. Después de colocarse en un congelador (20°C) durante un mes, los pesos de estas muestras fueron medidos para valorar la cantidad de unión de hielo en las superficies de los paneles. Los pesos fueron 1 01 , 91 , y 64 mg , respectivamente para los paneles. Por lo tanto, la cantidad de hielo unido fue 16.6, 1 3.7 y 3.6 mg/cm2 sobre el panel de aluminio, panel con alúmina porosa y panel hecho de acuerdo con esta invención, respectivamente. La cantidad de hielo unido indica que los paneles hechos de acuerdo con esta invención tienen de manera inesperada superficies súper-hidrofóbicas que tienen propiedades hielo-fóbicas.

Ejemplo 2 Un panel de aluminio con relieve usado y removido de un congelador (con una capa de óxido de aluminio plana de 6-8 mieras) fue desg rasado med ia nte u ltra son icación e n acetona d ura nte 5 m i n utos y enjuagado en agua. Un paso de oxidación electroqu ímica fue realizado con un suministro de energ ía de corriente directa regulada. Un vaso de laboratorio de vidrio grande (2 I) y un baño se usaron para mantener temperaturas. La anodización fue realizada en un sistema de H3P04-H20-C2H5OH (1 00 mi: 1000 mi; 200 m) a 1 5°C. En el paso de oxidación, la placa de aluminio con relieve fue usada como el ánodo y se fijó grafito como el cátodo. El voltaje inicial fue fijado a 150 V y la corriente se fijó a 0.1 mA. Después de la anodización durante 40 minutos, una capa de óxido de aluminio anódica fabricada comprendiendo nanoagrupamientos en capas fueron formados (aproximadamente 4.5 mieras de altura) sobre la superficie de la placa. Los nanoagrupamientos fueron densos y separados aproximadamente 500 nm.

Un laminado comprendiendo silicio (solución de etanol (5mM) de C3H7S¡(OCH3)3) fue aplicada (aproximadamente 1 nm) a la placa. El panel resultante con laminado fue súper-hidrofóbico y sorprendentemente no exhibió unión de hielo después de ser colocado en un congelador durante aproximadamente una ( 1 ) semana.

Los resultados indican que los paneles de aluminio con relieve de congeladores existentes pueden ser tratados de acuerdo con esta invención y regresados al congelador para producir un congelador libre de escarcha.

Ejemplo 3 Los paneles similares a aquéllos obtenidos vía el proceso descrito en los Ejemplos 1 y 2 fueron colocados en un congelador (aproximadamente 0°C) durante aproximadamente 1 hora. Los paneles de aluminio no tratados de acuerdo con esta invención fueron también colocados en el congelador bajo condiciones similares. Los paneles fueron removidos del congelador y colocados en la parte superior de los vasos de laboratorio conteniendo agua caliente (70°C) durante 3 minutos. Los paneles fueron removidos de los vasos de laboratorio y un examen visual reveló de manera sorprendente significativamente menos condensación de vapor en los paneles tratados de acuerdo con esta invención cuando se compara con paneles de aluminio convencionales teniendo un ángulo de contacto de aproximadamente 70°C.

Ejemplo 4 Las fuerzas de adhesión de paneles similares a las obtenidas vía los procesos descritos en los Ejemplos 1 y 2 fueron comparadas con las fuerzas de adhesión de hielo de paneles sin tratar (ángulo de contacto aproximadamente 70°). El aparato empleado fue un SMS Texture Analyzer (TA-XT2). Los paneles usados fueron enfriados al pasar los mismos a través de un canal de nitrógeno l íquido. El calor también fue provisto para controlar la temperatura (0.1 °C) de los paneles siendo probados. Un anillo de Teflon® ( 15 mm de diámetro, 2 mm de espesor se usó para hacer un bloque de hielo simulado. Se usaron alambre y un cantiléver sobre el analizador de textura para mover el anillo para crear una fuerza de corte entre el hielo en el anillo y el panel. Antes de moverse , 5 m i de ag ua fueron dosificad os en el a n i l lo . La tem peratu ra de las placas fue disminuida dentro del rango de -50°C a - 10°C. Una vez que la temperatura fue fijada, la muestra de hielo resultante fue mantenida estacionaria durante aproximadamente 3 minutos antes de moverse por el analizador de textura y fuerza (N/cm2) se valoró al mover el hielo dentro del anillo.

Los resultados obtenidos indican que las fuerzas entre la muestra de hielo y paneles tratados de acuerdo con esta invención estuvieron entre 35 y 100 por ciento menos que las fuerzas realizadas para los paneles de aluminio no tratados, indicando de manera sorprendente que los paneles obtenidos de acuerdo con esta invención exhibieron excelentes resultados de adhesión de hielo (es decir, baja).

Claims (19)

REIVI N DICACIONES

1 . Un dispositivo libre de escarcha que comprende partes, en donde las partes son súper-hidrofóbicas y comprenden nanoagrupamientos de óxido de aluminio.

2. El dispositivo libre de escarcha de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la parte después de ser sometida a condiciones de congelación exhibe formación de hielo reducida, condensación de vapor reducida y/o adhesión reducida para hielo cuando se comparan con partes libres de nanoagrupamientos de óxido de alumin io.

3. El dispositivo libre de escarcha de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde los nanoagrupamientos de óxido de aluminio son 800 nm a 1 5 mieras de ancho, 700 nm a 10 mieras de alto y 300 nm a 40 mieras de separación.

4. Un método para hacer un dispositivo libre de escarcha, comprendiendo el método los pasos de: • obtener una parte comprendiendo aluminio, la parte comprendiendo aluminio adecuada para montaje en un nuevo dispositivo u obtenida de un dispositivo existente; • someter la parte comprendiendo aluminio a al menos un paso de oxidación electroquímica para una cantidad efectiva de tiempo para crear una parte comprendiendo una capa de óxido de aluminio anódica fabricada sobre la misma; · someter la parte comprendiendo la capa de óxido de aluminio fabricada sobre la misma a un paso de grabado o un paso de recubrimiento para producir una parte súper-hidrofóbica comprendiendo óxido de aluminio; • montar la parte súper-hidrofóbica en el dispositivo nuevo o existente.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la parte comprendiendo aluminio es lavada antes del paso de oxidación electroquímica.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la capa de óxido de aluminio anódica fabricada es removida para producir una parte habiendo sido sometida a un paso de remoción.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la parte habiendo sido sometida a un paso de remoción es sometida a un segundo paso de oxidación electroquímica para producir la parte comprendiendo la capa de óxido de aluminio anódica fabricada sobre la misma, la cual es sometida al paso de grabado o paso de recubrimiento para producir la parte súper-hidrofóbica.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la capa de óxido de aluminio anódica es porosa y comprende poros teniendo diámetros desde 50 hasta 120 nm y una profundidad desde 2 hasta 10 mieras.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la capa de óxido de aluminio anódica tiene una distancia inter-orificio de poro desde 200 hasta 500 mieras.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la capa de óxido de aluminio anódica es sometida a un paso de grabado para producir la parte súper-hidrofóbica.

1 1 . El método de acuerdo con la reivindicación 1 0, en donde la parte súper-hidrofóbica es montada en un congelador.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la parte comprendiendo aluminio es obtenida de un congelador.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la parte comprendiendo aluminio comprende una capa de óxido de aluminio plana que es aproximadamente 3 a 1 0 mieras de espesor.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 1 3, en donde la pa rte comprend ie ndo a lum i n i o es som etid a a u n paso de oxida ció n electroquímica.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el paso de oxidación electroquímica añade 2 a 12 mieras de capa de óxido de aluminio anódica fabricada a la capa de óxido de aluminio plana.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 1 5, en donde el panel comprendiendo la capa de óxido de aluminio anódica comprende nanóagrupamientos en capas de óxido de aluminio.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde un laminado es aplicado a la parte para hacer el panel súper-hidrofóbico.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la parte es un panel para un congelador.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el dispositivo es un congelador. RESUME N Se describen superficies libres de escarcha y métodos para fabricar dichas superficies. Las superficies libres de escarcha red ucen el desarrollo de hielo, evitan la condensación de vapor y reducen la fuerza de adhesión entre el hielo y un substrato sólido. Las superficies pueden ser partes usadas en dispositivos en donde se pueden obtener propiedades súper-h idrofóbicas después y durante la fabricación del dispositivo. Las propiedades súper-hidrofóbicas son el resultado de agrupamientos de óxido de aluminio hechos sobre dichas superficies.