EA026812B1

EA026812B1 - Необмерзающие поверхности и способ их получения

Info

Publication number: EA026812B1
Application number: EA201200718A
Authority: EA
Inventors: Чуньбо Жань
Original assignee: Юнилевер Н.В.
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2017-05-31
Also published as: EP2504643A1; IL219532A; WO2011057422A1; CN102686962A; EA201200718A1; TR201808256T4; CA2779973C; MX2012005384A; MX342129B; US20120325666A1; CA2779973A1; BR112012010861A2; CN102686962B; EP2504643B1; AU2009355220A1; US9371595B2; EP2504643A4; IL219532A0; AU2009355220B2

Abstract

Описаны необмерзающие поверхности и способы получения таких поверхностей. Необмерзающие поверхности уменьшают нарастание льда, предотвращают конденсацию пара и уменьшают силы адгезии между льдом и твёрдой подложкой. Поверхности могут находиться на деталях, используемых в устройствах, где супергидрофобные свойства могут быть получены после или во время изготовления устройства. Супергидрофобные свойства вызваны присутствием кластеров оксида алюминия, сформированных на таких поверхностях.

Description

(57) Описаны необмерзающие поверхности и способы получения таких поверхностей. Необмерзающие поверхности уменьшают нарастание льда, предотвращают конденсацию пара и уменьшают силы адгезии между льдом и твёрдой подложкой. Поверхности могут находиться на деталях, используемых в устройствах, где супергидрофобные свойства могут быть получены после или во время изготовления устройства. Супергидрофобные свойства вызваны присутствием кластеров оксида алюминия, сформированных на таких поверхностях.

026812 ΒΙ

026812 В1

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к необмерзающей поверхности и способу её получения. В частности, настоящее изобретение относится к необмерзающей поверхности устройств, в которых поверхность предотвращает нарастание льда и препятствует конденсации пара при замораживании. Поверхность включает нанокластеры оксида алюминия, которые получены посредством по меньшей мере одной стадии электрохимического окисления и стадии травления или нанесения покрытия.

Сведения о предшествующем уровне техники

Образование/адгезия льда на внутренних поверхностях устройств, таких как морозильники, может создать проблемы, особенно в морозильниках, которые используются на предприятиях розничной торговли. Нарастание льда (происходящее при поступлении в морозильник тёплого влажного воздуха) может ухудшать производительность морозильника и уменьшать пространство для хранения пищи в отделениях морозильника.

Нарастание льда в коммерческих морозильниках, используемых на предприятиях розничной торговли, для потребителя выглядит непривлекательно и часто влияет на товарный вид продаваемого продукта. Фактически, нарастание льда в морозильниках может покрыть или скрыть продукт, такой как мороженое, мясо и/или замороженные овощи, приводя к тому, что продукт не выбирается потребителем и, зачастую, портится до продажи.

Некоторые морозильники приходится выключать для разморозки. У других необмерзающих морозильников имеются нагревательные элементы для плавления льда, собираемого в виде воды, или продувка воздуха через пищевые отделения морозильника для удаления попадающего при загрузке влажного воздуха, который, как известно, вызывает нарастание льда.

Тем не менее в других устройствах существуют проблемы с нарастанием льда при замораживании. Самолеты, автомобили, запорные механизмы, а также электронные выключатели являются дополнительными примерами устройств, работа которых может быть нарушена в условиях заморозки.

Многие механизмы для размораживания имеют проблемы с перерасходом энергии и с доступностью. Кроме того, понижение температур в пищевых отделениях в таких устройствах, как морозильники, обычно неизбежно подвергает риску качество продовольственного продукта.

Повышается интерес к созданию поверхностей, на которых не происходит нарастание льда и конденсация в условиях заморозки. Особенный интерес проявляется к разработке морозильников, в которых не происходит нарастание льда в пищевых отделениях, особенно механизмов, которые не требуют дополнительной энергии для нагрева таких отделений. Кроме того, существует потребность в переоборудовании устройств с неэффективными средствами удаления льда или вовсе не имеющих таких средств в необмерзающие устройства без использования сложных нагревательных или других электрических систем. Поэтому настоящее изобретение относится к поверхности, которая характеризуется уменьшенным нарастанием льда и стойкостью к конденсации пара, и способу её изготовления. Такую поверхность обычно получают на деталях или панелях, которые могут быть обработаны после или во время изготовления устройства, при условии, что детали или панели включают нанокластеры оксида алюминия, которые получают посредством по меньшей мере одной стадии электрохимического окисления и стадии травления или нанесения покрытия.

Дополнительная информация

Известны работы по изготовлению необмерзающих морозильников. В И8 4513579 описан морозильник с регенерируемым фильтром, поглощающим влагу.

Известны работы по уменьшению адгезии льда. В И8 7087876 описана система для плавления льда на поверхности, использующая электроды и источник переменного тока.

Кроме того, проводились работы по созданию морозильников с функцией разморозки. В И8 7320226 описан морозильник с нагревающим устройством для нагрева и размораживания охлаждающей поверхности.

Ни в одном из вышеописанных источников дополнительной информации не описана необмерзающая поверхность, подготовленная после или во время производства устройства, при условии, что поверхность включает нанокластеры оксида алюминия, которые получают посредством по меньшей мере одной стадии электрохимического окисления и стадии травления или нанесения покрытия.

Сущность изобретения

В первом аспекте настоящее изобретение относится к необмерзающей поверхности при условии, что поверхность является супергидрофобной и включает нанокластеры оксида алюминия.

Во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу получения необмерзающей поверхности, включающему стадии, на которых получают деталь, содержащую алюминий, где деталь, содержащая алюминий, пригодна для монтажа в новое устройство или получена из уже существующего устройства;

проводят по меньшей мере одну стадию электрохимического окисления содержащей алюминий детали в течение времени, достаточного для получения детали, на которой получен анодный слой оксида алюминия;

проводят стадию травления или нанесения покрытия на деталь, на которой получен анодный слой

- 1 026812 оксида алюминия, для получения супергидрофобной детали, содержащей оксид алюминия;

монтируют супергидрофобную деталь в новое или существующее устройство. Все другие аспекты настоящего изобретения легко станут очевидными после рассмотрения последующих детального описания и примеров.

Оксид алюминия означает Л1₂0з. Анодный оксид алюминия является слоем оксида алюминия, полученным на алюминиевой детали на стадии электрохимического окисления, когда содержащая алюминий деталь используется как анод. Супергидрофобный в настоящей заявке означает обладающий краевым углом смачивания водой по меньшей мере 145°. Необмерзающий в настоящей заявке означает супергидрофобную поверхность, которая характеризуется сниженным нарастанием льда, снижением силы адгезии между льдом и поверхностью, а также снижением конденсации пара на поверхности. Нанокластер означает агрегат оксида алюминия, предпочтительно в форме пирамиды, где ширина нанокластера составляет от 800 нм до 15 мкм и высота составляет от 700 нм до 10 мкм. Краевой угол смачивания в настоящей заявке означает угол, который образует межфазная граница вода/пар с твёрдой поверхностью. Такой угол может быть измерен при помощи гониометра или другой системы анализа формы водяных капель. Существующее устройство является устройством, которое было произведено в прошлом. Новое устройство является устройством, собираемым в процессе изготовления в данный момент. Деталь включает панель, подобную панели морозильника, но в общем случае обозначает любой объект, который может быть обработан способом по настоящему изобретению. Устройство означает предмет, который включает деталь, обработанную способом по настоящему изобретению, подобный самолету, автомобилю, замку и, в особенности, морозильнику для продовольственных продуктов. Монтаж означает включение в устройство. Для большей однозначности монтаж включает, например, монтаж панелей в морозильник.

Все диапазоны, приведённые в заявке, включают все содержащиеся в них поддиапазоны, если явно не оговорено иное. Включающий в настоящей заявке включает в себя также состоящий, по существу, из и состоящий из.

Осуществление изобретения

Единственные ограничения относительно детали, которая может быть использована в настоящем изобретении, состоят лишь в том, что она может быть использована в качестве анода в процессе электрохимического окисления. Такая деталь может быть чистым алюминием или алюминиевым сплавом и содержать элементы, такие как медь, кремний, железо, магний, марганец, цинк, титан, их смеси или тому подобное. В предпочтительном варианте осуществления деталь содержит по меньшей мере 90%, предпочтительно по меньшей мере 95-100% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 99-100 мас.% алюминия, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны.

Кроме того, устройства, которые могут использовать детали по настоящему изобретению, могут включать, например, охлаждающие механизмы, которые используют пропан, диоксид углерода, фторуглеводороды, хлорфторуглероды, их смеси или подобные. Предпочтительный охлаждающий механизм часто зависит от страны и самым предпочтительным механизмом почти всегда будет тот, который считают наиболее безвредным для окружающей среды.

При осуществлении настоящего изобретения деталь получают и предпочтительно тщательно моют и высушивают. Способ промывки будет зависеть от типа загрязнения, удаляемого с детали. Однако обычно для очистки детали могут быть использованы растворители, такие как вода, мыльная вода, ацетон, и растворы гидроксида натрия и/или бикарбоната натрия. Конечно, при необходимости также могут быть использованы способы без растворителя. Для этого могут быть использованы, например, вибрационные способы, способы с обдувом и/или ультразвуковой обработкой для очистки или дополнительной очистки детали, предназначенной для обработки. Размер детали, обрабатываемой согласно настоящему изобретению, не важен до тех пор, пока имеющееся оборудование позволяет осуществить способ по изобретению. Однако обычно площадь поверхности деталей, обрабатываемых согласно настоящему изобретению, составляет менее 100 м², предпочтительно менее 50 м² и наиболее предпочтительно от около 0,1 до около 20 м², включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Часто толщина таких деталей не превышает 2 см и предпочтительно не превышает 1,25 см. В самом предпочтительном варианте осуществления толщина детали составляет от около 0,01 до около 0,75 см, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Кроме того, форма детали ничем не ограничена, и поверхность может быть, например, гладкой, включать углубления или быть рельефной. Когда устройство, содержащее детали, обрабатываемые согласно настоящему изобретению, является морозильником, такие морозильники могут коммерчески поставляться ВикЬ КейтдегаЛоп, Эгадоп ЕЩегргПе Со., Ы6., Сго\упТопка ХУаП/йъ, №пдЪо Лпдсо Е1есЛошс8 Со., И6. и 0|пд6ао На1ег РеГпдегаЮг Со., И6.

После получения очищенная деталь предпочтительно подвергается первой стадии процесса электрохимического окисления, на которой деталь погружают в раствор реактива, включающий кислоту, такую как, например, фосфорную, серную, хлористоводородную, уксусную, лимонную, винную или молочную кислоту, их смеси или тому подобное.

Раствор реактива обычно включает 2-12 мас.%, предпочтительно, 3-10% и наиболее предпочтительно 5-7 мас.%, кислоты, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. В предпочтительном вари- 2 026812 анте осуществления раствор реактива включает от 3 до около 20% и наиболее предпочтительно от около 6 до около 15 мас.% спирта, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Предпочтительным спиртом является С₂-С₆ спирт и наиболее предпочтительным используемым спиртом является этанол. Остальное в растворе реактива обычно является водой.

После погружения детали в раствор реактива раствор предпочтительно перемешивают, чтобы обеспечить эффективное электрохимическое окисление. Деталь в реакции выступает в роли анода, и в процессе следует использовать такой катод, как, например, графит, медь, платина, нержавеющая сталь или подобные. Ток обычно подают от обычного источника, например коммерчески поставляемого источника тока ЛдИсШ. Со1е-Рагтег или Отгоп. Обычно электрохимическое окисление выполняют при температуре раствора от -10 до 35°С, предпочтительно от -8 до 20°С и наиболее предпочтительно от -6 до 12°С, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Ток обычно составляет 0,05-1 А, предпочтительно 0,070,5 А и наиболее предпочтительно от около 0,08 до около 0,2 А, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Напряжение во время электрохимического окисления обычно не должно превышать 200 В. Предпочтительно напряжение составляет от около 50 до около 190 Ви наиболее предпочтительно от около 100 до около 180 В, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Электрохимическое окисление предпочтительно проходит за 0,05-2 ч, предпочтительно 0,5-2 ч и наиболее предпочтительно 0,75-1,5 ч, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны.

После электрохимического окисления детали на ней находится полученный анодный слой оксида алюминия.

В предпочтительном варианте осуществлении деталь с полученным анодным слоем оксида алюминия подвергают стадии удаления оксида алюминия, посредством чего полученный слой предпочтительно удаляют на стадии удаления окисленного слоя и затем подвергают по меньшей мере второй стадии электрохимического окисления.

Стадия удаления окисленного слоя ограничена только тем, что удаляют если не все, то, по существу, все полученное до этого на детали покрытие анодного оксида алюминия, а также тем, что такая стадия удаления делает деталь подходящей для по меньшей мере одной дополнительной стадии электрохимического окисления. В предпочтительном варианте осуществлении стадию удаления окисленного слоя проводят в водном кислом растворе, содержащем от около 2 до около 12%, предпочтительно от около 2,5 до около 9% и наиболее предпочтительно от около 3 до около 7 мас.% кислоты, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Предпочтительными кислотами, подходящими для использования в таких растворах для удаления покрытия на стадии удаления окисленного слоя, являются фосфорная кислота, серная кислота, хлористоводородная кислота или их смеси. Наиболее предпочтительно используемая кислота является фосфорной кислотой в водном растворе, включающем 3-7 мас.% кислоты.

При удалении полученного анодного слоя оксида алюминия на деталь наносят или распыляют раствор или, предпочтительно, деталь погружают в раствор до, по существу, полного удаления полученного слоя. Обычно эту стадию проводят в течение от 10 мин до одного (1) часа и предпочтительно 20-45 мин, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Температура, при которой удаляют слой оксида алюминия обычно составляет 50-80°С, предпочтительно 55-70°С, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны.

После удаления полученного анодного слоя оксида алюминия деталь снова подвергают по меньшей мере одной дополнительной, предпочтительно, ровно одной дополнительной стадии электрохимического окисления. Дополнительная стадия электрохимического окисления по существу является повторением первой стадии электрохимического окисления, за исключением того, что время реакции обычно составляет 2,5-8, предпочтительно 3-7 и наиболее предпочтительно 3,5-5,5 ч, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. После выполнения дополнительной или заключительной стадии электрохимического окисления панели на ней формируют конечный анодный слой оксида алюминия.

Конечный анодный слой оксида алюминия является пористым и неожиданно однороден по природе, включая отверстия или поры диаметром 50-120 нм, предпочтительно 60-100 нм и наиболее предпочтительно 70-90 нм, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Глубина пор после финальной (то есть предпочтительно второй) электрохимической стадии обычно составляет 2-10 мкм, предпочтительно 3-8 мкм и наиболее предпочтительно 4-6 мкм, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Кроме того, расстояние между отверстиями пор, составляющих конечный анодный слой оксида алюминия, обычно составляет от около 200 до около 500 нм, предпочтительно от 300 до 475 нм и наиболее предпочтительно 350-450 нм, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны.

Деталь, включающая конечный анодный слой оксида алюминия, может быть протравлена для получения предпочтительной супергидрофобной панели с множеством нанокластеров более высокого качества. Травление может быть выполнено водным кислым раствором, подобным описанному при удалении оксида алюминия на стадии удаления окисленного слоя. Стадию травления обычно проводят в течение около 2-7 ч, предпочтительно 2,5-6 ч и наиболее предпочтительно 3-5 ч, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Температура, при которой проводит травление, обычно составляет 20-50°С, предпочтительно 25-45°С и наиболее предпочтительно 25-35°С, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны.

- 3 026812

Получающаяся необмерзающая и супергидрофобная деталь включает нанокластеры оксида алюминия, причём толщина нанокластеров находится между 800 нм и 15 мкм, предпочтительно между 3 и 10 мкм и наиболее предпочтительно между 4 и 7 мкм, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Высота нанокластеров составляет 700 нм - 10 мкм, предпочтительно 900 нм - 5 мкм и наиболее предпочтительно 1-4 мкм, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Такие нанокластеры обычно находятся на расстоянии 10-40 мкм (от пика до пика) друг от друга, предпочтительно 12-30 мкм и наиболее предпочтительно 15-25 мкм друг от друга, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны.

Альтернативно конечный анодный слой оксида алюминия может быть покрыт плёнкой (т.е. гидрофобилизирующее вещество) вместо травления для создания панели с предпочтительными супергидрофобными свойствами. Такая плёнка включает аэрогели, подобные тем, которые включают (гало)алкилтриалкоксикремний (например, трифторпропилтриметоксикремний), а также покрытия, содержащие полидиметилсилоксан. Другие включают (3-хлорпропил)триметоксисилан и другие полигидроксисиланы известного уровня техники. При нанесении плёнка обычно составляет менее 2 нм, предпочтительно 0,25-1,75 нм и наиболее предпочтительно 0,75-1,5 нм, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Нанесение плёнки выполняют способами известного уровня техники, включая способы, которые включают стадии распыления, погружения и/или нанесения кистью с последующей стадией высушивания. Поставщиками таких плёнок являются, например, МюгорНа^с Соайп§8 1пс., δίκπνίη ХУППапъ Сотрапу и СНапд/Нои \Уи/Нои СНст1са1 Со., Ый.

В альтернативном варианте осуществления деталь, содержащая алюминий, обработанная способом по настоящему изобретению, первоначально может включать нанесённый изготовителем плоский слой оксида алюминия. Толщина такого слоя обычно составляет 3-10 мкм.

Когда алюминиевая деталь, отобранная для обработки согласно настоящему изобретению, включает исходный слой оксида алюминия, его предпочтительно подвергают одному электрохимическому окислению в тех же условиях, что описаны в заявке для первого электрохимического окисления. Однако зачастую электрохимическое окисление детали с исходным слоем оксида, алюминия составляет от 1 мин до 1,5 ч предпочтительно 10-45 мин и наиболее предпочтительно 15-35 мин, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Обычно электрохимическое окисление детали, включающей исходный слой оксида алюминия, добавляет дополнительные 2-12 мкм, предпочтительно 3-10 мкм и наиболее предпочтительно 3,5-8,5 мкм полученного анодного слоя оксида алюминия. Такой слой включает слоистые нанокластеры оксида алюминия. Эти слоистые нанокластеры по размеру подобны нанокластерам, описанным в заявке, за исключением того, что слоистые нанокластеры являются более плотными, чем нанокластеры, получающиеся травлением детали, первоначально не имеющей слоя оксида алюминия, где более плотный означает, что слоистые нанокластеры обычно располагаются на расстоянии от 300 нм до 5 мкм и предпочтительно от 350 нм до 2 мкм и наиболее предпочтительно на расстоянии 400-600 нм, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны. Слоистые нанокластеры предпочтительно покрыты плёнкой вышеописанным способом для изготовления еще одной искомой супергидрофобной и необмерзающей детали.

Краевой угол смачивания получающихся необмерзающих деталей, изготовленных согласно настоящему изобретению, обычно составляет более 145°, предпочтительно 145-158° и наиболее предпочтительно 146-155°, включая все содержащиеся здесь поддиапазоны.

После изготовления супергидрофобных деталей, описанных в настоящем изобретении, они могут быть возвращены в ранее используемое устройство или смонтированы в новое устройство.

В самом предпочтительном варианте осуществления детали, описанные в заявке, являются панелями морозильника, не подверженными нарастанию льда и устойчивыми к конденсации пара (т.е. необмерзающие) даже в отсутствие систем удаления льда, требующих энергии.

Следующие примеры представлены для облегчения понимания настоящего изобретения. Примеры не предназначены для ограничения объёма притязаний.

Пример 1.

Алюминиевую панель (99,99% чистоты, толщиной 0,25 мм, около 26 см²) обезжиривают погружением панели в ацетон и подвергают ультразвуковой обработке в течение 5 мин. Алюминиевую панель вынимают из ацетона и затем ополаскивают водой. Анодирование алюминия проводят с использованием регулируемого и коммерчески поставляемого источника постоянного тока. Большой стеклянный стакан (2 л) и ванну используют для поддержания температуры. Анодирование выполняют в системе Н₃РО₄Н₂О-С₂Н₅ОН (100 мл: 1000 мл: 200 мл) при -5°С. Обезжиренную алюминиевую панель используют в качестве анода, а в качестве катода используют графит. Начальное напряжение задают равным 160 В, а ток - 0,1 мА. После анодирования (электрохимическое окисление) в течение 1 ч на алюминиевой панели формируется слой окисленного алюминия. Получающийся окисленный слой удаляют 5 мас.% Н₃РО₄ при 60°С в течение одного часа. Затем проводят второе анодирование алюминиевой панели по той же методике, что и начальное анодирование, но в течение четырёх часов. Полученная панель включает пористый анодный оксид алюминия с порами однородного диаметра (около 80 нм) и глубины (около 5 мкм).

Панель, включающую пористый анодный оксид алюминия, протравливают 5% Н₃РО₄ при 30°С, чтобы получить искомую супергидрофобную поверхность. После травления в течение 3 ч и 40 мин получают искомую поверхность нанокластера (с шириной нанокластеров около 5 мкм, высотой около 3 мкм и

- 4 026812 на расстоянии около 20 мкм по определению с использованием сканирующего микроскопа для получения изображения). Краевой угол смачивания этой поверхности водой определяют с использованием коммерчески поставляемого гониометра. Краевой угол смачивания поверхности составляет 150°.

Чтобы сравнить гидрофобные свойства панелей с различными поверхностями проводят испытания адгезии льда с использованием воздуха в условиях заморозки. Используют чистые алюминиевые панели, панели с покрытиями из пористого оксида алюминия и панели, изготовленные в этом примере. Чистая алюминиевая панель является гидрофильной с краевым углом смачивания 70°. Панель с пористым оксидом алюминия также является гидрофильной с краевым углом смачивания 80°. У панели, изготовленной согласно этому изобретению, краевой угол смачивания супергидрофобной поверхности составляет 150°.

Панели помещают в морозильник (-20°С) на 15 дней. Регистрируют любое налипание льда. Гидрофильная алюминиевая панель и гидрофильная панель с пористым оксидом алюминия визуально проявляют большую склонность к нарастанию льда. Напротив, панель, которую обрабатывают согласно настоящему изобретению, по существу, свободна от нарастания льда. Эти сравнения показывают, что панели, обработанные согласно настоящему изобретению, неожиданно имеют превосходные антиобледенительные/необмерзающие свойства для применений в морозильниках.

Проводят другой тест для проверки эффективности нарастания льда на панелях. Части вышеуказанных панелей разрезают на части одинаковой формы (площадь поверхности 1,61 см²). До размещения в морозильнике образцы взвешивают. Вес алюминиевой панели, панели с пористым оксидом алюминия и панели по настоящему изобретению составляет 74,2, 69,0 и 58,4 мг соответственно. После размещения в морозильнике (-20°С) в течение одного месяца измеряют вес этих образцов, чтобы оценить количество налипшего льда на поверхностях панелей. Вес панелей составляет 101, 91 и 64 мг соответственно. Таким образом, количество налипшего льда на алюминиевой панели, панели с пористым оксидом алюминия и панели, изготовленной согласно настоящему изобретению, составляет 16,6, 13,7 и 3,6 мг/см² соответственно. Количество налипшего льда указывает, что у панелей, изготовленных согласно настоящему изобретению, неожиданно имеются супергидрофобные поверхности с антиобледенительными свойствами.

Пример 2.

Используемую в морозильнике и удалённую из него рельефную алюминиевую панель (с плоским слоем оксида алюминия 6-8 мкм) обезжиривают ультразвуковой обработкой в ацетоне в течение 5 мин и ополаскивают в воде. Стадию электрохимического окисления выполняют с использованием регулируемого источника постоянного тока. Большой стеклянный стакан (2 л) и ванну используют для поддержания температуры. Анодирование выполняют в системе Н₃РО₄-Н₂О-С₂Н₅ОН (100 мл: 1000 мл: 200 мл) при 15°С. Рельефную алюминиевую панель используют в качестве анода, а в качестве катода используют графит. Начальное напряжение задают равным 150 В, а ток - 0,1 мА. После анодирования в течение 40 мин на поверхности пластины формируется изготовленный анодный слой оксида алюминия, включающий слоистые нанокластеры (около 4,5 мкм по высоте). Нанокластеры являются плотными и находятся на расстоянии около 500 нм.

На пластину наносят содержащую кремний плёнку (раствор в этаноле (5 мМ) С₃Н₇§1(ОСН₃)₃, около 1 нм). Получающаяся панель с плёнкой является супергидрофобной, и неожиданно отсутствует налипание льда при выдерживании в морозильнике в течение около одной (1) недели.

Результаты указывают, что рельефные алюминиевые панели из существующих морозильников можно обрабатывать согласно настоящему изобретению и возвращать в морозильник для получения необмерзающего морозильника.

Пример 3.

Панели, подобные полученным в процессе, описанном в примерах 1 и 2, помещают в морозильник (около 0°С) приблизительно на 1 ч. Алюминиевые панели, не обработанные согласно настоящему изобретению, также помещают в морозильник при подобных условиях. Панели удаляют из морозильника и помещают в верхней части стаканов, содержащих горячую (70°С) воду на 3 мин. Панели удаляют из стаканов и визуальная проверка неожиданно показывает значительно меньшую конденсацию пара на панелях, обработанных согласно настоящему изобретению, по сравнению с обычными алюминиевыми панелями с краевым углом смачивания около 70°С.

Пример 4.

Силы адгезионного взаимодействия между льдом и панелями, подобными панелям, полученным способами, описанными в примерах 1 и 2, сравнивают с силами адгезионного взаимодействия между льдом и необработанными панелями (краевой угол смачивания около 70°). Используют прибор §М§ Тех1игс Лпа1у/ег (ТА-ХТ2). Используемые панели охлаждают перемещением панелей через поток жидкого азота. Также обеспечивали нагрев тестируемых панелей для контроля температуры (0,1°С). Кольцо из Тейоп® (диаметр 15 мм, толщина 2 мм) используют, чтобы сделать пробный ледяной блок. Используют провод и рычаг анализатора текстуры для перемещения кольца для создания сдвигающего усилия между льдом в кольце и панелью. До перемещения в кольцо помещают 5 мл воды. Температуру пластин снижают в пределах диапазона от -50 до -10°С. Как только температура установится, получающийся образец льда сохраняют неподвижным в течение около 3 мин до перемещения анализатором текстуры и оценивают силу (Н/см²) перемещением льда в кольце.

- 5 026812

Полученные результаты указывают, что силы между образцом льда и панелями, обработанными согласно настоящему изобретению, на 35-100% меньше сил, приложенных для необработанных алюминиевых панелей, неожиданно указывая, что панели, полученные согласно настоящему изобретению, обладают превосходными (т.е. низкими) характеристиками адгезии льда.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Необмерзающее морозильное устройство, включающее детали, поверхность которых является супергидрофобной и включает нанокластеры оксида алюминия, где указанные детали в условиях заморозки характеризуются меньшим нарастанием льда, пониженной конденсацией пара и/или меньшей адгезией льда по сравнению с деталями, поверхность которых не имеет нанокластеров оксида алюминия.
2. Необмерзающее устройство по п.1, в котором ширина нанокластеров оксида алюминия составляет 800 нм-15 мкм, высота 700 нм-10 мкм и нанокластеры оксида алюминия находятся на расстоянии 300 нм-40 мкм.
3. Применение супергидрофобной детали, включающей нанокластеры оксида алюминия, в качестве детали устройства, подверженного нарастанию льда при замораживании, для снижения нарастания льда, снижения конденсации пара и/или снижения адгезии льда после заморозки данного устройства.
4. Способ изготовления необмерзающего устройства по п.1, включающий стадии, на которых деталь, содержащую алюминий и пригодную для монтажа в новое морозильное устройство или полученную из существующего устройства, подвергают по меньшей мере одной стадии электрохимического окисления в течение времени, достаточного для создания детали, включающей полученный на ней анодный слой оксида алюминия;

проводят стадию травления или нанесения покрытия на деталь, включающую полученный на ней анодный слой оксида алюминия, для получения супергидрофобной поверхности у детали, включающей оксид алюминия;

проводят монтаж указанной детали с супергидрофобной поверхностью в морозильное устройство.
5. Способ по п.4, в котором деталь, содержащую алюминий, промывают перед стадией электрохимического окисления.
6. Способ по п.4, в котором полученный анодный слой оксида алюминия удаляют для получения детали, прошедшей стадию удаления.
7. Способ по п.6, в котором деталь, прошедшая стадию удаления, проходит стадию второго электрохимического окисления для получения детали, включающей анодный слой оксида алюминия, которая затем проходит стадию травления или нанесения покрытия для получения супергидрофобной детали.
8. Способ по п.7, в котором анодный слой оксида алюминия является пористым и включает поры с диаметром 50-120 нм и глубиной 2-10 мкм.
9. Способ по п.7, в котором расстояние между отверстиями пор анодного слоя оксида алюминия составляет 200-500 мкм.
10. Способ по п.7, в котором анодный слой оксида алюминия подвергают травлению для получения супергидрофобной детали.
11. Способ по п.10, в котором супергидрофобную деталь монтируют в морозильник.
12. Способ по п.4, в котором деталь, содержащая алюминий, получена из морозильника.
13. Способ по п.12, в котором деталь, содержащая алюминий, включает плоский слой оксида алюминия толщиной около 3-10 мкм.
14. Способ по п.13, в котором деталь, содержащая алюминий, проходит одну стадию электрохимического окисления.
15. Способ по п.14, в котором стадия электрохимического окисления добавляет 2-12 мкм полученного анодного слоя оксида алюминия к плоскому слою оксида алюминия.
16. Способ по п.15, в котором панель, включающая анодный слой оксида алюминия, включает слоистые нанокластеры оксида алюминия.
17. Способ по п. 16, в котором на деталь наносят плёнку для создания супергидрофобной панели.
18. Способ по п.4, в котором деталь является панелью морозильника.
19. Способ по п.4, в котором устройство является морозильником.