申请日2015.09.16
公开(公告)日2017.08.29
IPC分类号A63C5/03; A63C5/12
摘要
一种滑雪板(10)，包括由可渗透材料制成的基层(12)，其中基层(12)用包括至少一种化学组分和用于该化学组分的载液的组合物进行处理，该至少一种化学组分使基层(2)具有水接触角大于120°的疏水性，该组合物渗入基层(12)的材料并且使材料改性为在其整个体积中是疏水的。
摘要附图
权利要求书
1.一种滑雪板，包括由可渗透材料制成的基层，其中，所述基层用包括以下物质的组合物处理：
至少一种化学组分，所述至少一种化学组分用以赋予所述基层疏水性，使得所述基层具有大于120°的水接触角，和
用于所述化学组分的载液，
所述组合物渗入所述基层的材料并且使所述材料改性以使所述材料在其整个体积中是疏水的。
2.根据权利要求1所述的滑雪板，其中，所述至少一种化学组分赋予所述基层疏水性，使得所述基层具有125°或更大的水接触角。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的滑雪板，其中，所述至少一种化学组分赋予所述基层超疏水性，使得所述基层具有150°或更大的水接触角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滑雪板，其中，所述化学组分包括至少一种具有官能团的聚合物。
5.根据权利要求4所述的滑雪板，其中，每种聚合物具有至少一个重复单元。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的滑雪板，其中，所述官能团包括功能化硅。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的滑雪板，其中，所述至少一种聚合物是至少由氢化双酚A和表氯醇生成的交替共聚物。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的滑雪板，其中，所述至少一种聚合物的官能团由固化剂产生。
9.根据权利要求8所述的滑雪板，其中，所述固化剂包括胺基。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的滑雪板，其中，所述固化剂包括功能化硅。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的滑雪板，其中，所述固化剂是3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
12.根据权利要求4至11中任一项所述的滑雪板，其中，所述至少一种聚合物的官能团通过交联剂交联。
13.根据权利要求12所述的滑雪板，其中，所述交联剂是基于硅酸盐的交联剂。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的滑雪板，其中，所述交联剂是四乙基硅酸盐。
15.根据前述权利要求中任一项所述的滑雪板，其中，所述载液包括至少一种溶剂。
16.根据权利要求15所述的滑雪板，其中，所述溶剂包括以下物质中的一者或多者：乙醇、丁酮、1-甲氧基-2-丙醇。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的滑雪板，其中，所述化学组分包括至少一种类型的聚硅氧烷。
18.根据权利要求17所述的滑雪板，其中，所述化学组分包括两种类型的聚硅氧烷。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的滑雪板，其中，所述类型的聚硅氧烷或每种类型的聚硅氧烷具有胺化的官能团。
20.根据权利要求19所述的滑雪板，其中，每个胺化的官能团包括两个胺基。
21.根据权利要求19或权利要求20所述的滑雪板，其中，每个胺化的官能团包括伯胺。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的滑雪板，其中，所述类型的聚硅氧烷或每种类型的聚硅氧烷是聚[3-((2-氨基乙基)氨基)丙基]甲基(二甲基)硅氧烷。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的滑雪板，其中，所述类型的聚硅氧烷或每种类型的聚硅氧烷是以下物质中的一者：甲氧基封端的聚硅氧烷、羟基封端的聚硅氧烷。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的滑雪板，其中，所述载液包括至少一种溶剂。
25.根据权利要求24所述的滑雪板，其中，所述溶剂包括以下物质中的一者或两者：二乙二醇单丁醚、乙二醇单己醚。
26.根据前述权利要求中任一项所述的滑雪板，其中，所述可渗透材料至少部分地是任何乙烯塑料。
27.根据前述权利要求中任一项所述的滑雪板，其中，所述可渗透材料至少部分是超高分子量聚乙烯。
28.根据权利要求1至25中任一项所述的滑雪板，其中，所述可渗透材料至少部分是木制的。
29.根据前述权利要求中任一项所述的滑雪板，其中，所述滑雪板包括用所述组合物处理的顶层。
30.一种用组合物处理滑雪板表面的材料的方法，包括以下步骤：
(a)清洁待处理的表面;
(b)将所述组合物施用于所述表面;和
(c)使所述组合物渗入所述表面，
所述组合物包括：至少一种化学组分以及用于所述化学组分的载液，所述至少一种化学组分用以赋予所述材料疏水性，使得所述材料具有大于120°的水接触角，其中，所述组合物使所述材料改性以使所述材料在其整个体积中是疏水的。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述至少一种化学组分赋予所述材料疏水性，使得所述材料具有125°或更大的水接触角。
32.根据权利要求30或权利要求31所述的方法，其中，所述至少一种化学组分赋予所述材料超疏水性，使得所述材料具有150°或更大的水接触角。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法，包括以下其他的步骤：
(d)使所述组合物固化;和
(e)从经处理的表面去除过量的组合物。
34.根据权利要求30至33中任一项所述的方法，其中，在步骤(a)中清洁所述待处理的表面包括以下步骤中的至少一者：从所述表面去除任何蜡、蒸汽处理所述表面、用酒精擦拭所述表面。
35.根据权利要求30至34中任一项所述的方法，其中，在步骤(b)中将所述组合物施用于所述表面包括以下步骤中的至少一者：将所述组合物喷涂到所述表面上、将所述组合物物理施用于所述表面上并将其铺展在整个表面上。
36.根据权利要求33所述的方法，其中，在步骤(e)中将过量的组合物从经处理的表面磨削掉。
37.根据权利要求30至36中任一项所述的方法，其中，所述待处理的表面是以下中的一者或多者：所述基层、所述顶层。
38.一种滑雪板，所述滑雪板参考附图的图1至图3以及如附图的图1至图3所示基本上如本文所描述。
说明书
滑雪板疏水处理和方法
技术领域
本发明涉及一种用于滑雪板的疏水处理组合物及将其施用于滑雪板的方法。
出于本说明书的目的，“滑雪板”应被解释为包括一对滑雪板的各个单独的滑雪板、滑雪单板以及雪橇、平底雪橇、长橇等的滑行部件。
背景技术
通常使用由高密度聚乙烯(HDPE)衍生的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)通过挤出或烧结材料生产滑雪板基底。通常，任何分子量超过310万的乙烯塑料适用于滑雪板或滑雪单板的基底。其他用于滑雪板基底的材料包括聚四氟乙烯(PTFE，通常称为TeflonTM)和木材。
其中，基于乙烯的滑雪板具有较低的表面能，这降低了水分子与基底的表面结合的倾向，使得它们相对疏水。根据水滴和材料表面之间的接触角(θ)来定义疏水性。对于材料表面上的水滴，接触角是该材料表面与在水滴与材料表面相遇的点处水滴表面的切线之间的角度。超疏水表面可以被定义为具有等于或高于150°的接触角。已知的人造超疏水材料由于为此目的设计的薄表面涂层而具有超疏水性，但是涂层的损坏或磨损导致明显损失所期望的超疏水性能。
对滑雪板的表面上蜡增加其疏水性(将水滴的接触角从大约90°增加到大约110°至120°)，通过减少疏水基底和雪之间的摩擦力稍微改善滑雪板或滑雪单板在雪上的“滑行”。这通常涉及优化在雪和疏水基底之间产生的水薄膜的厚度，以及平衡“湿”摩擦和“干”摩擦。与类似的但无蜡的基底的性能相比，当将蜡施用于基底上时，基底的孔隙率越大，“滑行”的改善(在一定程度上)就越大。一些基底还具有添加剂(例如碳氟化合物粉末或石墨)，其进一步提高了它们的“滑行”。
挤出的基底通过熔化聚乙烯、将其挤出成板材、然后切出所需的基底形状而制成。这样的基底如果未被上蜡，则具有赋予与雪适度滑行交互的性能。这是由于其光滑、少孔的表面，其制造便宜并且需要最少的维护。相比之下，制备烧结基底相对昂贵，由于聚乙烯必须被磨削成粉末、经受热和压力、然后切片成形，相对于挤出基底，在基底内产生不同的颗粒(grain)结构。烧结基底比挤出基底更耐用，并且还已知当上蜡后在雪上更快。这是因为它们固有的更高的孔隙率，这比挤出基底更容易接受蜡。然而，相对于挤出基底，它们还需要施用蜡来使其潜在性能最大化。
用于滑雪板的蜡在使用过程中被磨掉(特别是由于与冰的摩擦)，并被沉积在雪上。这意味着蜡必须定期重新施用。这样的蜡通常含有各种各样的化学物质，每个蜡的精确配方被各个制造商作为商业秘密而隐藏。然而，已知存在于这种蜡中的某些化合物包括可对环境具有破坏作用的碳氟化合物。这尤其适用于以下情况：受污染的雪熔化(特别是在春季，对于非永久性度假胜地)，并将化学物质带入地下水层和其他水源。在正常蒸发过程中，如果化学物质与水结合，则化学物质也可能变成空气传播。鉴于在这种蜡中化学物质的已知毒性，当地野生动植物会受到不利影响，损害当地的生态。居住在该地区的人也会类似地受到影响。
本发明的目的是减少或基本消除上述问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种滑雪板，其包括由可渗透材料制成的基层，其中所述基层用组合物处理，所述组合物包括：至少一种化学组分，所述至少一种化学组分用以赋予所述基层疏水性，使得所述基层具有大于120°的水接触角;用于所述化学组分的载液，所述组合物渗入所述基层的材料并且使所述材料改性以使所述材料在其整个体积中是疏水的。
经处理的滑雪板是非常有利的，因为它具有疏水性基层，该疏水性基层最小化与滑雪板滑行或滑过的表面的摩擦力，从而增加滑雪板的性能。尤其，对滑雪板表面上蜡仅实现大约120°的最大水接触角，因此大于该接触角的接触角将导致与水的相互作用降低，因此具有更好的“滑行”性能。如果在使用期间发生对基层的任何损坏(包括基层的逐渐侵蚀)或准备使用滑雪板时(例如通过磨削)，基层的新暴露部分也具有水接触角大于120°的疏水性能，这意味着滑雪性能未受到不利影响。
载液确保当施用化学组分时化学组分(其赋予疏水性能)完全渗入基层。组合物渗入滑雪板的基层，并且结合到基层内的单个颗粒的表面，从而涂覆每个颗粒的外表面(即使在该颗粒位于远离滑雪板外表面的位置处)。因此，基层在其整个体积内被改性为疏水性;也就是说，暴露基层的先前未暴露部分只是改变基层的物理形状，而不是实质上改变接触雪的部分的疏水性。
至少一种化学组分可以赋予基层疏水性，使得对于该基层具有125°或更大的水接触角。优选地，至少一种化学组分可以对赋予基层超疏水性，使得该基层具有150°或更大的水接触角。
至少125°的接触角减小了滑雪板与水结合的程度。与疏水性滑雪板相比，具有超疏水性滑雪板更有利，因为水接触角大得多，从而降低水与表面相互作用的程度。由于阻力和其他摩擦力损失被最小化，这增加了滑雪板的性能，使得滑雪板在雪上的速度最大化。尤其，对滑雪板表面上蜡仅实现大约120°的最大水接触角，因此150°或更大的接触角将导致显著降低的与水的相互作用。与简单的超疏水性涂层(如果任何部分损坏，其将失去超疏水性)不同，基层在其整个体积中被改性为超疏水性，使得通过制造或使用而改变滑雪板的表面并不会去除超疏水性能。
如前所述，因为组合物渗入滑雪板并且结合到基层内各个颗粒的表面，从而涂覆每个颗粒的外表面(甚至在颗粒位于远离滑雪板外表面的位置处)实现这一点。这样即使损坏时也防止水与滑雪板表面的任何部分的结合，而水薄膜优先与非超疏水性部分结合，并通过增加的阻力和摩擦力而导致显著的性能损失。
化学组分可以包括至少一种具有官能团的聚合物。优选地，每种聚合物可以具有至少一个重复单元。更优选地，官能团可以包括功能化硅。
使用具有官能团的聚合物是有利的，因为这些官能团可以被调整以通过赋予滑雪板疏水性来改善滑雪板的“滑行”，同时主聚合物对这些官能团的簇提供支撑结构。在官能团中具有功能化硅可以赋予疏水性，并且提供形成硅基结合网络的可能性，该硅基结合网络对所处理材料的主体赋予疏水性。
至少一种聚合物可以是交替共聚物，其可以至少由氢化双酚A和表氯醇生成。
一对合适的可共聚化合物的一个示例是氢化双酚A和表氯醇，从而当交替共聚物链生长时在该交替共聚物链上提供反应性末端环氧化物。用其他化学物质与这些末端环氧化物反应可以阻止链增长，并使聚合物链被能够赋予疏水性的基团官能化。通过将化学物质施用于滑雪板的表面，它们渗入该层并一起反应，从而在整个层中形成三维网络。这加强整个层并赋予整个结构疏水性。
至少一种聚合物的官能团可以由固化剂产生。优选地，固化剂包括胺基。更优选地，固化剂可以包括功能化硅。更优选地，固化剂可以是3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
因为固化剂固化并硬化所得到的聚合物，同时将硅酸盐基团并入聚合物中，故它是有利的。由于它很难磨损，这可以确保它不会快速或容易地侵蚀。使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为固化剂是有利的，因为其伯胺基可以与附近聚合物链上的数个末端环氧化物基团反应，从而使所形成的共价网络的范围最大化，同时硅酸盐基团能够灵活地重新定位、位于丙基链末端处。
至少一种聚合物的官能团可以通过交联剂交联。优选地，交联剂可以是基于硅酸盐的交联剂。更优选地，交联剂可以是四乙基硅酸盐。
使硅酸盐官能团交联确保了硅酸盐网络在整个层中延伸、而不是具有单个的硅酸盐基团(其会在较小程度上改善“滑行”)。四乙基硅酸盐是用于此目的的有效交联剂，确保了该层不仅被涂覆、而且被硅酸盐网络完全渗透，从而赋予主体材料疏水性能。
载液可以包括至少一种溶剂。该溶剂可以包括以下物质中的一者或多者：乙醇、丁酮、1-甲氧基-2-丙醇。
使用溶剂可以暂时溶解化学组分并使其完全渗入基层，确保了一旦溶剂已干燥，则在基层的整个体积中赋予疏水性能。此外，溶剂还可以加速聚合物的固化过程，特别是在使用乙醇和/或1-甲氧基-2-丙醇的情况下。
可替选地，化学组分可以包括至少一种类型的聚硅氧烷。优选地，化学组分可以包括两种类型的聚硅氧烷。更优选地，所述类型的聚硅氧烷或每种类型的聚硅氧烷可以具有胺化的官能团。还更优选地，每个胺化官能团可以包括两个胺基。甚至更优选地，每个胺化官能团可以包括伯胺。
一种合适的化学物质类是聚硅氧烷，其可以容易地赋予疏水性。将聚硅氧烷加入到滑雪板中是有利的，因为它具有低的表面能(或表面张力)，这是使其通过赋予疏水性来改善滑雪板的“滑行”的关键性能。它们关于其Si-O-Si键也是内在柔性的，这确保了单个的聚硅氧烷在滑雪板弯曲期间不会变得容易损坏。聚硅氧烷的组合可以用来调整所赋予的“滑行”程度。具有胺化的官能团、特别是包括伯胺的双胺化基团使聚合物结合到滑雪板。在施用组合物之前，它们还改善了聚硅氧烷的水溶性，但不是聚硅氧烷已经施用于滑雪板时。
所述类型的聚硅氧烷或每种类型的聚硅氧烷可以是聚[3-((2-氨基乙基)氨基)丙基]甲基(二甲基)硅氧烷。优选地，所述类型的聚硅氧烷或每种类型的聚硅氧烷可以是以下物质中的一者：甲氧基封端的聚硅氧烷、羟基封端的聚硅氧烷。
聚[3-((2-氨基乙基)氨基)丙基]甲基(二甲基)硅氧烷是合适的一类聚硅氧烷的一个示例。这些聚硅氧烷相对于典型的聚硅氧烷具有较高的渗透性，从而提高了其渗入滑雪板的速率。使用甲氧基-封端或羟基-封端的聚硅氧烷(或两者)确保了聚硅氧烷网络特别柔性，并且在滑雪板弯曲期间不会被损坏。它还对由入射的紫外(UV)光所造成的损害赋予一些抗性，确保了聚硅氧烷网络不会轻易由于在海拔高度上的增加的UV暴露而降解。
在该替选方案中，载液可以包括至少一种溶剂。溶剂可以包括以下物质中的一者或两者：二乙二醇单丁醚、乙二醇单己醚。
使用溶剂可以暂时溶解化学组分并使其完全渗入基层，确保一旦溶剂已经干燥，在基层的整个体积中赋予疏水性能。二乙二醇单丁醚和乙二醇单己醚都是水溶性的，并且可以在施用组合物之前改善相关聚硅氧烷的水溶性。
可渗透材料可以至少部分地是乙烯塑料。优选地，可渗透材料可以至少部分地是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。可替选地，可渗透材料可以至少部分地是木制的。
滑雪板通常由乙烯塑料制成，乙烯塑料通常是UHMWPE。组合物能够渗入UHMWPE并对基本上整个材料赋予疏水性能。
滑雪板可以包括用组合物处理的顶层。
对滑雪板的顶层也进行处理是有利的，因为这可以减少在诸如滑雪道外滑雪的情况下的阻力，在该情况下厚雪会覆盖滑雪板。它也可以减少在滑雪板顶层上的积雪。
根据本发明的第二方面，提供了一种用组合物处理滑雪板表面材料的方法，包括以下步骤：(a)清洁待处理的表面，(b)将组合物施用于表面，和(c)使组合物渗入表面;所述组合物包括：至少一种化学组分以及用于该化学组分的载液，该至少一种化学组分用以赋予材料疏水性，使得材料具有大于120°或更大的水接触角，其中所述组合物使材料改性以使其在整个体积中是疏水性的。
为了确保组合物的施用在整个滑雪板中产生较均匀的疏水性，在施用组合物之前清洁表面。这意味着几乎没有污染物保留以与组合物反应或使所得到的滑雪板材料的疏水结构不稳定。组合物被施用于滑雪板的表面并使其渗入通过滑雪板的表面，确保将疏水性(具有大于120°的水接触角)赋予到滑雪板的整个可渗透部分。如果此后在使用中发生对外部表面的任何损坏，则新暴露的滑雪表面也具有水接触角大于120°的疏水性，并且性能不会明显变差。
至少一种化学组分可以赋予材料疏水性，使得材料具有125°或更大的水接触角。优选地，该方法中的至少一种化学组分可以赋予材料超疏水性，使得材料具有150°或更大的水接触角。
至少125°的接触角降低水分与滑雪板结合的程度大于降低蜡与滑雪板结合的程度。与疏水性滑雪板相比，具有超疏水性的滑雪板更有利，因为水接触角大得多，从而降低水与表面相互作用的程度。由于阻力和其他摩擦力损失被最小化，这增加了滑雪板的性能，使得滑雪板在雪上的速度最大化。尤其，对滑雪板上蜡仅实现大约120°的最大水接触角，因此150°或更大的接触角将导致显著降低的与水的相互作用。与简单的超疏水性涂层不同(如果任何部分损坏，其将失去超疏水性)，则基层在其整个体积中被改性为超疏水性，使得通过制造或使用而改变滑雪板的表面并不会去除超疏水性能。
该方法可以还包括以下步骤：(d)使组合物固化，和(e)从经处理的表面去除过量的组合物。
在使用滑雪板之前使组合物固化，使得在任何反应完成之前该层不被引入到水(其可以是雪的形式)中，否则水会影响对基层的疏水性改性的完整性。从滑雪板上去除多余的组合物略微降低滑雪板的重量并改善其美学外观。
在步骤(a)中清洁待处理的表面可以包括以下步骤中的至少一者：从表面去除任何蜡、蒸汽处理表面、用酒精擦拭表面。
这些步骤分别确保滑雪板表面不被蜡或灰尘污染，因此不会阻碍组合物渗入材料(或另外经受不利或无意的反应)。
在步骤(b)中将组合物施用于表面包括以下步骤中的至少一者：将组合物喷涂到表面上，将该组合物物理施用于表面上并将其铺展在整个表面上。
喷涂施用是快速的、给予较均匀的覆盖率，并且在组合物较快干燥的情况下是最适用的。将组合物物理施用于滑雪板并将其铺展，确保完全覆盖并且在组合物较慢干燥的情况下是最适用的。
在步骤(d)中，可将过量的组合物从经处理的表面磨削掉。
磨削对处理后的滑雪板表面是有利的，因为它产生平滑的光洁面，从而进一步最小化在使用过程中任何潜在的阻力和摩擦力。这是可能的，因为组合物透过其施用的表面的整个材料，因而从表面破坏性去除材料不会不利地影响滑雪板的疏水性能。
待处理的表面可以是以下中的一者或多者：基层、顶层。
由于在使用过程中该表面几乎始终与雪和/或冰接触，故处理滑雪板的基层本质上是有利的。对滑雪板的顶层也进行处理是有利的，因为这可以减少在诸如滑雪道外滑雪的情况下的阻力，在该情况下厚雪会覆盖滑雪板。它也可以减少滑雪板的顶层上的积雪。
