處理親水表面的方法
2023-04-30 15:41:11
專利名稱：處理親水表面的方法
處理親水表面的方法相關申請的交叉引用本申請是2006年8月15日提交的第11/464，819號美國專利申請的繼續申請，還涉及2008年10月7日授權的題為「具有潤滑表面的製品和方法」的第7，431，989號美國專利，通過引用將其全部內容納入本文。
背景技術：
本領域熟知當兩個物體彼此接觸時，摩擦力是阻止其自由滑動的阻力。根據觀察到的具體運動，有多種不同類型的摩擦力。靜摩擦力是保持物體靜止直至所述物體開始運動瞬間的力。動摩擦力是彼此接觸的兩個物體運動中的阻力。對於任意兩個彼此接觸的物體，可以確定稱為摩擦係數的值，即這些摩擦力的相對度量。因此，存在靜摩擦係數和動摩擦係數。換句話說，摩擦係數表示引發彼此接觸的兩個表面之間的運動所需的力或引發後維持該滑動運動所需的力的大小。由於其化學組成、物理性質和表面糙度不同，不同的物體具有不同的摩擦係數。較軟較柔順的材料如橡膠和彈性體與柔順性較差的材料相比往往具有較高的摩擦係數(更防滑)。摩擦係數值越低，阻力越小或表面越光滑。例如，冰塊放在拋光的鋼表面上的摩擦係數低，而磚塊放在木材表面上的摩擦係數會高得多。靜摩擦係數和動摩擦係數之差稱為「粘滑(stick-slip) 」。粘滑值對於進行前後運動、頻繁停止的運動或極緩慢運動的系統非常重要。在這種系統中，通常向彼此接觸的兩個物體中的一個施加力。必須逐漸增加該力直到物體開始運動為止。在開始運動的瞬間(稱為「爆發」)，克服了靜摩擦力，動摩擦力成為主導。如果靜摩擦係數比動摩擦係數大得多， 那麼所述物體會突然並快速地運動。這種快速運動可能是不合乎需要的。另外，對於緩慢運動的系統，物體可能在初始運動之後重新粘著靜止，接著發生另一個突然的爆發。這種粘著和爆發的重複循環被稱為「靜態阻力(stiction) 」。為了使兩個表面之間的摩擦力降至最低，可以施加能減少引發並維持滑動運動所需的力的潤滑劑。但是，當兩個潤滑表面長時間保持接觸時，由於兩個表面之間的擠壓力， 潤滑劑有從接觸區域遷移出來的趨勢。這種作用隨著擠壓力增大會增加。隨著更多的潤滑劑從兩個表面之間遷移，在表面之間引發運動所需的力會恢復到非潤滑表面的情況，並產生靜態阻力。這種現象也會在緩慢運動的系統中發生。由於速度低，時間間隔足以使得潤滑劑從接觸區域遷移離開。物體運動越過貧潤滑劑區域之後，物體與富潤滑劑區域接觸。富潤滑劑區域中的摩擦力較小，物體會發生突然快速運動。已嘗試減輕彼此接觸的表面之間的潤滑劑遷移。具體地，已有的方法使用能源來處理施加在一個或多個表面上的潤滑劑，從而減輕所述遷移。以下美國專利第4，536，179 號；第 4，767，414 號；第 4，822，632 號；第 4，842，889 號；第 4，844，986 號；第 4，876，113 號；第 4，960，609 號；第 5，338，312 號和第 5，591，481
號中記載了在幾個具體實施方式
中嘗試使用氣體等離子體作為能源來解決上述問題的相關信息。但是，這些文獻中的每一個都具有使用真空下產生的離子化氣體等離子體來處理潤滑劑層的缺點，使得該方法無法實際用於大規模生產操作。
因此，需要一種製備潤滑表面的方法，其中兩個表面之間接觸區域的潤滑劑遷移減輕，從而將爆發力和滑動摩擦力降至最低，這種方法不需要在真空下進行。還需要用這種方法生產的製品。發明概述本發明的發明人也是題為「具有潤滑表面的製品和方法(Article with Lubricated Surface and Method) 」的第7，431，989號美國專利的共同發明人，通過引用將其全部內容納入本文。已證明美國專利第7，431，989號可以用於潤滑醫用注射器。醫用注射器通常以兩種主要方式使用。第一種方式中，用液體填充注射器，然後幾乎立刻將液體分配。第二種方式中，用液體填充注射器(通常稱為預填充注射器)，再存儲一段時間。雖然美國專利第7，431，989號的發明可以在任一種情況下使用，但是已經發現一種可以與美國專利第7，431，989號的發明聯合使用的新方法，以進一步提高親水表面(如玻璃)上潤滑劑層的穩定性。具體地，本發明可用於液體在注射器中存儲一段時間的情況。本發明的一個實施方式包括一種潤滑表面的方法，所述方法包括向所述表面施加偶聯劑，在約大氣壓下將所述表面與第一離子化氣體等離子體接觸，向所述表面施加潤滑劑，和在約大氣壓下將所述表面與第二離子化氣體等離子體接觸。所述第一和第二離子化氣體等離子體中的任意一種可以由工藝氣體製成，所述工藝氣體可以由一種或多種載氣和 /或一種或多種反應性氣體組成。所述載氣可以由一種或多種惰性氣體組成，所述反應性氣體可以由一種或多種烴、氟碳化合物或有機金屬化合物組成。在一個實施方式中，所述偶聯劑是矽烷偶聯劑。一個實施方式包括向所述表面施加偶聯劑，接著施加潤滑劑。然後在約大氣壓下將所述表面與離子化氣體等離子體接觸。附圖簡要說明
圖1是根據一個實施方式的聚合物和玻璃基材的示意圖。圖2是根據一個實施方式的矽烷偶聯劑的功能示意圖。圖3是施加在注射器柱塞上的力隨著輸注時間變化的試驗測試圖，其中注射器筒用特定的潤滑劑塗覆，並在約大氣壓(atmospheric plasma)下與離子化氣體等離子體接觸。該圖中，注射器筒是空的。圖4是施加在注射器柱塞上的力隨著輸注時間變化的試驗測試圖，其中注射器筒用特定的潤滑劑塗覆，並在約大氣壓(atmospheric plasma)下與離子化氣體等離子體接觸。該圖中，注射器筒用去離子水填充。圖5是施加在注射器柱塞上的力隨著輸注時間變化的試驗測試圖，其中注射器筒在約大氣壓下與離子化氣體等離子體接觸，用特定的潤滑劑塗覆並在約大氣壓 (atmospheric plasma)下與離子化氣體等離子體接觸。該圖中，注射器筒用去離子水填充。圖6是施加在注射器柱塞上的力隨著輸注時間變化的試驗測試圖，其中注射器筒用偶聯劑和特定的潤滑劑塗覆，然後在約大氣壓(atmospheric plasma)下與離子化氣體等離子體接觸。該圖中，注射器筒用去離子水填充。圖7是施加在注射器柱塞上的力隨著輸注時間變化的試驗測試圖，其中注射器筒用偶聯劑塗覆，在約大氣壓下與離子化氣體等離子體接觸，用特定的潤滑劑塗覆，然後在約大氣壓(atmospheric plasma)下與離子化氣體等離子體接觸。該圖中，注射器筒用去離子水填充。
說明在以下說明中，使用了一些術語。為了提供對說明書和權利要求的清楚和一致的理解(包括術語所限定的範圍)，提供了以下定義約大氣壓本發明的一個實施方式涉及產生離子化氣體等離子體。雖然氣體等離子體可以在不同的真空水平下產生，本發明使用基本上在大氣壓下產生的等離子體。雖然通過實施本發明的方法並非有意地得到真空條件或上述大氣壓，但是氣體流動的性質可能產生與大氣壓的偏差。例如，使用本發明的方法來處理圓柱形物體內部時，流入圓柱體的氣體可能使得圓柱體內的壓力高於圓柱體外部。爆發本發明的一個實施方式涉及彼此滑動接觸的表面。表面接觸但處於靜止時， 必須在其中一個表面上施加力以引發運動。必須使該施加的力增大，直至克服運動反向的摩擦力為止。施加的力剛超過摩擦力並引發運動的時間點稱為爆發。震顫與彼此互相接觸的表面運動相關的重複性粘滑運動稱為震顫。在表面之間存在潤滑劑的情況下，當潤滑劑從表面之間擠出時可能發生震顫，導致摩擦係數增加。然後必須向表面施加較大的力來引發運動，會導致突然的、加劇的運動。該循環重複時發生震顫。摩擦係數摩擦係數表示引發彼此接觸的兩個表面之間的運動所需的力或引發後維持該滑動運動所需的力的大小。數值上，該術語定義為摩擦阻力除以將物體壓在一起的法向力或垂直力的比值。電子束輻射電子束輻射是首先通過電子槍組件產生電子、加速電子並將電子集中成束產生的電離輻射的一種形式。該束可以是脈衝的或連續的。摩擦力摩擦力是阻止兩個物體彼此之間自由滑動的阻力。官能化的全氟聚醚一種包含一個或多個反應性官能團的全氟聚醚。γ輻射Y輻射是電磁波形式的一種，某些原子的不穩定原子核在原子核衰變時發射α或β顆粒的同時也經常發射Y輻射。Y輻射作為一種電磁波形式與可見光和 X-射線類似，但能級更高，使得其可以穿透到材料深處。氣體等離子體當賦予氣體足夠的能量時，可以將電子從氣體原子中去除，產生離子。等離子體包含自由運動的電子和離子，以及電子和光子光譜。離子化離子化表示存在足夠的能量以打開化學鍵。潤滑劑-溶劑溶液(塗覆溶液)在表面上施加潤滑劑之前，可以用合適的溶劑稀釋潤滑劑。得到的潤滑劑和溶劑的混合物稱為潤滑劑-溶劑溶液。放置醫學應用的注射器通常在使用前預填充並存儲。填充注射器和排空注射器之間的時間稱為放置時間。通常，放置使爆發力增加。全氟聚醚全氟聚醚是具有以下一般化學結構的化合物
權利要求
1.一種潤滑表面的方法，其包括提供所述表面；向所述表面施加偶聯劑；在約大氣壓下，使所述表面與第一離子化氣體等離子體接觸；向所述表面施加潤滑劑；和使所述表面與第二離子化氣體等離子體接觸。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述表面是玻璃表面。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一離子化氣體等離子體由載氣和反應性氣體的混合物組成，所述第二離子化氣體等離子體僅由載氣組成。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述反應性氣體在氣體混合物中的濃度約為 0. 001% -10%。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述載氣選自包括以下氣體的一組或多組氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、空氣、氧氣、二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽、氮氣、氫氣及其混合物。
6.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述反應性氣體是烴化合物。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述反應性氣體選自包括以下氣體的一組或多組烷烴、烯烴、炔烴及其混合物。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述反應性烷烴氣體選自包括以下氣體的一組或多組甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及其混合物。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述反應性烯烴氣體選自包括以下氣體的一組或多組乙烯、丙烯、異丁烯及其混合物。
10.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述反應性炔烴氣體選自包括以下氣體的一組或多組乙炔、丙炔、1-丁炔及其混合物。
11.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述反應性氣體是氟碳化合物。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述氟碳反應性氣體選自包括以下氣體的一組或多組四氟甲烷、四氟乙烯、六氟丙烯及其混合物。
13.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述反應性氣體是有機金屬化合物。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述有機金屬反應性氣體選自包括以下氣體的一組或多組四甲基矽烷、六甲基二矽氧烷及其混合物。
15.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述表面與所述第一離子化氣體等離子體接觸的時間約為0. 1秒至5分鐘。
16.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述表面與所述第二離子化氣體等離子體接觸的時間約為0. 1秒至5分鐘。
17.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述偶聯劑是通式為R-(CH2)n-Si-X3的矽烷偶聯劑，其中R是通過矽-碳鍵與矽原子連接的有機官能團；和X是能形成矽烷醇基的可水解性基團。
18.—種潤滑玻璃表面的方法，所述方法包括提供所述玻璃表面；向所述玻璃表面施加矽烷偶聯劑，所述矽烷偶聯劑的通式為R-(CH2)n-Si-X3，其中R是通過矽-碳鍵與矽原子連接的有機官能團，X是能形成矽烷醇基的可水解性基團；在約大氣壓下，使帶有所述矽烷偶聯劑的玻璃表面與第一離子化氣體等離子體接觸；向所述玻璃表面施加全氟聚醚潤滑劑；和使帶有所述全氟聚醚潤滑劑的玻璃表面與第二離子化氣體等離子體接觸。
19.一種潤滑表面的方法，該方法包括(a)提供所述表面；(b)向所述表面施加偶聯劑；(c)在施加偶聯劑之後，向所述表面施加潤滑劑以形成塗覆後的表面；和(d)在約大氣壓下，使所述塗覆後的表面與離子化氣體等離子體接觸預定的時間。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述表面是玻璃表面。
全文摘要
一個實施方式包括增加表面疏水性的方法。向所述表面施加偶聯劑，然後使所述表面在約大氣壓下與第一離子化氣體等離子體接觸一段預定的時間。所述離子化氣體等離子體可以由載氣和反應性氣體的混合物形成。所述反應性氣體可以由一種或多種烴化合物如烷烴、烯烴和炔烴組成。另外，所述反應性氣體可以是氟碳化合物或有機金屬化合物。可以再向所述表面施加潤滑劑，接著再與第二離子化氣體等離子體接觸。
文檔編號B32B17/06GK102333648SQ201080009904
公開日2012年1月25日 申請日期2010年1月15日 優先權日2009年1月16日
發明者查爾斯·託馬西諾, 維納伊·G·薩基拉尼 申請人:查爾斯·託馬西諾, 維納伊·G·薩基拉尼