含有石墨烯的车辆硬表面组合物

相关申请

本申请要求2021年10月13日提交的美国临时申请序列号63/255,073的优先权益，其全部内容援引包含于此。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于车辆硬表面的清洁和保护组合物，并且更具体地涉及一种含有石墨烯的清洁组合物。

背景技术

车轮由各种金属合金形成。这些合金在暴露于低于pH 3和约pH 9的极端pH值的物质时会遭受点蚀。定期施加保护涂层来抑制此种点蚀，但仍需要频繁清洁以防止破坏性碎屑的积累。举例来说，制动盘颗粒由涂覆有树脂的金属和陶瓷构成并且通常会剥落到车胎和车轮上，产生粘附性砂砾。道路碎屑和焦油进一步污染车辆硬表面，其中极端pH污染物可能使车轮产生凹坑。除了制动片灰尘和道路碎屑导致的轮胎劣化之外，构成车辆轮胎的弹性体也会因暴露在油、太阳辐射和自由基(如臭氧)的环境暴露情形而劣化。虽然轮胎光泽修整组合物会产生阻挡以限制此种损伤，但事先去除尘垢和道路碎屑有利于将修整组合物涂覆到弹性体轮胎表面。这些表面污染物的共同特征是它们倾向于是亲脂的，因此在不使用机械力的情况下，这些表面污染物不易用肥皂去除，或或甚至连洗涤剂也不能将其去除。依靠人工擦拭不仅耗时，而且可能导致底层表面破坏。

传统的清洁洗涤剂的理念是使用表面活性剂来粘附和渗入尘垢，并且然后将污垢从车辆硬表面上分离。在这些典型的清洁洗涤剂配制品中，使用助洗剂来帮助表面活性剂去除污物并且增强表面活性剂的去污性能。通常存在螯合剂来络合金属离子以提高清洁效率。然而，当施加这些清洁剂并且然后用软管加压水去除时，清洁力仍然不能强到去除所有的污物的程度。

石墨烯具有与表面活性剂类似的性能并且可以去除亲脂性油脂和碎屑。石墨烯还具有远红外吸收特性、导电性和紫外光阻挡特性。

因此，需要一种水性车辆硬表面清洁组合物，其因为包含石墨烯而具有优越特性。进一步需要用于保持车轮、轮胎或其组合的外观和寿命的清洁方法。

发明内容

本公开提供了一种车辆硬表面清洁组合物，其包含以0.1至8.0总重量百分比的量存在的表面活性剂、以0.1至3.0总重量百分比的量存在的助水溶剂、以0.1至5.0总重量百分比的量存在的润湿剂、以0.01至17总重量百分比的量存在的保护剂、以及构成该组合物的剩余部分的稀释剂。本公开还提供了一种清洁车辆硬表面的方法，该方法包括将所述组合物施加到表面以去除所施加的表面上的尘土。

附图说明

图1A是在由本发明处理之前的车轮的图像；

图1B是具有如此施加的本发明的湿涂层的车轮的图像；

图1C是图1B中的车轮的放大图像，涂层具有疏水性和光滑感；

图1D是具有如此施加的本发明的干涂层的车轮的图像，其示出了轮胎是清晰的且黑色的，相比传统轮胎的褐色清洁剂而言；以及

图1E是图1D的车轮在行驶之后的图像，其示出了轮胎仍然是黑色和清晰的；

图2A是由传统轮胎清洁剂处理后的车轮在行驶8周之后的图像，其示出车轮是褐色的；

图2B是具有如此施加的本发明的湿涂层的车轮的图像；

图2C是图2B的车轮在行驶8周之后的图像，其示出车轮保持黑色和清晰的。

具体实施方式

本发明可用作车辆硬表面清洁组合物以去除粘附的污垢并且留下还能赋予表面润滑性的保护性石墨烯残留物。相对于缺乏石墨烯的类似组合物，包含石墨烯改善了组合物的表面活性。

本文列出的数值范围不仅旨在列举这些范围的端值，而且旨在列举包括在该范围内且以最后有效数字的单个单位变化的各个值。举例来说，根据本发明的任意单位的0.1至1.0的范围还包括0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8和0.9；各自独立地作为该范围的下限值和上限值。

如本文所使用的，双层石墨烯被定义为两层的堆叠石墨烯，少层石墨烯被定义为3-10层石墨烯的堆叠体，石墨烯纳米片被定义为超过10层的石墨烯的堆叠体。石墨烯材料可以通过石墨的化学或机械剥离、化学气相沉积、物理气相沉积、微波等离子体、溶剂中的超声波降解法/空化、有机合成以及在衬底上外延生长来制备。

如本文所使用的，氧化石墨烯被定义为具有各种含氧官能团(如环氧基、羰基、羧基和羟基)并且总氧含量为10-60重量百分比、典型地约20-50重量百分比的石墨烯。

如本文所使用的，还原氧化石墨烯被定义为已经被化学还原或热还原的氧化石墨烯，其具有典型地在10％-50％范围内的总氧含量，这取决于还原程度。

如文本所使用的，纳米片被定义为在各自独立地正交方向上具有2与20纳米之间的平面尺寸。

如本文所使用的，车辆硬表面旨在包括车轮、轮胎、仪表盘、方向盘、控制台和车辆内部装饰件。

石墨烯是呈蜂窝状2维片材的层状的sp

在本发明中可用的石墨烯类材料包括单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯、氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)、剥离的石墨烯纳米片和超薄石墨，因为所有这些材料当被添加到组合物中时都可以增强组合物的特性。

在本发明的硬表面处理组合物的实施例中，石墨烯可以是单层石墨烯、少层石墨烯或多层石墨烯纳米片、或其组合。与单层石墨烯相比，石墨烯纳米片成本低并且具有容易处理的性质。可以调整石墨烯或石墨烯纳米片的厚度和尺寸以满足加工要求、涂层质量和涂层性能的需要。除了石墨烯或石墨烯纳米片以外，可以在配制品中添加其他添加剂以提供不同的特性和功能。此类添加剂包括但不限于石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管、金属或陶瓷薄片或颗粒。

根据实施例，车辆硬表面清洁组合物包含表面活性剂、助水溶剂、润湿剂、保护剂和稀释剂。根据实施例，表面活性剂以0.1至8.0总重量百分比的量存在、助水溶剂以0.1至3.0总重量百分比的量存在、润湿剂以0.1至5.0总重量百分比的量存在、保护剂以0.01至17总重量百分比的量存在、并且稀释剂以构成该组合物的剩余部分的量存在，使得车辆硬表面清洁组合物的所有元素的量总计为100百分比。

表面活性剂充当清洁剂以促进车辆硬表面的清洁。根据实施例，本文可用的表面活性剂可溶于水、醇以及生物基溶剂体系。根据实施例，表面活性剂可以选自各种阴离子、阳离子、非离子和醇乙氧基化物表面活性剂。根据实施例，本文可用的表面活性剂示例性地包括非离子乙氧基化氟化表面活性剂、聚醚改性的聚二甲基硅氧烷(polyether modifiedpolydimethylsiloxane)、聚醚改性的聚甲基烷基硅氧烷、芳烷基改性的聚甲基烷基硅氧烷、聚酯改性的羟基官能的聚二甲基硅氧烷、丙烯酰基官能的聚酯改性的聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性的羟基官能的聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯的溶液、氟改性的聚丙烯酸酯的溶液，聚合氟化乙氧基化醇、乙氧基化脂肪酸、脱水山梨糖醇酯、乙氧基化蓖麻油、烷基多糖、脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单月桂酸酯、脱水山梨糖醇油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇、聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯表面活性剂；或阴离子膦酸酯化氟化磷酸酯、脂族族磷酸酯；或阳离子乙氧基化脂肪乙硫酸铵、乙氧基化烷基胺；或C

在一些本发明的实施例中，本文可用的非离子表面活性剂具有在10与20之间的亲水/亲油平衡(HLB)值。在一些本发明的实施例中，存在具有不同HLB值的表面活性剂的混合物以利于各种表面污染物的去除。举例来说，第一表面活性剂具有在10与13之间的HLB值，并且第二表面活性剂具有在14与19之间的HLB值。在一些本发明的实施例中，第一表面活性剂和第二表面活性剂分别以0.5-5和0.1-3的总重量百分比存在，第一表面活性剂和第二表面活性剂的示例性实例是C

在不考虑阳离子反离子的情况下，本文可用的助水溶剂示例性地包括二甲苯磺酸盐、异丙苯磺酸盐、对甲苯磺酸盐、C

组合物中存在润湿剂以促进润湿、降低表面张力、增强流平性和在车辆硬表面上的成膜特性。润湿剂还充当乳化剂和渗透剂。根据实施例，润湿剂是二甲基硅氧烷PEG-8琥珀酸酯(dimethicone PEG-8succinate)、支链的仲醇乙氧基化物8EO、或其组合。根据实施例，润湿剂是以0.5至3.0总重量百分比的量存在的二甲基硅氧烷PEG-8琥珀酸酯和以0.1至2.0总重量百分比的量存在的支链的仲醇乙氧基化物8EO的组合。

保护剂为清洁车辆硬表面提供对抗天气因素和污渍的保护。根据实施例，保护剂是石墨烯、硅胶体、氨端二甲基硅氧烷、甲氧基二甲基硅氧烷、在标准温度和压力下是液体的硅烷、或其组合。根据实施例，保护剂可以额外地起作用以防止腐蚀和结垢、防水、充当粘合剂、以及充当光泽剂为车辆硬表面赋予光泽。如前面所提到的，保护剂以0.01至17总重量百分比的量存在。根据一些本发明的实施例，保护剂是以0.01至0.1总重量百分比的量存在的石墨烯的组合。根据常规技术容易形成石墨烯水性分散体。Li,D.,Müller,M.,Gilje,S.等,“Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets[石墨烯纳米片的可加工水性分散体].”Nature Nanotech[自然纳米技术]3,101-105(2008)。当提及此种分散体时，该量包括其所有的组分。此种分散体中的石墨烯的量典型地在此种分散体的从0.03至10重量百分比的范围内。根据其他本发明的实施例，保护剂是以0.01至0.1总重量百分比的量存在的石墨烯分散体、以0.1至3.0总重量百分比的量存在的硅胶体、以0.5至3.0总重量百分比的量存在的氨端二甲基硅氧烷、以及以0.5至10总重量百分比的量存在的甲氧基二甲基硅氧烷的组合。

不受特定理论的限制，石墨烯与其他物质(如尘粒)相互作用并且可以将其自身附着在尘粒上以利于清洁过程并且还能使处理后的表面保持清洁并且易于清洁。石墨烯的低表面能还增进了车辆硬表面的附着性并且使表面硬化免受磨损。

根据实施例，稀释剂是作为组合物的大部分重量组分的水，以及较少量的可混溶的第二溶剂。

根据实施例，车辆硬表面清洁组合物额外地包含流变改性剂，根据实施例，流变改性剂以0.1至1.0总重量百分比的量存在。根据实施例，流变改性剂是基于纤维素的、或ASE型、或HASE型聚合物，其充当增稠剂以产生对竖直表面具有附着能力的假塑性液体，从而进行有效清洁。根据其他本发明的实施例，流变改性剂是丙烯酸酯/山萮醇聚醚-25甲基丙烯酸酯共聚物、羟丙基瓜尔胶、聚氧化乙烯、或其组合。

根据实施例，车辆硬表面清洁组合物额外地包含分散剂，根据实施例，分散剂以0.1至1.5总重量百分比的量存在。根据实施例，分散剂是聚丙烯酸钠。分散剂还充当防污垢再沉积剂。

根据实施例，车辆硬表面清洁组合物额外地包含溶剂，根据实施例，溶剂以1.0至5.0总重量百分比的量存在。根据实施例，溶剂是乙二醇醚溶剂，例如二甘醇单丁醚。溶剂与构成组合物的剩余部分的水是分开的。

根据实施例，车辆硬表面清洁组合物额外地包含污垢捕获剂，根据实施例，污垢捕获剂以0.5至5.0总重量百分比的量存在。根据其他本发明的实施例，污垢捕获剂是乙二胺二琥珀酸(EDDS)、乙二胺二丙二酸(EDDM)和乙二胺二戊二酸(EDDG)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、次氨基三乙酸(NTA)、亚氨基二乙酸(IDA)、亚氨基三乙酸(ITA)、乙二胺(En)、N,N′-二乙二胺(Den)、二乙三胺(DTN)、二乙四胺(Trien)、三氨基三乙胺、三乙醇胺、丙二酸、丁二酸、戊二酸、柠檬酸、富马酸、马来酸、乌头酸、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、或其组合。无论阳离子反离子包括鎓、钠、钾和钙的混合物如何，前面提到的每一个在本文中都是可用的。

根据实施例，车辆硬表面清洁组合物额外地包含pH调节剂，根据实施例，pH调节剂以0.1至0.5总重量百分比的量存在。本文可用的pH调节剂示例性地包括液体硅酸钠、碳酸钾、碳酸钠、柠檬酸钠、氨基-2-羟基乙烷、2-[双(2-羟乙基)氨基]乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、苏打灰、氢氧化钠、石灰、及其组合。根据实施例，pH调节剂是柠檬酸或柠檬酸钠中的一种。pH调节剂还充当污垢捕获剂。

如在室温下测量的，本发明的车辆硬表面清洁组合物具有在5与400cSt之间的完全配制粘度。

表1提供了根据本发明的典型车辆硬表面清洁组合物。

表1.本发明的车辆硬表面清洁组合物(以总重量计的量)

清洁车辆硬表面的方法可以是通过喷洒水性清洁组合物并且将该水性清洁组合物用水擦掉或冲洗掉并擦拭至光亮。本发明的示例性实施例作为喷洒、擦掉清洁剂是有效的，其可以有效地从汽车轮胎车轮基材(例如合金、铝、阳极氧化的、钢、油漆和塑料装饰的车轮)上去除大部分交通/汽车污垢污染物，优选地不伤害用于车轮生产的各种冶金/材料，以及车辆内部和外部的其他车辆硬表面。通过定期清洁，车轮将保持其原始光洁度并且抵御可能由制动灰尘造成的损坏。水性硬表面清洁组合物是中性碱性水性清洁组合物，其具有从6.5至9.5的pH。因此，其上具有污物的车辆硬表面可以通过将水性清洁组合物施加到表面上来清洁，以去除其上的污物的至少一部分。

可以通过使基材与水性清洁组合物接触足以从基材上去除大部分污染物的时间段用水性清洁组合物清洁基材。水性清洁组合物可以以可喷洒的液体状态施加到基材上并使粘附到表面上的污垢湿润，并且允许将污垢从目标表面上去除。在此之后，将带有污垢的清洁组合物用水擦掉或者去除。针对以下非限制性实例进一步详述本发明，提供这些实例以进一步说明本发明组合物的制备以及与所得车辆硬表面上的涂层相关的某些属性。

实例

即使在不依靠机械擦洗的情况下，以下组合物也证实在车辆硬表面清洁中是有效的。

实例1

提供了车辆硬表面清洁组合物，其包含：以3总重量百分比存在的C

对比实例

用相同量的水代替石墨烯保护剂，再生产实例1的组合物。

实例2

将实例1的组合物改性以使其包含以0.5总重量百分比存在并且起流变改性剂作用的丙烯酸酯/山萮醇聚醚-25甲基丙烯酸酯共聚物，并相应减少存在的稀释剂的量。该组合物具有与实例1类似的车辆硬表面清洁特性。

实例3

将实例2的组合物改性以使其包含以0.6总重量百分比存在并且起分散剂作用的聚丙烯酸钠和以3总重量百分比存在并且起溶剂作用的二甘醇单丁醚，并相应减少存在的稀释剂的量。该组合物具有与实例1类似的车辆硬表面清洁特性。

实例4

将实例3的组合物改性以使其包含以4总重量百分比存在并且起螯合剂作用的乙二胺四乙酸四钠和各自以0.5总重量百分比存在的柠檬酸/柠檬酸钠，并相应减少存在的稀释剂的量。该组合物具有与实例1类似的车辆硬表面清洁特性。

实例5

将实例1的组合物改性成包含以0.5总重量百分比存在的硅胶体、以1.0总重量百分比存在的氨端二甲基硅氧烷、以及以3总重量百分比存在的甲氧基二甲基硅氧烷，并相应减少存在的稀释剂的量。该组合物具有与实例1类似的车辆硬表面清洁特性。

实例6

将实例1的组合物改性成包含以3总重量百分比存在的在水和乙醇(10mg/ml)中的单层氧化石墨烯分散体代替存在的水性石墨烯分散体，并相应减少存在的稀释剂的量。该组合物具有与实例1类似的车辆硬表面清洁特性。

图1A-1E示出了在通过本发明处理之前或之后的车轮。图1A是在通过本发明处理之前的车轮的图像。图1B是如此施加了本发明的湿涂层的车轮的图像。图1C是图1B的车轮的放大图像，该涂层具有疏水性和光滑触感。图1D是具有如此施加的本发明的干涂层的车轮的图像，其示出了轮胎是清晰的且黑色的，相比传统轮胎的褐色清洁剂而言。图1E是图1D的车轮在行驶之后的图像，其示出了轮胎仍然是黑色和清晰的。图2A-2C示出通过传统轮胎清洁剂或施加本发明的湿涂层而处理的轮胎在行驶8周后的不同颜色。图2A示出由传统轮胎清洁剂处理后的车轮在行驶8周之后是褐色的。图2B是具有如此施加的本发明的湿涂层的车轮的图像。图2C示出图2B的车轮在行驶8周之后仍然是黑色和清晰的。从图1A-2C可以看出，本申请的车辆硬表面清洁组合物有很强的能力从车轮去除灰尘并且能够保持车轮、轮胎或其组合物的外观和寿命。

说明书中提到的专利文献和出版物指示本发明所属领域的技术人员的水平。这些文献和出版物通过援引并入本文，就像每个单独的文献或出版物通过援引具体地和单独地并入本文那样。

前述描述是对本发明的特定实施例的说明但并不意味着对其实践的限制。以下权利要求书，包括其所有等效物旨在限定本发明的范围。