Procedimiento de fabricación de un molde para piezas de material de polímero que comprende las etapas siguientes:

- el depósito sucesivo, en al menos una parte de un soporte metálico (2), de una capa delgada de barrera (4) y de una capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) - y nanoestructuración de la capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) para formar al menos una superficie nanoestructurada destinada a entrar en contacto con dicho material de polímero, estando la capa delgada (5) de carbono cuasi-diamante nanoestructurada según un motivo predeterminado que presenta una relación de forma superior a 1, realizando las etapas sucesivas siguientes: - formación, en la superficie libre de dicha capa delgada de carbono cuasi-diamante (5), de una máscara dura (8) formada por una primera operación de atacado químico selectivo en fase seca realizada a través de una red de intersticios (11) delimitada por nanopartículas (10) depositadas previamente en la superficie libre de dicha máscara dura (8) - y formación del motivo predeterminado en la capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) por una segunda operación de atacado químico selectivo en fase seca realizada a través de la máscara dura (8), interrumpiéndose dicho atacado en la interfaz (7) entre la capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) y la capa delgada de barrera (4), y en el que el recubrimiento bicapa formado por la capa delgada de barrera (4) y la capa delgada de carbono cuasi- diamante (5) nanoestructurada presenta un grosor comprendido entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 10 µm.

Procedimiento de fabricación de un molde para piezas de material de polímero nanoestructuradas

Campo técnico de la invención

La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un molde para piezas de material de polímero.

Estado de la técnica

Los materiales de polímeros se usan ampliamente para preparar artículos de consumo corriente. Dichos materiales permiten en la práctica producir en cantidades muy grandes y a bajo coste de numerosos productos, por ejemplo en el campo del acondicionamiento, o componentes en el campo del automóvil, la telefonía móvil, los instrumentos médicos, las energías renovables, etc. En general, las piezas se preparan mediante procedimientos de fabricación clásicos en el campo de la plasturgia. En particular, pueden prepararse por moldeo, ya sea con ayuda de un procedimiento de inyección plástica o con ayuda de un procedimiento de embutido. El procedimiento de inyección plástica implica una fusión del material de polímero en un molde mientras que el embutido corresponde a un termoformado del material de polímero, preparado con ayuda de un molde (denominado igualmente matriz) a una temperatura inferior a la temperatura de fusión del material de polímero.

Los materiales de polímeros se emplean asimismo desde hace algunos años en mercados de nicho, para los cuales las cantidades producidas son menores pero las exigencias en términos de procedimiento de fabricación, de calidad y de funcionalidad son más elevadas. Este es el caso, por ejemplo, del campo de la preparación de dispositivos microfluídicos, biochips, hologramas, etc. Dichos campos necesitan la preparación de piezas miniaturizadas de una precisión muy grande en cuanto a su forma y a su dimensión. En particular, la superficie de estas piezas es en general estructurada, es decir, incluye un motivo definido por zonas en relieve y zonas en hueco y las dimensiones de estas zonas (anchura, altura, paso) son de orden micrométrico y, cada vez más, de orden nanométrico. En este último caso se habla de superficie nanoestructurada, más conocida por el término anglosajón de “nanopatterned surface”.

Además, estas piezas miniaturizadas, de alto valor añadido, empiezan a ser empleadas en los mercados más tradicionales de los artículos de consumo corriente, que necesitan la producción de grandes volúmenes y costes de fabricación bajos.

Así, para este tipo de mercados, el desafío actual es el de poder usar los procedimientos de fabricación clásicos en el campo de la plasturgia (moldeo por inyección o por embutido) , que son procedimientos fácilmente industrializables y rentables, siempre dominando la complejidad, las dimensiones y el estado de superficie de las piezas preparadas. En particular, el desafío consiste en obtener piezas de polímeros que presenten superficies nanoestructuradas que correspondan perfectamente a la parte complementaria de la superficie del molde usado en estos procedimientos de fabricación.

A modo de ejemplo, los discos de registro óptico de datos, como los CD-ROM, se preparan formando una pista que presenta un motivo que tiene un tamaño inferior al micrómetro en un sustrato de polímero, por ejemplo, de policarbonato. Ahora bien, dichos discos se fabrican, en general, en gran cantidad, mediante un procedimiento de moldeo por inyección, con ayuda de un molde o de un soporte de matriz, conocido asimismo por el nombre anglosajón de “master disk” o de “stamper”. Una de las caras libres del soporte de matriz está estructurada según una forma complementaria al motivo predeterminado deseado para los discos. En general, el soporte de matriz metálico, destinado a servir de molde durante la fabricación por moldeo por inyección de los discos ópticos, se obtiene, en general, a partir de un modelo original estructurado previamente.

La durabilidad, la conservación, el mantenimiento y el envejecimiento de los moldes usados y más en particular de sus superficies son factores clave para asegurar una calidad permanente de los objetos producidos. Ahora bien, el conjunto de estas restricciones es aún más limitativo durante un paso de una escala macro o microscópica hacia una escala nanoscópica. La fase de desmoldeo es asimismo una de las etapas cruciales del procedimiento de fabricación, ya que esta fase desempeña un papel importante para la productividad de las piezas de polímero preparadas. En efecto, esta fase puede generar un gran número de desechos si existe una deficiente reproducibilidad de la superficie del molde o bien estrías en la superficie de dicho molde, etc. También puede perturbar el procedimiento de fabricación, por ejemplo en caso de atasco debido a una posible adherencia del polímero en el molde.

En la actualidad, la formación de una superficie nanoestructurada para moldes metálicos puede realizarse formando una nanoestructura por litografía por haz de electrones, y después relacionando esta nanoestructura con la superficie de una película metálica. La nanoestructura creada por litografía por haz de electrones puede asimismo servir de máscara dura para grabar un motivo nanoestructurado en un sustrato que formará el molde. Sin embargo, la técnica de litografía por haz de electrones es larga y muy costosa. Además, sólo está adaptada a aplicaciones particulares para las cuales prevalece la organización de los motivos, en particular en el campo óptico y electrónico. En la actualidad se consideran enfoques alternativos para nanoestructurar un molde a coste más bajo. Por ejemplo, se ha propuesto ya micro o nanoestructurar hojas de aluminio por anodización, con el fin de usarlas como moldes para preparar piezas de poliolefina.

La solicitud de patente US-2005/0.084.804 describe el empleo de una capa antiadherente de carbono cuasidiamante para preparar un molde destinado a recibir un material de polímero reticulado. La capa de carbono cuasidiamante, denominada asimismo DLC (“diamond-like carbon”) , se deposita en un soporte principal y es estructurada mediante atacado en seco reactivo con oxígeno, con el fin de preparar una superficie estructurada. En una forma de preparación en particular, una capa de material eléctricamente conductor, por ejemplo de óxido de indio y de estaño (ITO) , puede depositarse entre el soporte principal y la capa de DLC.

Objeto de la invención

La invención tiene por objeto proponer un procedimiento de fabricación, fácil de implementar y de bajo coste, de un molde que tenga un tiempo de vida mejorado y que permita preparar, de manera fiable y precisa, piezas de material de polímero nanoestructuradas.

Según la invención, este objeto se alcanza mediante las reivindicaciones adjuntas.

Descripción sumaria de los dibujos Se deducirán más claramente otras ventajas y características a partir de la descripción que se ofrece a continuación de formas de preparación particulares de la invención dadas a modo de ejemplos no limitativos y representadas en los dibujos adjuntos, en los que:

la fig. 1 representa, esquemáticamente y en sección transversal, una forma de preparación en particular de un molde según la invención;

las fig. 2 a 9 representan, esquemáticamente y en sección transversal, diferentes etapas de un procedimiento particular de preparación del molde según la fig. 1;

las fig. 10 a 12 son fotografías obtenidas por microscopía electrónica de barrido de diferentes montajes de nanopartículas que pueden depositarse en la superficie de la máscara dura, durante el procedimiento particular de preparación de un molde.

Descripción de formas de preparación particulares La fig. 1 ilustra una forma de preparación en particular de un molde 1, adaptado para preparar por moldeo (por ejemplo por inyección plástica o por embutido) piezas de material de polímero que presentan una superficie nanoestructurada.

El molde 1 incluye un soporte metálico 2 que constituye la parte principal del molde y asegura, en particular, la resistencia mecánica del molde 1. El soporte metálico está formado, por ejemplo, por un material o una aleación metálica, como aluminio, acero o latón.

Además, un recubrimiento 3 constituido por dos capas delgadas superpuestas recubre al menos en parte una superficie del soporte metálico 2. Dicho recubrimiento permite dotar al molde 1 de una superficie nanoestructurada, destinada a ser puesta en contacto con un material de polímero durante la fabricación de piezas de material de polímero.

El recubrimiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de un molde para piezas de material de polímero que comprende las etapas siguientes:

- el depósito sucesivo, en al menos una parte de un soporte metálico (2) , de una capa delgada de barrera (4) y de una capa delgada de carbono cuasi-diamante (5)

- y nanoestructuración de la capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) para formar al menos una superficie nanoestructurada destinada a entrar en contacto con dicho material de polímero, estando la capa delgada (5) de carbono cuasi-diamante nanoestructurada según un motivo predeterminado que presenta una relación de forma superior a 1, realizando las etapas sucesivas siguientes:

- formación, en la superficie libre de dicha capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) , de una máscara dura (8) formada por una primera operación de atacado químico selectivo en fase seca realizada a través de una red de intersticios (11) delimitada por nanopartículas (10) depositadas previamente en la superficie libre de dicha máscara dura (8)

- y formación del motivo predeterminado en la capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) por una segunda operación de atacado químico selectivo en fase seca realizada a través de la máscara dura (8) , interrumpiéndose dicho atacado en la interfaz (7) entre la capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) y la capa delgada de barrera (4) ,

y en el que el recubrimiento bicapa formado por la capa delgada de barrera (4) y la capa delgada de carbono cuasidiamante (5) nanoestructurada presenta un grosor comprendido entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 10 µm.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la máscara dura (8) está constituida por un material elegido entre óxido de silicio, carburo de silicio hidrogenado, nitruro de silicio, aluminio, cobre, cromo y un nitruro metálico.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la máscara dura (8) tiene un grosor comprendido entre aproximadamente 10 nm y aproximadamente 50 nm.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que las nanopartículas (10) son nanopartículas de un material elegido entre plata, oro, paladio, platino, cobre, titanio, circonio, óxido de titanio, óxido de circonio, silicio, carburo de silicio, óxido de silicio y nitruro de silicio y se depositan por un procedimiento de pulverización por magnetrón.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las nanopartículas (10) son nanopartículas de un óxido de hierro o de un metal elegido entre plata, platino y cobre y se depositan por depósito químico en fase de vapor asistido por inyección líquida.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las nanopartículas (10) son nanopartículas de un material elegido entre carburo de silicio, óxido de silicio, nitruro de silicio, un material de polímero, óxido de titanio y óxido de circonio y se depositan por un procedimiento de tipo Langmuir-Blodgett.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el motivo está constituido por una pluralidad de aberturas (6) que atraviesan la capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) desde su superficie libre (5a) hasta la interfaz (7) entre dicha capa delgada de carbono cuasi-diamante (5) y la capa delgada de barrera (4) .

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la capa delgada de barrera (4) es de nitruro de cromo.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la capa delgada de barrera (4) es de carburo de silicio hidrogenado.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 y 9, en el que la capa delgada de barrera (4) tiene

un grosor comprendido entre 50 nm y 500 nm.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el soporte metálico (2) incluye un material metálico elegido entre aluminio, acero y latón.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de referencias citadas por el solicitante pretende únicamente servir de ayuda al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aun cuando se ha puesto el máximo esmero en su elaboración, no pueden excluirse errores u omisiones y la EPO declina toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción • US-2005/0.084.804-A [0009] • WO-2006/070.130-A [0033]