Producto dotado de propiedades físicas de superficie, superhidrófilo o superhidrófobo,

que comprende un sustrato revestido sobre su superficie con una capa de estructuración aplicada sobre dicha superficie y con una película depositada sobre dicha capa, caracterizado porque la película es continua, porque las propiedades físicas de dicha superficie son conferidas por la naturaleza de la película, y porque la superficie de la capa que recibe la película depositada presenta unas rugosidades de dimensiones inferiores a 50 nanómetros

Producto superhidrófilo o superhidrófobo, procedimiento para su realización y utilización de dicho producto.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los tratamientos de superficie con vistas a conferirles propiedades autolimpiables, antisuciedad, anticondensación o de deslizamiento con respecto a fluidos tales como el agua o el aire.

La presente invención se refiere más particularmente a un producto, cuya superficie externa presenta un revestimiento que desarrolla un carácter superhidrófilo o un carácter superhidrófobo. Se refiere asimismo a un procedimiento de realización de un revestimiento de este tipo además de a su utilización.

Se entiende por superhidrófobo, la característica de una superficie sobre la que una gota de agua forma con dicha superficie un ángulo de contacto importante, normalmente superior a 150º. Por definición, el ángulo de contacto es un ángulo diedro formado por dos intercaras contiguas en su intersección aparente. En este caso, la superficie se denomina "non humectable" con respecto al agua. Esta propiedad se denomina comúnmente "efecto loto".

Por el contrario, una superficie superhidrófila presenta un ángulo de contacto con el agua próximo a 0º, incluso que no puede medirse. En este caso, la superficie se denomina "humectable" con respecto al agua.

El campo técnico de la invención también puede considerarse como el de los materiales denominados "nanoestructurados".

Estado de la técnica anterior

De manera general, las superficies hidrófilas o hidrófobas se obtienen depositando una película selectivamente hidrófila o hidrófoba sobre un sustrato que presenta rugosidades de dimensiones micrométricas. En efecto, las rugosidades de una superficie le confieren sus propiedades hidrófobas o hidrófilas. Por consiguiente, determinan su deperlancia (aptitud para dejar que fluya un líquido) así como sus propiedades autolimpiables o de anticondensación. Como demuestra Wilhelm Barthlott, la hoja del loto constituye un ejemplo de superficie cuya deperlancia se debe a numerosas microesferas distribuidas sobre esta superficie.

El carácter hidrófobo de una superficie con microrrugosidades se caracteriza por una escasa humectabilidad de la superficie, y por tanto por un gran ángulo de contacto, que se explica por el hecho de que el líquido descansa únicamente sobre los vértices de las rugosidades de esta superficie. Por el contrario, el carácter hidrófilo de una superficie se caracteriza por una humectabilidad importante de la misma, y por tanto por un ángulo de contacto próximo a cero, que se explica por el hecho de que el líquido "se adapta" a las rugosidades de esta superficie.

Así, el carácter hidrófilo o hidrófobo se obtiene estructurando o "texturizando" una superficie, es decir, creando en ella rugosidades de pequeñas dimensiones, y después depositando sobre esta superficie una película de material hidrófilo o hidrófobo. Es esta película la que confiere al material su carácter hidrófilo o hidrófobo. La superficie texturizada es generalmente una capa relativamente delgada que se deposita a su vez sobre un sustrato; es este sustrato el que presenta las cualidades, en particular mecánicas, apropiadas para su utilización en el marco de la aplicación deseada.

Así, la solicitud de patente FR-A-2 829 406 describe un procedimiento de realización de una superficie autolimpiable, antisuciedad y/o anticondensación. La estructuración, o texturización, es decir la creación de rugosidades sobre la superficie, se realiza de manera clásica o bien mediante fotolitografía o bien mediante evaporación de un metal a través de una máscara. A continuación, se deposita una película de material hidrófilo o hidrófobo mediante electroinjerto sobre esta superficie previamente texturizada.

Aunque el procedimiento descrito en este documento permite realizar una superficie que reproduce las propiedades hidrófobas de una hoja de loto, adolece no obstante de ciertos inconvenientes.

En primer lugar, los procedimientos de texturización clásicos, fotolitografía o evaporación de un metal a través de una máscara, conducen a la formación de rugosidades cuyas dimensiones son del orden de algunos micrómetros, en el mejor de los casos de algunas centenas de nanómetros. Con dichas rugosidades, el material no presenta la transparencia a la luz requerida por numerosas aplicaciones, ya que las rugosidades demasiado grandes impiden una transmisión suficiente de la luz (visible).

Por otra parte, la realización de dichos procedimientos necesita numerosas etapas y múltiples dispositivos. Además, estas etapas no pueden realizarse todas en un único recinto. Es por ello por lo que estos procedimientos son largos y costosos de realizar.

Se conoce además a partir del documento FR-A-2 864 110 un procedimiento de realización de nanotubos de carbono destinados a constituir rugosidades, y sobre los que se deposita una película de polímero hidrófobo o que comprende una etapa complementaria con vistas a funcionalizar la superficie texturizada. No obstante, este procedimiento adolece asimismo de un inconveniente que limita sus aplicaciones.

En efecto, la realización de los nanotubos requiere una temperatura elevada, en general del orden de 600ºC. Por consiguiente, no es posible tratar mediante este procedimiento unos sustratos termosensibles, tales como los polímeros. Esto limita por tanto las posibles aplicaciones del producto hidrófobo resultante de un procedimiento de este tipo a las aplicaciones para las que un sustrato "termorresistente" puede ser conveniente.

La presente invención propone un procedimiento para la realización de un producto cuya superficie externa presenta propiedades superhidrófobas o superhidrófilas, pero que no presenta las limitaciones e inconvenientes de los procedimientos de la técnica anterior. La presente invención se refiere asimismo al producto resultante de este procedimiento.

Exposición de la invención

La presente invención se puede aplicar para revestir cualquier tipo de sustrato, termosensible o no. El procedimiento objeto de la invención, sencillo de realizar y relativamente poco costoso, permite en particular conservar en las superficies tratadas una transparencia satisfactoria, en particular con respecto a la luz visible. Estas superficies presentan las propiedades de deperlancia, de antisuciedad y/o de anticondensación.

La presente invención se refiere por tanto en primer lugar a un producto que presenta una propiedad física de superficie, en este caso superhidrófila o superhidrófoba. Este producto comprende un sustrato revestido sobre su superficie con una capa de estructuración aplicada sobre esta superficie y con una película depositada sobre esta capa.

Según la invención:

• la película es continua;

• las propiedades físicas de dicha superficie se confieren por la naturaleza de la película; y

• la superficie de la capa que recibe la película depositada presenta unas rugosidades de dimensiones nanométricas.

Así, el producto resultante es transparente en particular a la luz.

Dicho de otro modo, el producto objeto de la invención presenta sucesivamente un sustrato, una capa intermedia y una película de funcionalización. Puesto que la capa y la película presentan unas rugosidades de dimensiones nanométricas, el conjunto constituido por la capa y la película es transparente. Además, la naturaleza de la película combinada con la estructuración de la superficie por las rugosidades le confieren una propiedad física de superficie, a saber, selectivamente un carácter superhidrófilo o un carácter superhidrófobo.

Según una forma de realización ventajosa de la invención, la capa que participa en el revestimiento puede comprender hidrógeno asociado en diversas proporciones con silicio y/o con carbono. Estos materiales presentan la propiedad de reaccionar ante un grabado de manera heterogénea.

En la práctica, el espesor de la capa puede estar comprendido entre 50 nm y 300 nm y dichas rugosidades pueden presentar dimensiones inferiores a 50 nm. Dicho de otro modo, las rugosidades presentan unos "picos", unos "valles" y unos intervalos entre estos picos y valles de aproximadamente 50 nm. Dichas dimensiones permiten en efecto obtener un producto que presenta una transparencia próxima a la del sustrato antes del tratamiento.

Según un modo de realización particular de la invención, la película puede estar constituida por un...

1. Producto dotado de propiedades físicas de superficie, superhidrófilo o superhidrófobo, que comprende un sustrato revestido sobre su superficie con una capa de estructuración aplicada sobre dicha superficie y con una película depositada sobre dicha capa, caracterizado porque la película es continua, porque las propiedades físicas de dicha superficie son conferidas por la naturaleza de la película, y porque la superficie de la capa que recibe la película depositada presenta unas rugosidades de dimensiones inferiores a 50 nanómetros.

2. Producto dotado de propiedades físicas de superficie según la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto constituido por la capa de estructuración y la película es transparente.

3. Producto dotado de propiedades físicas de superficie según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha capa comprende hidrógeno asociado con silicio y/o carbono.

4. Producto dotado de propiedades físicas de superficie según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de dicha capa está comprendido entre 50 nm y 300 nm, y porque la separación entre dichas rugosidades es de dimensión inferior a 50 nm.

5. Producto dotado de propiedades físicas de superficie según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la película está constituida por un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por los polímeros fluorocarbonados, los polisiloxanos, de manera que el producto se vuelve superhidrófobo.

6. Producto dotado de propiedades físicas de superficie según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la película está constituida por un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por las sílices, las polivinilpiridinas, las polivinilpirrolidonas, los polioles, las poliiminas, los polisiloxanos modificados, y unas moléculas con radical hidroxilo o carboxilo, de manera que dicho producto se vuelve superhidrófilo.

7. Producto dotado de propiedades físicas de superficie según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque por lo menos uno de sus materiales constitutivos, y en particular el sustrato, es termosensible.

8. Producto dotado de propiedades físicas de superficie según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato está constituido por vidrio o poli(metacrilato de metilo) (PMMA).

9. Procedimiento para la realización de un producto dotado de propiedades físicas de superficie, superhidrófilo o superhidrófobo, comprendiendo dicho producto un sustrato, caracterizado porque consiste sucesivamente:

- en aplicar una capa sobre la superficie externa de dicho sustrato;

- en generar unas rugosidades en la superficie externa de la capa así aplicada sobre dicho sustrato;

- en depositar sobre la superficie de la capa así estructurada una película continua, cuya naturaleza confiere al revestimiento así realizado el carácter superhidrófilo o superhidrófobo buscado;

presentando dichas rugosidades unas dimensiones inferiores a 50 nanómetros.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque se realiza en el interior de un recinto de deposición química en fase vapor asistida por plasma (PECVD).

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque la capa del revestimiento se realiza mediante tecnologías de deposición al vacío.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque las rugosidades se generan mediante grabado por plasma.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque la película se deposita mediante un procedimiento seleccionado de entre el grupo constituido por la deposición química en fase vapor asistida por plasma, el injerto electrónico (electroinjerto) y la deposición de una disolución de polímero seguida por una evaporación del disolvente de la disolución.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque la capa se forma según un espesor comprendido entre 50 nm y 300 nm, y porque dichas rugosidades se generan con unas dimensiones inferiores a 50 nm.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque la película está constituida por un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por los polímeros fluorocarbonados, los polisiloxanos, de manera que dicho producto se vuelve superhidrófobo.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque la película está constituida por un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por las sílices, las polivinilpiridinas, las polivinilpirrolidonas, los polioles, las poliiminas, los polisiloxanos modificados, y unas moléculas con radical hidroxilo o carboxilo, de manera que el producto se vuelve superhidrófilo.

17. Utilización de un producto según una de las reivindicaciones 1 a 8 para una aplicación que necesita una superficie transparente antisuciedad o anticondensación y seleccionada de entre el grupo constituido por las ventanas de habitación antisuciedad, los cristales de gafas antisuciedad, las máscaras de buceo anticondensación, las ópticas antisuciedad de sistemas de iluminación tales como faros, las ventanas de automóviles o de aviones con una cara interior antivaho y una cara exterior autolimpiable, los paneles solares antisuciedad, los sensores e instrumentos de medición antisuciedad tales como tubos de Pitot o sondas de temperatura, las superficies sanitarias antisuciedad tales como las de fregaderos, duchas, aseos autolimpiables, las antenas de superficie antisuciedad tales como para un radar o una televisión por satélite, las obras metálicas decorativas antisuciedad, diversas superficies industriales antisuciedad tales como las de mataderos, carnicerías, charcuterías, hospitales, cocinas, las alas de aviones antisuciedad y anticondensación, las paredes interiores de contenedores de fluidos tales como los de las botellas anticondensación para recuperar el 100% del contenido.

18. Utilización de un producto según una de las reivindicaciones 1 a 8 para una aplicación que necesita una superficie transparente y deslizante con respecto a fluidos y seleccionada de entre el grupo constituido por las suelas de esquí, y las piezas aero o hidrodinámicas.