Un método para la producción de revestimientos transparentes y conductores que comprenden nanopolvos de metal,

comprendiendo dicho método:

a. mezclar nanopolvo de metal en un disolvente orgánico con al menos un ingrediente del grupo seleccionado de ligante, tensioactivo, aditivo, polímero, tampón, dispersante y/o agente de copulación, de manera que se obtenga una mezcla homogeneizada;

b. mezclar la mezcla homogeneizada con agua, disolvente miscible con agua o mezcla de disolventes miscibles con agua de manera que se forme una emulsión de tipo agua/aceite (W/O),

c. aplicar la mezcla en emulsión sobre una superficie que se vaya a revestir;

d. evaporar el disolvente de la emulsión de manera que se desarrolle in situ un diseño similar a una red autoensamblado; y

e. sinterizar el diseño similar a una red para formar un revestimiento transparente y conductor sobre la superficie

Un método para la producción de nano revestimientos y revestimientos de nano polvo conductores y transparentes.

Ámbito de la invención

La presente invención se refiere generalmente a un método para la producción de revestimientos y tintas transparentes y conductores y revestimientos y tintas de nanopolvo obtenidos por este método.

Antecedentes de la invención

Las nanopartículas, especialmente nanopartículas de metal tienen propiedades muy especiales que están directamente relacionadas con sus dimensiones y con el hecho de que una gran relación de los átomos en la partícula están en la superficie de la partícula o en las fronteras de la partícula y el grano. Estas propiedades incluyen propiedades ópticas, propiedades de sinterización y difusión, propiedades eléctricas como capacitancia, impedancia y resistencia, actividad catalítica y muchas otras.

Estas propiedades mejoradas tienen una gama de usos y aplicaciones, por ejemplo, catalizadores para reacciones químicas, electrodos, células de combustible, dispositivos médicos, tecnologías para la limpieza de agua, dispositivos electrónicos, revestimientos, y más.

La patente de Estados Unidos 5.476.535, expedida al solicitante, presenta un método para la producción de nanopolvos, especialmente de plata. Este procedimiento, comprende las etapas de (a) formar una aleación de aluminio-plata de una composición de mezcla específica; (b) lixiviar el ingrediente de aluminio mediante una serie de etapas de lixiviación consecuentes en las que se hace reaccionar un agente de lixiviación fresco con el material sólido tratado, proporcionando una aleación de plata gradualmente porosa y homogénea. En la etapa (c), se aplican oscilaciones ultrasónicas, desintegrando el aglomerado y aumentando la penetración del agente de lixiviación en los poros siempre crecientes de la aleación mediante la aplicación de una pluralidad de oscilaciones ultrasónicas. El agente de lixiviación sale del aglomerado de plata en la etapa (d) y después el aglomerado es lavado y secado en una etapa final.

Según la patente de Estados Unidos nº 6.012.658, expedida al solicitante et al., se usó el mismísimo procedimiento como tal para formar escamas de metal. Así, se introdujeron las dos etapas principales siguientes: triturar las aleaciones obtenidas por la anteriormente mencionada patente de Estados Unidos nº 5.476.535 en partículas definidas, y después depositar las partículas obtenidas en aleaciones similares a tiras altamente porosas de características predeterminadas.

Sumario de la invención

El ámbito de la presente invención está definido por las características de las reivindicaciones.

El núcleo de la presente invención es crear un método útil y nuevo para revestir un sustrato mediante nanopolvos conductores y transparentes en forma de un diseño u ordenado o al azar, en el que dicho diseño se obtiene o espontáneamente o como resultado de una técnica de impresión. Está también en el ámbito de la presente invención usar aditivo de nanometal para producir un revestimiento transparente-conductor tal como en el caso de aditivo de nano(dióxido de titanio) que se mostró útil para la producción de revestimientos transparentes a la luz visible y opacos a las longitudes de onda UV; en el caso de aditivo de nanosílice, se encontró útil para la producción de revestimientos transparentes con especial comportamiento de resistencia; y en el caso de nanopigmentos, que se mostraron útiles para la producción de revestimientos transparentes coloreados.

También es un objeto de la presente invención crear un método útil y nuevo para la producción de revestimientos conductores y transparentes que comprenden nanopolvos de metal. Dicho método comprende las etapas de (i) mezclar nanopolvo de metal en un disolvente orgánico con al menos un ingrediente del grupo: ligante, tensioactivo, aditivo, polímero, tampón, dispersante y/o agente de copulación, de manera que se obtenga una solución homogeneizada; (ii) mezclar la mezcla homogeneizada con agua, disolvente miscible con agua o mezcla de disolventes miscibles con agua, de manera que se forme una emulsión de tipo agua/aceite (W/O); (iii) aplicar la mezcla en emulsión obtenida anteriormente sobre una superficie que se vaya a revestir, por ejemplo, por varias maneras: serigrafía, extensión, revestimiento por centrifugación, bañado, etc.; (iv) evaporar el disolvente de la emulsión de manera que se desarrolle in situ un diseño similar a una red autoensamblada; y (v) sinterizar el diseño similar a una red para formar un revestimiento conductor y transparente sobre la superficie.

Está en el ámbito de la presente invención en la que los nanopolvos de metal se usan solos o en combinación con aditivo mejorador de la conductividad seleccionado de al menos uno del grupo: coloides de metal y/o sal reducible de metal y/o complejos de metal orgánicos y/o compuestos organometálicos que descomponen para formar materiales conductores. Preferiblemente, la concentración del nanopolvo de metal en la solución mezclada está entre 1% (peso) hasta 50% (peso) y, más particularmente, en el intervalo de 2% (peso) hasta 10% (peso).

Según la presente invención, la solución mezclada comprende un disolvente orgánico o una mezcla de disolventes orgánicos. Estos disolventes orgánicos se caracterizan por una velocidad de evaporación mayor que la velocidad de evaporación del agua en condiciones ambientes. La concentración del disolvente orgánico o de la mezcla de disolventes orgánicos en la solución mezclada está entre 20% (peso) hasta 85% (peso). Más específicamente, su concentración está en el intervalo estrecho de 40% (peso) hasta 80% (peso). Se reconoce a este respecto que los disolventes se pueden seleccionar de al menos uno del grupo de éter de petróleo, hexanos, heptanos, tolueno, benceno, dicloroetano, tricloroetileno, cloroformo, diclorometano, nitrometano, dibromometano, ciclopentanona, ciclohexanona o cualquier mezcla de los mismos.

La concentración del anteriormente mencionado ligante en la solución mezclada puede estar entre 0% (peso) hasta 3% (peso). Preferiblemente (pero no limitado a), el ligante se selecciona de etilcelulosa y/o urea modificada.

Es otro objeto de la presente invención crear un método útil y nuevo para la producción de tinta o solución que comprende nanopolvos de metal para la producción de revestimientos transparentes y conductores. Este método es en principio similar al definido anteriormente y comprende las siguientes etapas: (i) mezclar nanopolvo de metal en un disolvente orgánico con al menos un ingrediente del grupo: ligante, tensioactivo, aditivo, polímero, tampón, dispersante y/o agente de copulación, de manera que se obtenga una solución homogeneizada; (ii) mezclar dicha mezcla homogeneizada con agua o disolvente miscible con agua o mezcla de disolventes miscibles con agua, de manera que se obtenga una emulsión de tipo W/O; (iii) aplicar la emulsión obtenida anteriormente sobre dicha superficie que se va a revestir, por ejemplo, mediante extensión, revestimiento por centrifugación, bañado, etc.; (iv) evaporar el disolvente de dicha mezcla homogeneizada de manera que se desarrolle in situ un diseño similar a una red autoensamblada; y finalmente, (v) sinterizar el diseño similar a una red para que se obtenga un revestimiento conductor y transparente.

La concentración del tensioactivo o mezcla de tensioactivos anteriormente mencionados puede estar entre 0% (peso) hasta 4% (peso) y/o en la que la concentración del tensioactivo o mezcla de tensioactivos en la emulsión dispersada está entre 0% (peso) hasta 4% (peso). Preferiblemente, la emulsión W/O se obtiene por dichos métodos.

Está además en el ámbito de la presente invención en la que la concentración del disolvente miscible con agua o mezcla de disolventes miscibles con agua en la emulsión dispersada está entre 5% (peso) hasta 70% (peso). Preferiblemente (pero no se limito a), el tensioactivo o mezcla de tensioactivos definidos anteriormente comprende al menos uno del grupo de compuestos no iónicos y iónicos seleccionados de SPAN-20, SPAN-80, monooleato de glicerilo, dodecilsulfato sódico, o cualquier combinación de los mismos. Además, también está en el ámbito de la presente invención en la que la concentración del disolvente miscible con agua o mezcla de disolventes miscibles con agua en la emulsión dispersada está entre 15% (peso) hasta 55% (peso).

El anteriormente mencionado disolvente o mezcla de disolventes miscible(s) con agua se puede seleccionar...

1. Un método para la producción de revestimientos transparentes y conductores que comprenden nanopolvos de metal, comprendiendo dicho método:

2. El método según la reivindicación 1, en el que la etapa de sinterización se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 50ºC hasta 150ºC durante 2 hasta 30 minutos.

3. El método según la reivindicación 1, en el que la concentración del nanopolvo de metal en la mezcla homogeneizada está entre 1% (peso) y 50% (peso).

4. El método según la reivindicación 1, en el que la concentración del nanopolvo de metal en la mezcla homogeneizada está entre 2% (peso) y 10% (peso).

5. El método según la reivindicación 1, en el que la emulsión comprende un disolvente orgánico o mezcla de disolventes orgánicos, caracterizados por una evaporación mayor que la velocidad de evaporación del agua.

6. El método según la reivindicación 1, en el que la concentración de agua, disolvente miscible con agua o mezcla de disolventes miscibles con agua en la emulsión está entre 5% (peso) y 70% (peso).

7. El método según la reivindicación 1, en el que la concentración de agua, disolvente miscible con agua o mezcla de disolventes miscibles con agua en la emulsión está entre 15% (peso) y 55% (peso).

8. El método según la reivindicación 1, en el que la superficie que se va a revestir se selecciona de vidrio, películas u hojas poliméricas flexibles, películas u hojas poliméricas relativamente no flexibles, productos de polietileno, productos de polipropileno, productos que contienen acrilato, poli(metacrilato de metilo) (PMMA), sus copolímeros y combinaciones de los mismos.

9. El método según la reivindicación 1, en el que la superficie que se va a revestir es una película polimérica seleccionada de poliésteres, poliamidas, policarbonatos, polietileno, polipropileno, copolímeros de los mismos y combinaciones de los mismos.

10. El método según la reivindicación 1, en el que el nanopolvo de metal se selecciona de plata, oro, platino, paladio, níquel, cobalto, cobre o combinaciones de los mismos.

11. El método según la reivindicación 1, en el que el nanopolvo de metal se caracteriza por un valor de D₉₀ menor que 0,1 µm.

12. El método según la reivindicación 1, en el que el nanopolvo de metal se selecciona de al menos uno del grupo: nanopolvo de metal, nanopolvo de metal con coloides de metal: nanopolvo de metal con una sal reducible de metal y/o complejos de metal orgánicos y/o compuestos organometálicos que descomponen para formar materiales conductores.

13. El método según la reivindicación 1, que comprende aplicar la emulsión a la superficie según un diseño ordenado o al azar.

14. El método según la reivindicación 1, en el que el revestimiento transparente y conductor se caracteriza por una transparencia a la luz entre 40% y 90% en el intervalo visible de 400 nm hasta 700 nm, una resistencia entre 0,1 ohms/cuadrado y 9.000 ohms/cuadrado, y un valor de la turbiedad entre 1% y 10%.

15. Un revestimiento conductor y transparente producido según el método de las reivindicaciones 1-14.

16. Un revestimiento conductor y transparente según la reivindicación 15, en el que el revestimiento se incorpora a una pantalla, presentación visual, electrodo, placa de circuito impreso (PCB), tarjeta inteligente, artículo de RFID, antena, transistor de película delgada, LCD o combinación de los mismos.