PARTÍCULAS RESISTENTES A LAS MANCHAS.

Partículas que tienen cada una un núcleo, que es hueco o comprende una composición de polímero orgánico,

y una envoltura que comprende un óxido inorgánico, en donde la envoltura tiene: a. un espesor en el intervalo de 2 a 75 nm; y b. al menos uno y no más de cinco poros, comunicándose cada poro entre el núcleo y una superficie externa de la envoltura, y teniendo un diámetro comprendido entre 5 nm y 300 nm, medido utilizando un microscopio de fuerza atómica, siendo dichos poros los mayores poros de la partícula.

La presente invención se refiere a partículas resistentes a las manchas que comprenden un núcleo y una envoltura y revestimientos porosos que comprenden dichas partículas. La invención se refiere adicionalmente a un proceso para producir revestimientos porosos estables y usos de tales revestimientos, particularmente como revestimientos antireflectantes.

El uso de revestimientos porosos para proporcionar propiedades ópticas es conocido. Con tales revestimientos pueden conseguirse diversas funciones ópticas. Por ejemplo, puede conseguirse un revestimiento anti-reflectante formando un revestimiento poroso con un índice de refracción efectivo inferior al del sustrato (US 2.432.484). Típicamente, estos sistemas anti-reflectantes comprenden un ligante y nanopartículas. Por ejemplo, US 6.921.578 describe un método para preparación de sistemas de revestimiento anti-reflectantes en el cual un ligante (v.g. ortosilicato de tetraetilo, TEOS) se hidroliza en presencia de las nanopartículas utilizando un catalizador ácido. Si bien estos métodos pueden conducir a un revestimiento con propiedades anti-reflectantes, estos revestimientos adolecen típicamente de varios inconvenientes para un índice de refracción que es necesario alcanzar comprendido entre 1 y 2% de reflexión residual en el espectro de luz visible. Típicamente, estos revestimientos contienen un gran número de poros que son accesibles al agua y la suciedad. Adicionalmente, la superficie de dichos revestimientos es relativamente rugosa con parámetros de rugosidad (Ra) determinados por microscopía de fuerza atómica) de aproximadamente 100-150 nm, lo que conduce a altas superficies específicas [H.R. Moulton, CA: 449110, 1948]. La "estructura de poros abiertos" combinada con la alta rugosidad superficial, conduce a un alto grado de ensuciamiento óptico, manchas de agua, dificultades en la limpieza, y resistencia deficiente a la abrasión.

Wu et al. "Properties of sol-gel derived scratch resistant nano-porous silica films by a mixed atmospheric treatment", Journal of Non-Crystalline Solids, 275, (2000), págs. 169-174, describe el tratamiento de la película de sílice con agua y amoníaco durante 30 minutos a 400ºC, dando como resultado una superficie más lisa y una densificación de la estructura de sílice. Si bien la facilidad de limpieza de estos revestimientos puede mejorarse debido a un aumento en la lisura superficial, el manchado sigue siendo un problema.

Los revestimientos porosos, con inclusión de revestimientos anti-reflectantes, son por regla general propensos a las manchas. Se postula que la red porosa permite que el material orgánico y el agua penetren en el revestimiento causando manchas o tachas. La eliminación de tales marcas es a veces difícil y a menudo incompleta. Las manchas de agua pueden ser particularmente problemáticas y pueden causar incluso marcas permanentes de un revestimiento anti-reflectante con implicaciones obvias en cuanto a la eficacia de dicho revestimiento.

El objeto de la presente invención es abordar al menos algunos de los problemas arriba mencionados.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona una partícula que tiene un núcleo, que es hueco o comprende una composición de polímero orgánico, y una envoltura que comprende un óxido inorgánico, en donde la envoltura tiene:

a. un espesor en el intervalo de 2 a 75 nm; y

b. al menos uno y no más de cinco poros, comunicándose cada poro entre el núcleo y una superficie externa de la envoltura, y teniendo un diámetro comprendido entre 5 nm y 300 nm, medido utilizando un microscopio de fuerza atómica, siendo dichos poros los mayores poros de la partícula.

Con preferencia, el diámetro de cada poro está dentro de un intervalo comprendido entre 10% y 60% del diámetro de la partícula.

Para facilidad de lectura, a todo lo largo de la memoria descriptiva en caso apropiado, se utiliza el término "poro dilatado" para denotar un poro que tiene un diámetro comprendido entre 5 nm y 300 nm medido utilizando un microscopio de fuerza atómica, siendo dichos poros los poros más grandes de las partículas.

Con preferencia, los poros dilatados representan no más de 60% de la superficie teórica de la partícula que no contiene poros (v.g. con relación a la superficie de una esfera), con más preferencia no más de 50%, con más preferencia aún no más de 40%, todavía con más preferencia no más de 30% y muy preferiblemente no más de 20%.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un revestimiento que tiene una superficie de revestimiento que comprende las partículas de la presente invención, en donde una porción de las partículas forman al menos parte del revestimiento de la superficie. La superficie de revestimiento comprende con preferencia una pluralidad de partículas cada una de las cuales sobresale de una matriz que comprende un ligante. En esta realización, el revestimiento de la superficie está definido al menos en parte por segmentos de las partículas que están expuestos a la atmósfera. La proporción del área de la superficie de cada partícula expuesta a la atmósfera está comprendida con preferencia entre 5 y 70%, con más preferencia 10 y 60%, y con más preferencia aún 20 a 50%.

Inesperadamente, la superficie recubierta resultante, que es a menudo más rugosa y más porosa comparada con las superficies del revestimiento sin la aplicación del paso de curado al vapor, mantiene al menos sustancialmente sus propiedades mecánicas y ópticas y su facilidad de limpieza al tiempo que mejora su resistencia a las manchas.

El tamaño de poro es no mayor que 300 nm. Con preferencia, los poros dilatados tienen un diámetro no mayor que 200 nm, con más preferencia no mayor que 100 nm, con más preferencia aún no mayor que 80 nm, todavía con más preferencia no mayor que 50 nm y con más preferencia no mayor que 40 nm. El poro o poros dilatados tienen un diámetro de al menos 5 nm, con preferencia al menos 10 nm, con más preferencia al menos 15 nm y todavía con más preferencia al menos 20 nm. Los diámetros de poro mayores son más propensos a recoger contaminación y por consiguiente son más difíciles de mantener limpios, mientras que los diámetros de poro eficaces más pequeños retienen la humedad (u otra contaminación productora de manchas) de tal modo que se reduce la resistencia a las manchas del revestimiento.

Con preferencia, al menos 30%, con más preferencia 50%, todavía con más preferencia al menos 70%, con más preferencia aún al menos 80% y muy preferiblemente al menos 90% de las partículas que forman parte de la superficie de revestimiento comprenden el poro dilatado (determinado utilizando AFM sobre una superficie de 2 μm x 2 μm). Cuanto mayor es la proporción de partículas expuestas a la superficie del revestimiento que contiene el o los poros dilatados, tanto mayor es la proporción de las manchas de agua que puede eliminarse del revestimiento.

Con preferencia, cada partícula que forma parte de la superficie del revestimiento comprende como promedio más de 0,3 y no más de 2,0 poros dilatados (determinados utilizando AFM sobre una superficie de 2 μm x2 μm).

Se cree que la formación de los poros dilatados está relacionada con la geometría de la partícula, no observándose poros dilatados después del curado al vapor de superficies planas.

En otra realización de este aspecto de la presente invención, se proporciona una composición de revestimiento que comprende partículas, cada una de las cuales tiene un núcleo que es hueco y una envoltura, caracterizada porque:

(a) al menos un porción de las partículas tienen un espesor medio de la envoltura comprendido en el intervalo de 2 a 75 nm; y

(b) la composición de revestimiento se define por la expresión: Ru es menor que 2,8 R0; y Rr es menor que 2,0 R0 donde, R0 es la reflexión especular a 550 nm de la composición de revestimiento aplicada a un sustrato para formar

un revestimiento que tiene un espesor medio comprendido entre 100 y 120 nm y almacenado a 25ºC y 40% de humedad relativa en condiciones de equilibrio, dando como resultado un sustrato recubierto C0, Ru es la reflexión especular a 550 nm del sustrato recubierto C0 que se almacena a 25ºC y 90% de humedad relativa durante 400 minutos dando como resultado un sustrato recubierto C1; y Rr es la reflexión especular a 550 nm del sustrato recubierto C1 después de ser almacenado a 25ºC y 40% de humedad relativa hasta que se alcanzan las condiciones de equilibrio.... [Seguir leyendo]

1. Partículas que tienen cada una un núcleo, que es hueco o comprende una composición de polímero orgánico, y una envoltura que comprende un óxido inorgánico, en donde la envoltura tiene:

a. un espesor en el intervalo de 2 a 75 nm; y

b. al menos uno y no más de cinco poros, comunicándose cada poro entre el núcleo y una superficie externa de la envoltura, y teniendo un diámetro comprendido entre 5 nm y 300 nm, medido utilizando un microscopio de fuerza atómica, siendo dichos poros los mayores poros de la partícula.

2. Las partículas de acuerdo con la reivindicación 1, en las cuales el diámetro de poro es al menos 15 nm.

3. Las partículas de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en las cuales las partículas tienen un diámetro máximo no mayor que 500 nm.

4. Las partículas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en las cuales el óxido inorgánico comprende sílice.

5. Un revestimiento que comprende partículas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual una porción de las partículas forma al menos parte de una superficie de revestimiento.

6. El revestimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual al menos 30% de las partículas que forman parte de la superficie de revestimiento comprenden dichos poros.

7. El revestimiento de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el cual las partículas que forman al menos parte de la superficie de revestimiento comprenden, por término medio, más de 0,3 y no más de 2,0 poros dilatados determinados utilizando microscopía de fuerza atómica sobre una superficie de 2 μm x2 μm.

8. El revestimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el cual el revestimiento es un revestimiento anti-reflectante.

9. El revestimiento de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el cual el núcleo es hueco y el revestimiento es un revestimiento anti-reflectante definido por la expresión: Ru es menor que 2,8 R0; y Rr es menor que 2,0 R0 donde, R0 es la reflexión especular a 550 nm de la composición de revestimiento aplicada a un sustrato para formar un revestimiento que tiene un espesor medio comprendido entre 100 y 120 nm y almacenado a 25ºC y 40% de humedad relativa en condiciones de equilibrio, dando como resultado un sustrato recubierto C0, Ru es la reflexión especular a 550 nm del sustrato recubierto C0 que se almacena a 25ºC y 90% de humedad relativa durante 400 minutos, dando como resultado un sustrato recubierto C1; y Rr es la reflexión especular a 550 nm del sustrato recubierto C1 después de ser almacenado a 25ºC y 40% de humedad relativa hasta que se alcanzan las condiciones de equilibrio.

10. Un artículo que comprende el revestimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9.

11. Un método para producir un sustrato revestido que comprende el revestimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, que comprende los pasos de:

a. aplicar a un sustrato una composición de revestimiento que comprende partículas que tienen un núcleo y una envoltura, teniendo dicha envoltura un espesor en el intervalo de 2 a 75 nm; y

b. tratar la superficie del revestimiento con vapor húmedo o una combinación de vapor húmedo y una base; en donde dicho núcleo comprende una composición de polímero orgánico o es hueco y dicha envoltura comprende un óxido inorgánico.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el cual la composición de revestimiento se cura antes o después del paso (b).

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en el cual el paso de curado se realiza a una temperatura de al menos 100ºC durante al menos 15 minutos.

14. Uso de vapor húmedo o una combinación de vapor húmedo y una base en la preparación de las partículas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.