Recubrimiento de doble capa que comprende una capa inferior de una resina foto/termoestable adherente a la superficie que se va a recubrir,

y una capa superior que comprende micropartículas funcionalizadas dispersadas en una resina foto/termoestable

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los recubrimientos superficiales, y en particular a recubrimientos aplicados para el propósito de modificar adecuadamente ciertas propiedades superficiales de cualquier material mientras se mantienen inalteradas las propiedades internas del material en sí mismo.

Estado de la técnica

El “efecto Loto” así denominado se ha conocido desde hace tiempo y, como también se conoce, se refiere a las características superficiales de las hojas de la planta de loto, que muestran una particular repelencia al agua debido al material ceroso con el que se cubren y a su morfología particular que revela la presencia de protuberancias de escala micrométrica, de cada una de las cuales emergen estructuras filiformes de tamaño nanométrico. Gracias a estas características la superficie de las hojas de loto son fuertemente repelentes al agua; gotitas de agua que entran en contacto con las mismas, en vez de depositarse sobre y humedecer la superficie, permanecen aproximadamente esféricas rodando después tomando con las mismas cualquier rastro de suciedad depositada en la superficie.

A partir de los primeros estudios, que se remontan a finales de 1990, una cantidad considerable de investigación se ha emprendido en este campo, que tuvo como objetivo el desarrollo de materiales y técnicas de fabricación capaces de reproducir el efecto Loto en una variedad de tipos de superficie. Actualmente, sin embargo, muchas de las soluciones que se han desarrollado y que constituyen el estado de la técnica implican el uso de procedimientos complejos que son difíciles de implementar en una escala industrial. En particular, algunos de los enfoques que se han seguido hasta ahora se basan en el uso de técnicas tales como tratamiento por plasma, deposición química en fase vapor, electrodeposición, micro- y nano-replicación a partir de moldes micro- y nanoestructurados.

Adicionalmente, en la mayoría de casos (principalmente cuando se refiere a superficies de vidrio) no se requiere reducir la transparencia superficial, pero adicionalmente, si es posible, aumentarla mediante el tratamiento de repelencia al agua. Sin embargo, como se conoce, para obtener superficies con un ángulo de contacto mayor de 150º (superficies superhidrófobas) es básico modificar la topología de las superficies volviéndolas altamente ásperas. Esto implica normalmente la opacificación de superficies y la pérdida de transparencia.

En virtud de estas consideraciones se han propuesto recientemente algunos enfoques basados en la deposición de películas de materiales de partida orgánicos o inorgánicos a partir de soluciones que contienen micropartículas dispersadas en disolventes adecuados.

Por ejemplo, el documento EP1479738A1 describe un recubrimiento hidrófobo formado a partir de una mezcla que contiene micropartículas inorgánicas funcionalizadas mediante grupos acrilato fluorados. Pero los resultados obtenidos en términos de ángulo de contacto, duración de efecto, transparencia y coste de materiales no les permiten aplicarse en una escala industrial.

En 2007, Bravo et al (Transparent Superhydrophobic Films Based on Silica Nanoparticles, Langmuir 23:72937298) indicaron un recubrimiento superhidrófobo transparente obtenido por medo de un gran número de inmersiones de sustrato en soluciones que contienen micropartículas de SiO2 de varios tamaños que sirven para producir la morfología deseada, seguido por la funcionalización con un reactivo fluorado que sirve para modificar sus propiedades químicas. Sin embargo, este método también es inconveniente debido a los costes excesivos del reactivo fluorado y su escasa estabilidad química.

A la luz de las limitaciones mostradas por los tratamientos de la técnica conocida, la necesidad de identificar un recubrimiento capaz de satisfacer simultáneamente los siguientes requisitos es evidente: 1) ultra repelencia al agua 2) alta transparencia 3) facilidad de aplicación 4) larga durabilidad 5) bajos costes.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un recubrimiento de doble capa formado de una primera capa (capa inferior) de resina foto/termoestable y una segunda capa (capa superior) que comprende micropartículas hidrófobas parcialmente incorporadas en una matriz de resina. La aplicación de dicho recubrimiento es un método eficaz para generar superficies ultra repelentes al agua y antirreflectantes.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 muestra esquemáticamente la estructura de un recubrimiento de doble capa de la invención. La Figura 2 muestra la imagen SEM de la morfología superficial de un recubrimiento de doble capa de la invención. La Figura 3 muestra esquemáticamente el comportamiento de un rayo de luz incidente sobre una superficie de vidrio no tratada (a) y sobre una superficie de vidrio tratada con el recubrimiento de doble capa de la invención (b). La Figura 4 muestra la representación esquemática de una micropartícula hidrófoba funcionalizada con grupos -Si (CH3)3 La Figura 5 muestra el espectro de transmitancia en el caso de un vidrio no tratado (curva de puntos) y en el caso de una superficie de vidrio con el recubrimiento de doble capa de la invención (curva continua).

Descripción detallada de la invención

La presente invención permite superar los inconvenientes que se han mencionado anteriormente en virtud de un recubrimiento de doble capa capaz de hacer a la superficie extremadamente repelente al agua a la que se aplica, y al mismo tiempo, reducir la cantidad de luz reflejada del mismo.

El recubrimiento de la presente invención comprende una primera capa de resina que se adhiere perfectamente al sustrato (capa inferior) y una segunda capa superpuesta a la misma (capa superior) que comprende las micropartículas hidrófobas fijadas mediante la adición de dicha resina en la que al menos una parte de dichas micropartículas de la capa superior se incorporan al menos parcialmente en la capa inferior.

La primera capa (o capa inferior) se forma mediante una resina foto/termoestable que consiste en un polímero basado en silicio (es decir, que contiene un grupo Si-O-Si en la cadena polimérica). En particular, pueden usarse polivinilsiloxano, polidimetilsiloxano, polidifenilsiloxano, polifenilmetilsiloxano y polivinilmetoxisilano.

De acuerdo con una formulación alternativa de la presente invención, la primera capa (o capa inferior) se forma mediante una resina epoxi o resina de poliuretano, y más generalmente mediante un amplio intervalo de materiales de polímero. Por ejemplo, polimetilmetacrilato, policarbonato, poliestireno, polietileno, polipropileno, polímeros basados en celulosa, etc.

De acuerdo con una formulación alternativa adicional de la presente invención, la primera capa (o capa inferior) se forma usando un copolímero híbrido orgánico/inorgánico obtenido mediante el método sol-gel, por ejemplo un material Ormocer®.

La segunda capa (o capa superior) comprende micropartículas hidrófobas de diámetro entre 5 nm y 5 m, preferiblemente entre 5 nm y 100 nm. Dichas micropartículas consisten en un núcleo inorgánico y una carcasa orgánica injertada sobre el núcleo inorgánico. El núcleo inorgánico consiste preferiblemente en sílice o en un amplio intervalo de óxidos metálicos en general (óxido de titanio, óxido de aluminio, circonio, etc.).

La carcasa orgánica injertada comprende grupos funcionales de fórmula general -SiR3 en la que cada sustituyente R (independientemente de los otros) puede ser un hidrógeno, una cadena de alquilo C1-C30 lineal o ramificada, una cadena de alquilo C2-C30 insaturada lineal o ramificada, una cadena de alquilo C1-C30 sustituida con halógeno lineal o ramificada, una cadena de vinilo, un grupo aromático C6-C18, una cadena de epoxi-alquilo C3-C30, una cadena lineal o ramificada de estructura CmH2mX en la que m = 1-30, X es un grupo CN, o NR” o SR” u OR” u OC(O)-R” u CO2R” u N-C(O)-R”, en los que R” puede ser: un hidrógeno, una cadena de alquilo C1-C30 lineal o ramificada, una cadena de alquilo insaturada C2-C30 lineal o ramificada, una cadena de alquilo C1-C30 sustituida con halógeno lineal o ramificada, una cadena de vinilo, un grupo aromático C6-C18, una cadena de epoxi-alquilo C3-C30, un grupo acilo C1-C30, un grupo acilo C3-C30 insaturado, un grupo aromático C6-C18.

Las micropartículas funcionalizadas como se han descrito anteriormente... [Seguir leyendo]

1. Recubrimiento de doble capa que comprende una capa inferior de una resina foto/termoestable adherente a la superficie que se va a recubrir, y una capa superior que comprende micropartículas funcionalizadas dispersadas en una resina foto/termoestable.

2. Recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos una parte de dichas micropartículas de la capa superior se incorporan al menos parcialmente en la capa inferior.

3. Recubrimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, en el que dicha resina foto/termoestable se selecciona entre aquellas que pertenecen al siguiente listado: resina de silicio, resinas epoxi, resinas de poliuretano, copolímeros híbridos orgánicos/inorgánicos obtenidos mediante el método sol-gel.

4. Recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha resina foto/termoestable se selecciona entre aquellas que pertenecen al siguiente listado: polivinilsiloxanos, polidimetilsiloxanos, polidifenilsiloxanos, polifenilmetilsiloxanos y polivinilmetoxisilanos.

5. Recubrimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-4, en el que dichas micropartículas consisten en sílice u otros óxidos metálicos y muestran en sus superficies grupos funcionales de fórmula general -SiR3, en la que cada sustituyente R, independientemente de los otros, se selecciona entre hidrógeno, una cadena de alquilo C1-C30 lineal

o ramificada, una cadena de alquilo insaturada C2-C30 lineal o ramificada, una cadena de alquilo C1-C30 sustituida con halógeno lineal o ramificada, una cadena de vinilo, un grupo aromático C6-C18, una cadena epoxi-alquilo C3-C30, una cadena lineal o ramificada de estructura CmH2mX en la que m = 1-30 y X se selecciona entre: CN, NR”, SR”, OR”, O-C(O)-R”, CO2R”, N-C(O)-R”, en los que R” se selecciona entre: hidrógeno, una cadena de alquilo C1-C30 lineal o ramificada, una cadena de alquilo insaturada C2-C30 lineal o ramificada, una cadena de alquilo C1-C30 sustituida con halógeno lineal o ramificada, una cadena de vinilo, un grupo aromático C6-C18, una cadena de epoxialquilo C3-C30, un grupo acilo C1-C30, un grupo acilo C3-C30 insaturado, un grupo aromático C6-C18.

6. Un recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dichas micropartículas funcionalizadas tienen un diámetro comprendido entre 5 nm y 5 m, preferiblemente entre 5 nm y 100 nm.

7. Proceso para preparar el recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, sobre la superficie que se va a tratar, se forman sucesivamente en primer lugar una capa inferior de resina foto/termoestable y después una capa superior que comprende las micropartículas funcionalizadas dispersadas en una resina foto/termoestable.

8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la misma resina se usa para la capa inferior y la capa superior.

9. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 7 y 8, en el que:

- sobre la superficie que se va a tratar, se deposita una solución que consiste en la resina foto/termoestable preseleccionada y un disolvente en el que, además de la resina, se disuelven un agente reticulante adecuado y aditivos adecuados;

- sobre la primera capa hasta ahora sin curar, se deposita una película que comprende las micropartículas funcionalizadas de acuerdo con la reivindicación 5 dispersadas en un disolvente altamente volátil junto con una cierta cantidad de la resina foto/termoestable;

- la superficie se irradia con luz UV y/o se calienta a una temperatura comprendida entre 120 ºC y 250 ºC a fin de iniciar la reacción de reticulación de la cadena polimérica de resina y permitir la evaporación del disolvente residual.

10. Proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la cantidad de resina añadida a la dispersión de micropartículas funcionalizadas está en una proporción en peso con respecto a las micropartículas funcionalizadas de entre 0,1 y 10, preferiblemente entre 0,5 y 2.

11. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 7-10, en el que la capa superior se obtiene mediante una única deposición o mediante sucesivas deposiciones de la misma solución de partida o mediante soluciones de diferentes composiciones.

12. Proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que las capas del recubrimiento se aplican al sustrato mediante recubrimiento por inmersión, recubrimiento por centrifugado, recubrimiento por pulverización o serigrafía.

13. Proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la capa inferior se deposita mediante recubrimiento por inmersión, mientras que la capa superior se deposita mediante recubrimiento por pulverización.

14. Recubrimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-6, en el que el índice de refracción de la resina constituyente de la capa inferior está comprendido entre 1,4 y 1,6, y en particular entre 1,4 y 1,49.

15. Recubrimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1-6 y 14, en el que el índice de refracción eficaz de la superficie de la capa superior está comprendido entre 1,25 y 1,45, y en particular entre 1,25 y 1,35.