SUPERFICIES DE POLÍMEROS HIDRÓFOBOS FLUORADOS.

Superficie de polímero hidrófobo que contiene al menos un homo- o un copolímero que presenta al menos un grupo arilo fluorosustituido,

donde • la superficie de polímero se produce mediante el método de electrohilatura (electrospinning), • la superficie de polímero está compuesto por partículas o por partículas unidas por fibras y • la superficie presenta en agua un ángulo de contacto de al menos 160º

Superficies de polímeros hidrófobos fluorados.

La presente invención se refiere a una superficie de polímero hidrófobo, en particular a una superficie de polímero superhidrófobo, que contiene al menos un homo- o un copolímero, a un método para la producción de superficies de polímeros de este tipo y su uso.

Superficies de este tipo se utilizan para una multitud de aplicaciones, por ejemplo, para dotar a textiles o fachadas de características repelentes al agua y/o para impedir con eficacia que se adhieran, por ejemplo, partículas de suciedad, alimentos, microorganismos, colores, tintas, resinas o plásticos a dichas superficies. Además, las superficies hidrófobas son también ventajosas en dispositivos para la conservación y el manejo de líquidos, en particular, de líquidos acuosos, porque con ellas es posible vaciar completamente los correspondientes dispositivos.

Una unidad de medida física de la hidrofobicidad de una superficie es el ángulo de contacto. En el caso de un ángulo de contacto de 0º, el agua forma en la superficie del sólido una película monomolecular, mientras que en el caso de un ángulo de contacto de 180º, una gota de agua está solo en un punto en contacto con la superficie del sólido. Por hidrófobas, el experto en la materia entiende superficies que presentan un ángulo de contacto superior a los 90º, mientras que, por el contrario, superficies con un ángulo de contacto inferior o igual a los 90º se denominan hidrofílicas. Superficies hidrófobas con un ángulo de contacto superior o igual a los 160º también se denominan superhidrófobas.

Se sabe que la topografía microscópica de una superficie tiene una influencia significante sobre su hidrofilicidad/hidrofobicidad. Superficies ásperas, por ejemplo, presentan un ángulo de contacto superior al de superficies lisas de la misma composición. Vistas al microscopio, todas las superficies presentan depresiones y elevaciones, que, según el tipo de superficie observada, tienen diferente profundidad o altura. Si la diferencia entre, por un lado, el punto más bajo de una depresión o el punto más alto de una elevación y por otro lado, la altura media de la superficie, es inferior a 0,4 μm, el experto en la materia denomina esta superficie lisa. Si la diferencia mencionada, sin embargo, es superior o igual a 0,4 μm o superior a 10 μm, se trata, respectivamente, de una superficie micro-áspera o de una superficie áspera. Esta influencia se explota en una multitud de superficies hidrófobas conocidas.

De EP 0 772 514 B1 se conocen superficies hidrófobas autolimpiadoras de objetos que presentan una estructura de superficie artificial de elevaciones y depresiones donde la distancia entre las elevaciones es de 5 a 200 μm y la altura de las elevaciones, de 5 a 100 μm, y donde al menos las elevaciones consisten en polímeros hidrófobos y las elevaciones no se pueden desprender ni con agua ni con detergentes. Para producir esas estructuras de superficie, se propone, por ejemplo, untar una superficie lisa de plástico con pegamento y recubrirla posteriormente con un polvo de teflón. Una desventaja de este método es, sin embargo, que es complicado y, en particular, que no se puede llevar a cabo de manera reproducible.

En DE 100 62 203 A1 se revela un método para la acuñación de polímeros hidrófobos con troqueles de metal o con cilindros de acuñación para gofrar estructuras en la superficie de polímero con una altura de 50 nm a 1.000 μm y una distancia entre las estructuras de 50 nm a 500 μm, en el cual los troqueles o los cilindros de acuñación se hidrofobizan, por ejemplo, con fluoro-organosilanos antes del primer proceso de acuñación.

De DE 101 29 116 A1 se conocen fibras de polímero hidrófobas con características autolimpiadoras que presentan en la superficie partículas con un diámetro medio de 20 nm a 100 μm, donde las partículas tienen en su superficie preferiblemente estructuras finas irregulares en la escala nanométrica. Las partículas que hay que introducir presentan características hidrófobas o son tratadas, antes o después de ser colocadas en la superficie de polímero, con compuestos hidrófobos que se han seleccionado preferiblemente del grupo que consiste en alquilo-silanos, fluoroalquilo-silanos y disilazanos.

Además, en DE 102 10 668 A1 se describen dispositivos producidos mediante el método de moldeo por inyección que presentan en su superficie un conjunto fijamente amarrado de micropartículas hidrófobas, que tienen preferiblemente elevaciones de una altura media de 20 nm a 25 μm y una distancia media de 20 nm a 25 μm. Las micropartículas se colocan antes del moldeo por inyección en el molde para la inyección y durante el posterior moldeo por inyección se adaptan a la superficie del cuerpo de moldeo. La colocación de las micropartículas se realiza aplicando una suspensión de partículas y disolvente o de un aerosol que contiene partículas y gas propulsor al molde para el moldeo por inyección y evaporando posteriormente el disolvente.

Además, se conoce de DE 102 54 718 A1 un material compuesto autolimpiador que se basa en un sustrato dotado de una multitud de aberturas con un recubrimiento inorgánico poroso que se encuentra en y sobre este sustrato, donde las superficies interiores y/o exteriores del material compuesto presentan, al menos en parte, una estructura de elevaciones, que están formadas por micropartículas hidrófobas, con una altura media de las elevaciones de 1 nm a 100 μm y una distancia media entre las elevaciones de 1 nm a 100 μm. Para ello, las partículas pueden opcionalmente estar dotadas de características hidrófobas, mediante tratamiento con al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en alquilo-silanos, fluoroalquilo-silanos y disilazanos. La fijación de las partículas en el material compuesto se realiza calentándolas a una temperatura de 100ºC a 400ºC.

Una desventaja de las superficies anteriormente mencionadas es su complicada y parcialmente irreproducible producibilidad. Además, estas presentan en parte una hidrofobicidad muy limitada.

Lei Jiang, Yong Zhao y Jin Zhai informan en "A Lotus-Leaf-like Superhydrophobic Surface: A Porous Microsphere/Nanofiber Composite Film Prepared by Electrohydrodynamics", Angew. Chem. Int. Ed. 2004, p. 4338-4341 sobre la producción de compuestos hidrófobos de nanofibras y beads mediante la electrohilatura de una solución del 6 al 10% en peso de poliestireno en dimetilformamida. Los compuestos obtenidos con este método presentan en agua un ángulo de contacto de aproximadamente 160º, con microesferas y nanofibras distribuidas densamente por todo el sustrato formado, con casi todas las nanofibras entrelazadas en una red tridimensional estable y con las microesferas encajadas en esta red. Las microesferas tienen un tamaño de 3 μm a 7 μm y las microfibras, un tamaño de 60 μm a 140 μm. El texto anteriormente mencionado explica que la morfología de los compuestos depende de la concentración de la solución hilada. Mientras que una alta concentración de polímero en la solución de hilatura del 20 al 30% en peso provoca la formación de fibras ultrafinas con una escasa hidrofobicidad, una solución de hilatura diluida con una concentración de polímero del 2 al 3% en peso lleva a la formación de micropartículas que, sin embargo, debido a su escasa densidad, no se fijan a una superficie de sustrato y por lo tanto, son inapropiadas para una superficie de polímero. La formación de los compuestos hidrófobos descritos representa, por lo tanto, un estado intermedio entre las dos condiciones mencionadas anteriormente y se realiza solo con una concentración de polímero del 6 al 10% en peso en la solución de hilatura. Una desventaja de este método radica en la escasa hidrofobicidad del material polimérico utilizado, a saber, el poliestireno, de tal manera que solo se obtienen compuestos con una hidrofobicidad satisfactoria al formar correspondientemente la superficie del compuesto.

US 2004/0192833 A1 prevé que una superficie de polímero hidrófobo consiste, entre otros, en polímeros que pueden contener grupos laterales aromáticos parcialmente fluorados o perfluorados. Esta superficie de polímero no es, sin embargo, superhidrófoba y, por lo tanto, tampoco presenta ningún efecto Lotus.

US 2002/192385 A1 prevé que una superficie de polímero hidrófobo contiene fluoroalquilos o fluorosilanos. Además, se revelan superficies de polímero con una superficie áspera. El ángulo de contacto de estas superficies...

1. Superficie de polímero hidrófobo que contiene al menos un homo- o un copolímero que presenta al menos un grupo arilo fluorosustituido, donde

• la superficie de polímero se produce mediante el método de electrohilatura (electrospinning),

• la superficie de polímero está compuesto por partículas o por partículas unidas por fibras y

• la superficie presenta en agua un ángulo de contacto de al menos 160º.

2. Superficie de polímero según la reivindicación 1, donde el -al menos un- grupo arilo fluorosustituido es un grupo mono-, di-, tri-, tetra o pentafluorofenil.

3. Superficie de polímero según la reivindicación 1 o 2, donde el -al menos un- grupo arilo fluorosustituido es un grupo 2,3,4,5,6-pentafluorofenil, 2-fluorofenil, 3-fluorofenil o 4-fluorofenil.

4. Superficie de polímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el -al menos un- grupo arilo fluorosustituido está unido mediante un grupo espaciador, preferiblemente mediante un grupo alquilo C₁-C₂₀, más preferiblemente mediante un grupo alquilo C₁-C₅, y aún más preferiblemente mediante un grupo de metileno o de etileno, o lo más preferiblemente, está unido directamente a la cadena principal del polímero de forma covalente.

5. Superficie de polímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el -al menos un- homo- o copolímero comprende al menos un 10% en moles, preferiblemente al menos un 20% en moles, más preferiblemente al menos un 30% en moles y aún mas preferiblemente un 30 a un 70% en moles de grupos arilos fluorosustituidos.

6. Superficie de polímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el -al menos un- homopolímero es un polímero seleccionado del grupo que consiste en poli-2,3,4,5,6-pentafluoroestireno, poli-2-fluoroestireno, poli-3-fluoroestireno, poli-4-fluoroestireno, F5-PPX, así como homopolímeros de compuestos 2-fluoroaril-/3-fluoroaril-/4-fluoroaril-/ y 2,3,4,5,6-pentafluoroaril-sustituidos.

7. Superficie de polímero según una de las reivindicaciones 1 a 6, donde el -al menos un- copolímero consta de un monómero seleccionado del grupo que consiste en 2,3,4,5,6-pentafluoroestireno, 2-fluoroestireno, 3-fluoroestireno, 4-fluoroestireno, F5-PPX y combinaciones de los mismos y de un monómero seleccionado del grupo que consiste en estireno, derivados de estireno sustituido, 5,6-benzo-2-metileno-1,3-dioxepano, metacrilato de metilo, N-fenilmaleimida y combinaciones de los mismos.

8. Superficie de polímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el -al menos un- homo- o copolímero presenta un peso molecular medio en peso de 1.000 a 2.000.000 g/mol, preferiblemente de 10.000 a 1.000.000 g/mol y aún más preferiblemente de 50.000 a 300.000 g/mol.

9. Superficie de polímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las partículas de la superficie de polímero presentan un diámetro medio inferior a 3 μm, preferiblemente de entre 1 nm y 2 μm y aún más preferiblemente de entre 500 nm y 1 μm.

10. Superficie de polímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la superficie presenta un ángulo de caída de un máximo de 50º, preferiblemente de un máximo de 40º y más preferiblemente de 0º.

11. Método para la producción de una superficie de polímero según una de las reivindicaciones 1 a 10, donde se electrohila una solución que contiene al menos un homo- o copolímero que presenta al menos una cadena lateral que comprende al menos un grupo arilo fluorosustituido.

12. Método según la reivindicación 11, donde una solución del -al menos un- homo- o copolímero se electrohila en un disolvente seleccionado del grupo que consiste en tetrahidrofurano, dimetilformamida, triclorometano y combinaciones de los mismos y preferiblemente en una mezcla de tetrahidrofurano y dimetilformamida.

13. Método según la reivindicación 12, donde la solución contiene del 0,5 al 20% en peso, preferiblemente del 1 al 10% en peso, más preferiblemente del 1 al 5% en peso y aún más preferiblemente el 2% de homo- o copolímero.

Utilización de una superficie de polímero hidrófobo según una de las reivindicaciones 1 a 10 como recubrimiento repelente al agua, en particular, en alfombras, hilos de coser, cuerdas, tapices murales, textiles, papeles de pared, prendas de vestir, carpas, cortinas decorativas, telones de teatro, costuras, puntas de pipetas, ampollas, jeringas y otros recipientes para productos biológicos y farmaceúticos y/o como recubrimiento antimicrobiano y/o bacteriofobo.