Material con transmisión óptica variable y dispositivo que comprende dicho material

La presente invención proporciona un material que comprende partículas higroscópicas o delicuescentes encapsuladas en una matriz transparente que pueden o no estar sobre un soporte o sustrato,

al procedimiento de obtención de dicho material y al uso para la fabricación de dispositivos con transmisión óptica variable y controlada.

Material con transmisión óptica variable y dispositivo que comprende dicho material La presente invención se refiere a un material con capacidad de variación de sus propiedades ópticas, su procedimiento de obtención; además de su uso como dispositivo con transmisión óptica variable y controlable.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

En los últimos años se han desarrollado numerosos sistemas para aplicación en ventanas inteligentes o "smart windows" basados en diferentes principios para obtener una ventana de transmisión variable, y que en muchos casos utilizan técnicas muy complicadas y costosas de fabricación, sobre todo cuando se trata de dimensiones grandes para fachada. Algunas de estas técnicas están basadas en el cristal líquido (CL) que es una sustancia que presenta un orden molecular quasi-cristalino en el estado líquido de la materia, estas extraordinarias características confieren a los materiales especiales propiedades ópticas, eléctricas y reológicas que son explotadas en muchos dispositivos, como pantallas y ventanas ópticas (J.W. Doane, Liq. Cr y st. 33 (2006) 1313) . Algunos ejemplos son: la línea de Vidrios Inteligentes bajo la denominación Vitro de Dream Glass S.L. que puede ser accionado con solo pulsar un interruptor facilitando la privacidad deseada fabricados con tecnologia PDLC (Cristal Liquido Disperso en Polímeros o "Polymer Dispersed Liquid Cr y stal, ) (US4688900, US4435047, US4994204) ; las pantallas de Elmont Glass Company Inc. (Garden City Park, N.Y.) y las de Paragon Architectual Products LLC (Scottsdale, Arizona) basadas en la misma tecnología para pantallas que cambian su transmisión entre opaco y transparente en segundos con un interruptor; las ventanas de Research Frontiers Inc. que cambian entre opaco y transparente y cuya tecnología está basada en dispersión de partículas suspendidas (SPD) (US5463491 y US6301040) que varían su índice de refracción al aplicar corriente eléctrica, ya que se ordenan dichas partículas aumentando la tansmitancia; el Priva-Lite de Saint-Gobain es otro ejemplo de este fabricante de ventanas con privacidad, basadas en la misma tecnologia PDLC; otro ejemplo del fabricante Scienstr y , Inc. esta basado en NPD-LCD (No homogeneo PDLC) muy similar a la anterior. Como invenciones similares, los vidrios GDLC (Gel-glass Dispersed Liquid Cr y stal) son dispositivos electroópticos para sistemas y ventanas de transmisión variable basados en la microencapsulación y dispersión de cristal líquido (LC) en recubrimientos o capas de vidrio mediante el proceso Sol-Gel, que han sido descritos en la patente ES2137065. Al igual que los PDLCs, los dispositivos electroópticos GDLCs dispersan fuertemente la luz en el estado de reposo (OFF) , volviéndose más transparentes cuando se les aplica un campo eléctrico externo (estado ON) (D. Levy, C.J. Serna and J.M. Otón, Mater. Letters, 10 (9, 10) , 1991: 470-476) ; (J.M. Otón, A. Serrano, C.J. Serna and D. Levy, Liquid Cr y stals, 10 (5) , 1991: 733-739) ; (M. Zayat y D. Levy, Chemistr y of Materials (2003) 15 (11) , 2122-2128) ; (M. Zayat y D. Levy, Journal of Materials Chemistr y (2005) 15 (35-36) , 3769-3775) .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un material que comprende sustancias higroscópicas y/o delicuescentes encapsuladas en una matriz porosa transparente que puede o no estar depositado sobre un soporte o sustrato, al procedimiento de obtención de dicho material, y además la presente invención describe el uso para la fabricación de dispositivos con transmisión o reflexión óptica variable y controlada.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un material (a partir de ahora material de la invención) , que comprende al menos una matriz porosa transparente y sustancias higroscópicas y/o delicuescentes. Estando dichas sustancias contenidas en el interior de la matriz transparente.

En una realización preferida el material de la invención además comprende un soporte o sustrato. En una realización más preferida el soporte es un vidrio, un polímero o un metal. En otra realización más preferida el soporte es transparente o reflejante.

Por "soporte" en la presente invención se entiende una sustancia inerte que en un proceso proporciona la adecuada superficie de contacto o fija alguno de sus reactivos.

Por "sustrato" en la presente invención se entiende un estrato que subyace a otro y sobre el cual puede influir.

La matriz porosa transparente puede tener un tamaño de poro medio de entre 50 nm y 50 μm.

En una realización preferida la matriz transparente porosa se selecciona de entre orgánica, inorgánica, híbrida orgánicoinorgánica o cualquiera de sus combinaciones.

En una realización más preferida la matriz transparente orgánica es un polímero. Y en una realización aún más preferida el polímero se selecciona de entre poli (metoxietilacrilamida) (PMEA) , poli (metacrilato de hidroxietilo) (PHEMA) , polimetacrilato de metilo (PMMA) , poliestireno (PS) , poli (butilacrilato) (PBuA) , poli (tereftalato de etileno) (PET) , poli (metacrilato de etilo) , poli (vinil butiral) , poli (acrilato de metilo) , poli (vinil formal) , poli (alcohol vinílico) (PVA) , nitrato de celulosa, gelatina, siliconas, Carbopol®, Gantrez® o cualquiera de sus combinaciones. Debido a las posibles combinaciones que los polímeros pueden tener entre sí, pueden estar formando copolímeros o mezclas entre polímeros.

En otra realización más preferida la matriz transparente inorgánica es un vidrio. En una realización aún más preferida el vidrio comprende los óxidos que se seleccionan de entre óxido de silicio, óxido de titanio, óxido de circonio, óxido de aluminio, óxido de germanio, óxido de estaño, óxido de plomo, óxido de boro, óxido de sodio, óxido de potasio, óxido de calcio, óxido de magnesio, óxido de bario, óxido de wolframio, o cualquiera de sus combinaciones.

En otra realización más preferida la matriz transparente híbrida orgánico-inorgánica es sílice modificada orgánicamente. Y en una realización aún más preferida la sílice modificada orgánicamente se selecciona de entre alquil sílice, aril sílice o cualquiera de sus combinaciones.

El término "alquil" se refiere, en la presente invención, a radicales de cadenas hidrocarbonadas, lineales o ramificadas, que tienen de 1 a 20 átomos de carbono, preferiblemente de 1 a 10, y que se unen al resto de la molécula mediante un enlace sencillo, por ejemplo, metilo, etilo, n-propilo, i-propilo, n-butilo, terc-butilo, sec-butilo, n-pentilo, n-hexilo, etc. Los grupos alquil pueden estar opcionalmente sustituidos por uno o más sustituyentes tales como halógeno, hidroxilo, alcoxilo, carboxilo, carbonilo, ciano, acilo, alcoxicarbonilo, amino, nitro, mercapto y alquiltio.

El término "aril" se refiere en la presente invención a un radical fenilo, naftilo, indenilo, fenantrilo o antracilo, preferiblemente fenilo. El radical aril puede estar opcionalmente sustituido por uno o más sustituyentes tales como alquilo, haloalquilo, aminoalquilo, dialquilamino, hidroxilo, alcoxilo, fenilo, mercapto, halógeno, nitro, ciano y alcoxicarbonilo.

Preferiblemente las sustancias higroscópicas y/o delicuescentes se seleccionan de entre CaCl2, MgCl2, ZnCl2, K2CO3, K3PO4, KOH, NaOH o cualquiera de sus combinaciones. Siendo más preferiblemente el compuesto higroscópico y/o delicuescente CaCl2.

En una realización preferida las sustancias higroscópicas y/o delicuescentes se encuentran formando partículas de un tamaño de entre 50 nm y 200 nm.

Las sustancias higroscópicas y/o delicuescentes se encuentran encapsuladas en la matriz porosa, pudiendo estar tanto en estado sólido (formado partículas) como líquido, disueltas dependiendo del grado humedad (ver figura 1) .

El material de la invención puede ser rígido o flexible, y la matriz resultante no se deteriora al curvarlo o retorcerlo. Esta propiedad va a depender de la matriz y/o del soporte empleado. Esta propiedad permite mejorar sus propiedades mecánicas frente a golpes, torceduras, y por lo tanto su aplicabilidad en substratos no estáticos o superficies curvadas y que requieran flexibilidad, cambios de aspecto o forma.

Preferiblemente el material de la invención además comprende un aditivo, que puede ser cualquier aditivo de los empleados en el campo de los polímeros o de los vidrios conocidos por cualquier experto en la materia. Más preferiblemente el aditivo se selecciona de entre colorantes, plastificantes, estabilizantes,... [Seguir leyendo]

1. Material que comprende al menos una matriz porosa transparente y sustancias higroscópicas y/o delicuescentes.

2. Material según la reivindicación 1, que además comprende un soporte o sustrato.

3. Material según la reivindicación 2, donde el soporte es un vidrio, un polímero o un metal.

4. Material según cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, donde el soporte es transparente o reflejante.

5. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la matriz porosa transparente tiene un tamaño de poro medio de entre 50 nm y 50 μm.

6. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la matriz porosa transparente se selecciona de entre orgánica, inorgánica, híbrida orgánico-inorgánica o cualquiera de sus combinaciones.

7. Material según la reivindicación 6, donde la matriz porosa transparente orgánica es un polímero.

8. Material según la reivindicación 7, donde el polímero se selecciona de entre poli (acrilamida de metoxietilo) (PMEA) , poli (metacrilato de hidroxietilo) (PHEMA) , poli (metacrilato de metilo) (PMMA) , poliestireno (PS) , poli (acrilato de butilo) (PBuA) , poli (tereftalato de etileno) (PET) , poli (metacrilato de etilo) , poli (vinil butiral) , poli (acrilato de metilo) , poli (vinil formal) , poli (vinil alcohol) (PVA) , nitrato de celulosa, gelatina o cualquiera de sus combinaciones.

9. Material según la reivindicación 6, donde la matriz porosa transparente inorgánica es un vidrio.

10. Material según la reivindicación 9, donde el vidrio comprende los óxidos que se seleccionan de entre óxido de silicio, óxido de titanio, óxido de circonio, óxido de aluminio, óxido de germanio, óxido de estaño, óxido de plomo, óxido de boro, óxido de sodio, óxido de potasio, óxido de calcio, óxido de magnesio, óxido de bario, óxido de wolframio o cualquiera de sus combinaciones.

11. Material según la reivindicación 6, donde la matriz porosa transparente híbrida orgánico-inorgánica es sílice modificada orgánicamente.

12. Material según la reivindicación 11, donde la sílice modificada orgánicamente se selecciona de entre alquil sílice, aril sílice o cualquiera de sus combinaciones.

13. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde las sustancias higroscópicas y/o delicuescentes se seleccionan de entre CaCl2, MgCl2, ZnCl2, K2CO3, K3PO4, KOH, NaOH o cualquiera de sus combinaciones.

14. Material según la reivindicación 13, donde las partículas higroscópicas y/o delicuescentes son de CaCl2.

15. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde las sustancias higroscópicas y/o delicuescentes se encuentran formando partículas con un tamaño de entre 50nm y 200nm.

16. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que además comprende un aditivo.

17. Material según la reivindicación 16, donde el aditivo se selecciona de entre colorantes, plastificantes, estabilizantes, retardadores de llama, mejoradores de adherencia, antioxidantes, agentes antiestáticos, agentes de curado, absorbedores UV, reflectantes de IR, biocidas, lubricantes, abrillantadores ópticos, emulgentes, surfactantes o cualquiera de sus combinaciones.

18. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde la relación en peso entre la matriz porosa transparente y las sustancias higroscópicas y/o delicuescentes es de entre 100:1 a 1:10.

19. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la matriz y la porosidad con las sustancias higroscópicas y/o delicuescentes tienen distinto índice de refracción.

20. Uso del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, para la fabricación de un dispositivo.

21. Uso según la reivindicación 20, donde el dispositivo es óptico.

22. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 20 ó 21, donde en el dispositivo adaptado para modular la transparencia mediante un método que se selecciona de entre control de la humedad, temperatura, presión exposición a vapores de sustancias que disuelvan de manera reversible las sustancias higroscópicas, o cualquiera de sus combinaciones.

23. Uso según la reivindicación 22, donde la modulación de la transparencia del dispositivo se realiza mediante el control de la humedad por la aplicación de aire seco o aire húmedo.

24. Procedimiento de obtención del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado por comprender las etapas:

a) mezclado de los formadores de la matriz porosa transparente con las sustancias higroscópicas y/o delicuescentes, o precursoras de las mismas, en un medio líquido, y b) tratamiento térmico del recubrimiento obtenido en (a) a una temperatura de entre 0 y 200ºC.

25. Procedimiento según la reivindicación 24, que además comprende en la etapa (a) la adición del aditivo a la mezcla.

26. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 24 ó 25, donde los formadores de la matriz transparente se seleccionan de entre orgánicos, inorgánicos o cualquiera de sus combinaciones.

27. Procedimiento según la reivindicación 26, donde el formador de la matriz inorgánica se selecciona de entre

alcóxidos, óxidos o sales de silicio, titanio, aluminio, circonio, germanio, estaño, plomo, boro, sodio, potasio, calcio, magnesio, bario, wolframio o cualquiera de sus combinaciones.

28. Procedimiento según la reivindicación 26, donde los formadores orgánicos de la matriz comprenden monómeros que se seleccionan de entre metacrilato de metilo, metoxietilacrilamida, metacrilato de hidroxietilo, metacrilato de etilo, estireno, butilacrilato, tereftalato de etileno, polivinil butiral, polivinil formal, poli (alcohol vinílico) , celulosa, nitrato de celulosa, gelatina o cualquiera de sus combinaciones.

29. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 24 a 28, donde el medio líquido de la etapa (a) es acuoso, un disolvente orgánico o cualquiera de sus combinaciones.

30. Procedimiento según la reivindicación 29, donde el disolvente orgánico es un alcohol C1-C10.

Fig.1

Fig. 2