ES2271131T5 - Superficies autolimpiables por estructuras hidrofobas y procedimiento para su preparacion. - Google Patents
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Abstract
Superficie autolimpiable que se compone de una estructura superficial artificial, al menos en parte hidrófoba, en la que la estructura superficial se forma mediante partículas fijadas a la superficie por medio de un soporte endurecido, caracterizada porque las partículas presentan una superficie BET de 50 a 600 m2/g.
Description
Superficies autolimpiables por estructuras
hidrófobas y procedimiento para su preparación.
La presente invención se refiere a superficies
autolimpiables y a un procedimiento para su preparación.
Los objetos con superficies extremamente
difíciles de humedecer presentan una serie de características
importantes desde el punto de vista económico. En ello, la
característica de mayor importancia económica es el efecto
autolimpiable de las superficies difíciles de humedecer, ya que la
limpieza de superficies requiere mucho tiempo y altos costes. En
general, los mecanismos de adherencia están condicionados por
parámetros de energía interfacial entre las dos superficies en
contacto. Generalmente, los sistemas intentan aquí disminuir su
energía libre interfacial. Si las energías libres interfaciales
entre dos componentes son ya de por sí muy bajas, puede suponerse
en general que la adherencia entre estos dos componentes se acusa
débilmente. En ello es importante la disminución relativa de la
energía libre interfacial. En las asociaciones de dos componentes
con una alta y una baja energía interfacial lo que cuenta, muy
frecuentemente, son las posibilidades de interacciones. Así por
ejemplo, al aplicar agua sobre una superficie hidrófoba, no es
posible producir una disminución apreciable de la energía
interfacial. Esto se reconoce por la mala humectación. El agua
aplicada forma gotas con un ángulo de contacto muy elevado. Los
hidrocarburos perfluorados, por ejemplo, politetrafluoroetileno,
tienen una energía interfacial muy baja. A tales superficies no se
adhiere apenas ningún componente y/o los componentes depositados
sobre tales superficies pueden volver a retirarse muy
fácilmente.
Se conoce el empleo de materiales hidrófobos
como polímeros perfluorados para la preparación de superficies
hidrófobas. Una variante de estas superficies consiste en
estructurarlas en el intervalo de los \mum hasta los nm. El
documento US-PS 5599489 describe un procedimiento
por el que una superficie puede hacerse especialmente repelente
mediante un bombardeo con partículas de un tamaño determinado y una
subsiguiente perfluoración. H. Saito y col. describen otro
procedimiento en "Service Coatings International" 4, 1997, pág.
168 y ss. Aquí se aplican partículas de polímeros fluorados sobre
superficies metálicas, apreciándose una humectabilidad muy
disminuida de las superficies así generadas frente al agua con una
tendencia a la congelación considerablemente reducida.
En los documentos US-PS3354022 y
WO96/04123 se describen otros procedimientos para la disminución de
la humectabilidad de objetos a través de modificaciones topológicas
de las superficies. Aquí se aplican elevaciones y/o depresiones
artificiales con una altura de 5 a 1000 \mum y a una distancia de
aproximadamente 5 a 500 \mum sobre materiales hidrófobos o
hidrofobizados después de la estructuración. Las superficies de este
tipo conducen a una rápida formación de gotas, en que las gotas
deslizantes absorben partículas de suciedad y limpian así la
superficie.
Este principio está tomado de la naturaleza. Las
superficies de contacto pequeñas disminuyen la interacción de Van
der Waals, responsable de la adherencia a superficies lisas con baja
energía interfacial. Por ejemplo, las hojas de la planta de loto
están provistas de elevaciones de una cera que reducen la superficie
de contacto con el agua. El documento WO00/58410 describe las
estructuras y reivindica la formación de las mismas mediante la
pulverización de alcoholes hidrófobos, como
nonacosano-10-ol, o alcanodioles,
como nonacosano-5,10-diol. Aquí es
desventajosa la deficiente estabilidad de las superficies
autolimpiables, ya que los detergentes conducen al desprendimiento
de la estructura.
En el documento DE19917367A1 se describe otro
procedimiento para generar superficies de fácil limpieza. Sin
embargo, los revestimientos basados en condensados que contienen
flúor no son autolimpiables. De hecho, la superficie de contacto
entre el agua y la superficie se reduce, pero no en la medida
suficiente.
El documento EP 1040874 A2 describe el estampado
de microestructuras y reivindica el uso de tales estructuras en
analítica (microfluidica). En estas estructuras es desventajosa la
insuficiente estabilidad mecánica.
En el documento JP 11171592 se describe un
producto repelente de agua y su preparación, en el que la superficie
repelente de suciedad se prepara aplicando una película sobre la
superficie a tratar, que presenta partículas finas de un óxido
metálico y el hidrolizado de un óxido metálico o de un quelato
metálico. Para la fijación de esta película, el sustrato sobre el
que se aplica dicha película debe sinterizarse a temperaturas
superiores a 400ºC. Por lo tanto, el procedimiento sólo puede
emplearse para sustratos estables a temperaturas superiores a
400ºC.
En el documento WO00/39239 se describe un
procedimiento para la preparación de una superficie con propiedades
ultrafobas en el que una (superficie) se recubre con partículas de
Ni(OH)_{2}, dado el caso, se reviste con un
promotor de adhesión y a continuación se provee de un revestimiento
hidrófobo y/o oleofobo.
El objetivo de la presente invención era poner a
disposición superficies de autolimpieza especialmente buena con
estructuras en el intervalo nanométrico así como un procedimiento
sencillo para la preparación de tales superficies
autolimpiables.
Además, era objetivo de la presente invención
proporcionar un procedimiento para la preparación de superficies
autolimpiables, en el que el material recubierto debiera someterse
sólo a pequeños esfuerzos químicos o físicos.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención
una superficie autolimpiable que presenta una estructura
superficial artificial, al menos en parte hidrófoba, de elevaciones
y depresiones, en que las elevaciones y depresiones se forman
mediante partículas fijadas a la superficie por medio de un soporte,
que se caracteriza porque las partículas presentan una estructura
agrietada con elevaciones y/o depresiones en el intervalo
nanométrico.
Asimismo, es objeto de la presente invención un
procedimiento para la preparación de superficies autolimpiables, en
el que se consigue una estructura superficial adecuada, al menos en
parte hidrófoba, mediante la fijación de partículas a una
superficie por medio de un soporte, que se caracteriza porque se
emplean partículas que presentan estructuras agrietadas con
elevaciones y/o depresiones en el intervalo nanométrico.
Mediante el procedimiento según la invención se
hacen accesibles superficies autolimpiables que presentan
partículas con una estructura agrietada. Mediante el uso de
partículas que presentan una estructura agrietada se hacen
accesibles, de una forma sencilla, superficies que están
estructuradas hasta en el intervalo nanométrico. Para obtener esta
estructura en el intervalo nanométrico es necesario que las
partículas no se humedezcan por el soporte con el que se fijan a la
superficie, ya que de lo contrario se perdería la estructura en el
intervalo nanométrico.
Otra ventaja del procedimiento según la
invención consiste en que las superficies sensibles al rayado no se
dañan al aplicar las partículas, por las partículas existentes en el
soporte, ya que al usar los barnices y en la posterior aplicación
de las partículas sobre el soporte, la superficie sensible al rayado
ya se encuentra protegida por el soporte.
A continuación, se designan las sustancias que
se emplean para la fijación de partículas a una superficie como
soportes.
La superficie autolimpiable según la invención,
que presenta una estructura superficial artificial, al menos en
parte hidrófoba, de elevaciones y depresiones, en la que las
elevaciones y depresiones se forman mediante partículas fijadas a
la superficie por medio de un soporte, se caracteriza porque las
partículas presentan una estructura agrietada con elevaciones y/o
depresiones en el intervalo nanométrico. Preferentemente, las
elevaciones presentan por término medio una altura de 20 a 500 nm,
con preferencia especial de 50 a 200 nm. La distancia entre las
elevaciones y/o depresiones en las partículas es preferentemente
inferior a 500 nm, con preferencia muy especial inferior a 200
nm.
Las estructuras agrietadas con elevaciones y/o
depresiones en el intervalo nanométrico pueden formarse por
ejemplo, a través de cavidades, poros, estrías, puntas o dientes.
Las partículas mismas presentan un tamaño medio inferior a 50
\mum, preferentemente inferior a 30 \mum y con preferencia muy
especial inferior a 20 \mum.
Las partículas presentan una superficie BET de
50 a 600 metros cuadrados por gramo. Con preferencia muy especial,
las partículas presentan una superficie BET de 50 a 200
m^{2}/g.
Como partículas formadoras de estructura pueden
emplearse los compuestos más diferentes procedentes de muchas áreas
de la química. Preferentemente las partículas presentan al menos un
material seleccionado entre silicatos, silicatos dopados,
minerales, óxidos metálicos, ácidos silícicos, polímeros y polvos
metálicos recubiertos con ácido silícico. Con preferencia muy
especial, las partículas presentan ácidos silícicos pirogénicos o
ácidos silícicos de precipitación, especialmente aerosiles,
Al_{2}O_{3}, SiO_{2}, TiO_{2}, ZrO_{2}, polvo de cinc
envuelto con Aerosil R 974, preferentemente con un tamaño de
partículas de 1 \mum, o polímeros en forma de polvo, como por
ejemplo politetrafluoroetileno (PTFE) molido criogénicamente o
secado por pulverización, o copolímeros perfluorados y/o
copolímeros con tetrafluoroe-
tileno.
tileno.
Preferentemente, las partículas para la
generación de las superficies autolimpiables presentan, además de
las estructuras agrietadas, también propiedades hidrófobas. Las
partículas mismas pueden ser hidrófobas, como por ejemplo las
partículas que presentan PTFE, o las partículas empleadas pueden
haberse hidrofobizado. La hidrofobización de las partículas puede
llevarse a cabo en una forma conocida por el experto. Partículas
hidrofobizadas típicas son, por ejemplo, polvos muy finos como
Aerosil R 8200 (Degussa AG), que se pueden obtener
comercialmente.
Los ácidos silícicos usados con preferencia
presentan preferentemente una adsorción de ftalato de dibutilo,
según la norma DIN 53601, de entre 100 y 350 ml/100 g, con valores
preferidos entre 250 y 350 ml/100 g.
Las partículas se fijan a la superficie por
medio de un soporte. La superficie autolimpiable se genera mediante
la aplicación de las partículas sobre la superficie en una capa de
alta densidad.
En una forma de realización preferida de la
superficie autolimpiable según la invención, el soporte es un
barniz endurecido por medio de energía térmica y/o lumínica, un
sistema de barniz de dos componentes u otro sistema reactivo de
barniz, en que el endurecimiento tiene lugar preferentemente
mediante polimerización o reticulación. Con preferencia especial,
el barniz endurecido presenta polímeros y/o copolímeros de acrilatos
y/o metacrilatos mono- y/o poliinsaturados. Las relaciones de
mezcla pueden variarse dentro de amplios límites. Asimismo, es
posible que el barniz endurecido presente compuestos con grupos
funcionales como, por ejemplo, grupos hidroxilo, grupos epóxido,
grupos amino, o compuestos fluorados como, por ejemplo, éster
perfluorado de ácido acrílico. Esto es particularmente ventajoso
cuando la compatibilidad del barniz y las partículas hidrófobas,
como por ejemplo Aerosil R 8200, se ajusta entre sí por medio de
amida de ácido
N-[2-(acriloiloxi)-etil]-N-etilperfluorooctano-1-sulfónico.
Como barniz, no sólo pueden emplearse barnices basados en resinas
acrílicas, sino también barnices basados en poliuretano o también
barnices que presentan poliuretanoacrilatos o siliconaacrilatos.
Las superficies autolimpiables según la
invención presentan un ángulo de deslizamiento inferior a 20º, con
preferencia especial inferior a 10º, en que el ángulo de
deslizamiento se define de modo que una gota de agua aplicada desde
una altura de 1 cm sobre una superficie plana que reposa sobre un
plano inclinado se deslice. El ángulo de avance y el ángulo de
retroceso se encuentran por encima de 140º, preferentemente por
encima de 150º y presentan una histéresis inferior a 15º,
preferentemente inferior a 10º. Dado que las superficies según la
invención presentan un ángulo de avance y un ángulo de retroceso por
encima de al menos 140º, preferentemente por encima de 150º, se
hacen accesibles superficies de una autolimpieza especialmente
buena.
Según el sistema de barniz usado y según el
tamaño y el material de las partículas empleadas, puede conseguirse
que las superficies autolimpiables sean semitransparentes.
Especialmente, las superficies según la invención pueden ser
transparentes de contacto, lo que significa que después de preparar
una superficie según la invención sobre un objeto con una
inscripción, esta inscripción, dependiendo del tamaño de la letra,
sigue siendo legible.
Las superficies autolimpiables según la
invención se preparan preferentemente mediante el procedimiento
según la invención para la preparación de dichas superficies. Este
procedimiento según la invención para la preparación de superficies
autolimpiables, en el que se consigue una estructura superficial
adecuada, al menos en parte hidrófoba, mediante la fijación de
partículas a una superficie por medio de un soporte, se caracteriza
porque se emplean partículas que presentan estructuras agrietadas
con elevaciones y/o depresiones en el intervalo nanométrico.
Preferentemente se emplean aquellas partículas
que presentan al menos un material seleccionado entre silicatos,
silicatos dopados, minerales, óxidos metálicos, ácidos silícicos o
polímeros. Con preferencia muy especial, las partículas presentan
silicatos o ácidos silícicos pirogénicos, especialmente aerosiles,
minerales como magadiita, Al_{2}O_{3}, SiO_{2}, TiO_{2},
ZrO_{2}, polvo de cinc envuelto con Aerosil R 974 o polímeros en
forma de polvo, como por ejemplo, politetrafluoroetileno (PTFE)
molido criogénicamente o secado por pulverización.
Se emplean partículas con una superficie BET de
50 a 600 m^{2}/g. Con preferencia muy especial se emplean
partículas que presentan una superficie BET de 50 a 200
m^{2}/g.
Preferentemente, las partículas para la
generación de la superficie autolimpiable presentan, además de las
estructuras agrietadas, también propiedades hidrófobas. Las
partículas mismas pueden ser hidrófobas, como por ejemplo las
partículas que presentan PTFE, o las partículas empleadas pueden
haberse hidrofobizado. La hidrofobización de las partículas puede
llevarse a cabo en una forma conocida por el experto. Partículas
hidrofobizadas típicas son, por ejemplo, polvos muy finos como
Aerosil R 974 y Aerosil R 8200 (Degussa AG), que se pueden obtener
comercialmente.
El procedimiento según la invención presenta
preferentemente las etapas
a) aplicación de una sustancia endurecible como
soporte sobre una superficie,
b) aplicación de partículas que presentan una
superficie BET de 50 a 600 m^{2}/g y estructuras agrietadas sobre
el soporte y
c) fijación de las partículas mediante
endurecimiento del soporte.
La aplicación de la sustancia endurecible puede
tener lugar, por ejemplo, mediante pulverización, rasquetas,
extendido o proyección. Preferentemente la sustancia endurecible se
aplica con un espesor de 1 a 100 \mum, preferentemente con un
espesor de 5 a 50 \mum. Según la viscosidad de la sustancia
endurecible, puede ser ventajoso dejar endurecer y/o secar dicha
sustancia antes de aplicar las partículas. De forma ideal, se
selecciona la viscosidad de la sustancia endurecible de modo que
las partículas aplicadas puedan hundirse, al menos en parte, en la
sustancia endurecible, pero dicha sustancia endurecible y/o las
partículas aplicadas sobre ella ya no se corren cuando la
superficie se coloca en posición vertical.
La aplicación de las partículas puede tener
lugar mediante procedimientos habituales como pulverización o
espolvoreo. Especialmente, la aplicación de las partículas puede
tener lugar mediante pulverización usando una pistola de
pulverización electrostática. Después de la aplicación de las
partículas, puede retirarse el exceso de partículas de la
superficie, es decir, las partículas que no quedan adheridas a la
sustancia endurecible, mediante sacudidas, cepillado o soplado.
Estas partículas pueden recogerse y volverse a emplear.
Como sustancia endurecible puede emplearse como
soporte un barniz que presente al menos mezclas de acrilatos y/o
metacrilatos mono- y/o poliinsaturados. Las relaciones de mezcla
pueden variarse dentro de amplios límites. Con preferencia especial
se emplea un barniz endurecible por medio de energía térmica o
química y/o energía lumínica.
Como sustancia endurecible se selecciona un
barniz o sistema de barniz que presenta propiedades hidrófobas
cuando las partículas empleadas presentan propiedades hidrófobas. A
la inversa, se selecciona como sustancia endurecible un barniz que
presenta propiedades hidrófilas, cuando las partículas empleadas
presentan propiedades hidrófilas.
Puede ser ventajoso que las mezclas empleadas
como barnices presenten compuestos con grupos funcionales como, por
ejemplo, grupos hidroxilo, grupos epóxido, grupos amino, o
compuestos fluorados como, por ejemplo, éster perfluorado de ácido
acrílico. Esto es especialmente ventajoso cuando la compatibilidad
(respecto a las propiedades hidrófobas) del barniz y las partículas
hidrófobas, como por ejemplo Aerosil VPR 411, se ajusta entre sí por
medio de amida de ácido
N-[2-(acriloiloxi)-etil]-N-etilperfluorooctano-1-sulfónico.
Como sustancias endurecibles pueden emplearse, no sólo barnices
basados en resinas acrílicas, sino también barnices basados en
poliuretano, o también poliuretanoacrilatos o siliconaacrilatos.
Asimismo pueden emplearse como sustancias endurecibles sistemas de
barnices de dos componentes u otros sistemas reactivos de
barnices.
La fijación de las partículas al soporte tiene
lugar mediante el endurecimiento de dicho soporte, en lo que dicho
endurecimiento, dependiendo del sistema de barniz usado, tiene lugar
preferentemente mediante energía térmica y/o química y/o energía
lumínica. El endurecimiento del soporte, desencadenado mediante
energía química o térmica y/o energía lumínica, puede tener lugar,
por ejemplo, mediante polimerización o reticulación de los
componentes del barniz y/o del sistema de barniz. Con preferencia
especial, el endurecimiento del soporte tiene lugar mediante
energía lumínica y, con preferencia muy especial, la polimerización
del soporte tiene lugar mediante la luz de una lámpara de Hg a
media presión en el intervalo UV. Preferentemente el endurecimiento
del soporte tiene lugar en una atmósfera de gas inerte, con
preferencia muy especial en una atmósfera de nitrógeno.
Según el espesor de la sustancia endurecible
aplicada y el diámetro de las partículas usadas, puede ser necesario
limitar el tiempo que transcurre entre la aplicación de las
partículas y el endurecimiento de la sustancia endurecible, para
evitar la inmersión completa de las partículas en la sustancia
endurecible. Preferentemente la sustancia endurecible se endurece
en un espacio de tiempo de 0,1 a 10 minutos, preferentemente de 1 a
5 minutos después de aplicar las partículas.
En la realización del procedimiento según la
invención puede ser ventajoso emplear partículas que presentan
propiedades hidrófobas y/o presentan propiedades hidrófobas por un
tratamiento con al menos un compuesto del grupo de los
alquilsilanos, alquildisilazanos o perfluoroalquilsilanos. La
hidrofobización de partículas es conocida y puede consultarse, por
ejemplo, en la serie de publicaciones "Pigmente", número 18, de
la empresa Degussa AG.
Puede ser asimismo ventajoso dotar a las
partículas de propiedades hidrófobas después de fijarlas sobre el
soporte. Esto puede tener lugar, por ejemplo, de modo que las
partículas de la superficie tratada se dotan de propiedades
hidrófobas mediante un tratamiento con al menos un compuesto del
grupo de los alquilsilanos, de los perfluoroalquilsilanos que, por
ejemplo, se pueden adquirir de la empresa Sivento GmbH.
Preferentemente el tratamiento tiene lugar de modo que la
superficie que presenta las partículas que deben hidrofobizarse se
sumerge en una disolución que presenta un reactivo de
hidrofobización como, por ejemplo, alquilsilano, el exceso de
reactivo de hidrofobización se deja escurrir y la superficie se
templa a una temperatura lo más alta posible. La temperatura máxima
aplicable está limitada por las temperaturas de reblandecimiento del
soporte o del sustrato.
El procedimiento según la invención, según al
menos una de las reivindicaciones 8 a 17, puede usarse de forma
excelente para la preparación de superficies autolimpiables sobre
objetos planares y no planares, especialmente sobre objetos no
planares. Esto sólo es posible de forma limitada con los
procedimientos convencionales. Las estructuras no planares, como
por ejemplo esculturas, no son accesibles o lo son de forma muy
limitada, especialmente con procedimientos en los que se aplican
películas prefabricadas sobre una superficie o en procedimientos en
los que se deba preparar una estructura mediante estampado.
Naturalmente, el procedimiento según la invención puede usarse
también para la preparación de superficies autolimpiables sobre
objetos con superficies planares, como por ejemplo invernaderos o
medios de transporte públicos. Especialmente, la aplicación del
procedimiento según la invención para la preparación de superficies
autolimpiables en invernaderos presenta ventajas, ya que con el
procedimiento pueden prepararse superficies autolimpiables, por
ejemplo, también sobre materiales transparentes como cristal o
Plexiglas®, y la superficie autolimpiable puede formarse al menos
con tal transparencia que, a través de una superficie transparente
provista de una superficie autolimpiable puede pasar la suficiente
luz solar para el crecimiento de las plantas en el invernadero. En
contraste con los invernaderos convencionales, que deben limpiarse
regularmente de hojas, polvo, cal y material biológico, como por
ejemplo algas, los invernaderos que presentan una superficie según
la invención, según una de las reivindicaciones 1 a 7, pueden
funcionar con intervalos de limpieza más largos.
El procedimiento según la invención puede usarse
también para la preparación de superficies autolimpiables sobre
superficies de objetos que no son rígidas, como por ejemplo,
sombrillas u otras superficies que se mantienen flexibles. Con
preferencia muy especial, el procedimiento según la invención, según
al menos una de las reivindicaciones 8 a 17, puede usarse para la
preparación de superficies autolimpiables sobre paredes flexibles o
inflexibles en el área sanitaria. Tales paredes pueden ser, por
ejemplo, paredes de separación en servicios públicos, paredes de
cabinas de ducha, piscinas o saunas, pero también cortinas de ducha
(pared flexible).
En las Figuras 1 y 2 se reproducen fotografías
de microscopio electrónico de barrido (MEB) de partículas empleadas
para la formación de estructuras.
La Figura 1 muestra una fotografía MEB del óxido
de aluminio C (Degussa AG).
La Figura 2 muestra una fotografía MEB de la
superficie de partículas del ácido silícico Sipernat FK 350
(Degussa AG) sobre un soporte.
Los siguientes ejemplos deberán ilustrar en más
detalle las superficies y/o el procedimiento para la preparación de
las superficies según la invención, sin que la invención deba
limitarse a estas formas de realización.
Ejemplo
1
Se mezclaron entre sí 20% en peso de metacrilato
de metilo, 20% en peso de tetraacrilato de pentaeritritol y 60% en
peso de dimetacrilato de hexanodiol. Respecto a esta mezcla se
añadió 14% en peso de Plex 4092 F, un copolímero acrílico de la
empresa Röhm GmbH, y 2% en peso del endurecedor de UV Darokur 1173,
y se agitó durante al menos 60 minutos. Esta mezcla se aplicó como
soporte con un espesor de 50 \mum sobre una placa de PMMA de un
grueso de 2 mm. La capa se secó durante 5 minutos. A continuación,
como partículas se pulverizó el ácido silícico pirogénico hidrófobo
Aerosil VPR 411 (Degussa AG), por medio de una pistola de
pulverización electrostática. Después de 3 minutos el soporte se
endureció a una longitud de onda de 308 nm bajo nitrógeno. Después
del endurecimiento del soporte se cepilló el exceso de Aerosil VPR
411. La caracterización de la superficie se realizó inicialmente de
forma visual y se protocolizó con +++. Con +++ se indica que las
gotas de agua se forman casi completamente. El ángulo de
deslizamiento fue de 2,4º. Se midieron ángulos de avance y de
retroceso mayores en cada caso de 150º. La histéresis
correspondiente es inferior a 10º.
Ejemplo
2
Se repitió el experimento del ejemplo 1,
pulverizando electrostáticamente partículas de óxido de aluminio C
(Degussa AG), un óxido de aluminio con una superficie BET de 100
m^{2}/g. Después del endurecimiento del soporte según el ejemplo
1 y del cepillado del exceso de partículas, la placa dura y
cepillada se sumergió para su hidrofobización en una formulación de
tridecafluorooctiltrietoxisilano en etanol (Dynasilan 8262, Sivento
GmbH). Después de dejar escurrir el exceso de Dynasilan 8262, la
placa se templó a una temperatura de 80ºC. La superficie se
clasificó con ++, es decir, la formación de gotas de agua no es
ideal, el ángulo de deslizamiento es inferior a 20º.
Ejemplo
3
Sobre la placa tratada con el soporte del
ejemplo 1 se esparce el ácido silícico Sipernat 350 de la empresa
Degussa AG. Después de un tiempo de penetración de 5 minutos, la
placa se endurece bajo nitrógeno con luz UV a 308 nm. El exceso de
partículas se cepilla de nuevo y la placa se sumerge a continuación
de nuevo en Dynasilan 8262 y después se templa. La superficie se
clasifica con +++.
Ejemplo
4
Se repite el experimento del ejemplo 1, pero en
lugar de Aerosil VPR 411 se emplea Aerosil R 8200 (Degussa AG), que
presenta una superficie BET de 200 \pm 25 m^{2}/g. La evaluación
de la superficie es +++. El ángulo de deslizamiento se determinó
como 1,3º. Se midieron además los ángulos de avance y retroceso, que
fueron en cada caso mayores de 150º. La histéresis correspondiente
es inferior a 10º.
Ejemplo
5
Al barniz del ejemplo 1, ya mezclado con el
endurecedor de UV, se añadió además el 10% en peso (respecto al
peso total de la mezcla de barniz) de acrilato de
2-(N-etilperfluorooctanosulfonamido)etilo.
También esta mezcla volvió a agitarse durante al menos 60 minutos.
La mezcla se aplicó como soporte con un espesor de 50 \mum sobre
una placa de PMMA de 2 mm de grosor. La capa se secó durante 5
minutos. A continuación, como partículas se pulverizó el ácido
silícico pirogénico hidrófobo Aerosil VPR 411 (Degussa AG), por
medio de una pistola de pulverización electrostática. Después de 3
minutos el soporte se endureció a una longitud de onda de 308 nm
bajo nitrógeno. Después del endurecimiento del soporte se cepilló el
exceso de Aerosil VPR 411. La caracterización de la superficie se
realizó inicialmente de forma visual y se protocolizó con +++. Con
+++ se indica que las gotas de agua se forman casi completamente. El
ángulo de deslizamiento fue de 0,5º. Se midieron ángulos de avance
y de retroceso mayores en cada caso de 150º. La histéresis
correspondiente es inferior a 10º.
Ejemplo de comparación
1
Sobre el soporte seco del ejemplo 1, aplicado
con un espesor de 200 \mum se aplica por medio de rasquetas una
suspensión del 10% en peso del ácido silícico pirogénico secado por
pulverización, Aeroperl 90/30 de la empresa Degussa AG, un ácido
silícico con una superficie BET de 90 m^{2}/g, en etanol. Después
del endurecimiento con luz UV y un tratamiento con el agente de
hidrofobización Dynasilan 8262, la superficie se evalúa sólo con +,
es decir, las gotas se forman mal y quedan adheridas a la superficie
hasta un elevado ángulo de inclinación.
El mal efecto de limpieza se debe atribuir al
cubrimiento de las estructuras agrietadas. Esto tiene lugar
probablemente por la disolución de monómeros del sistema de barniz
aún no endurecido en etanol. Antes del endurecimiento se evapora el
etanol y los monómeros permanecen en las estructuras agrietadas, en
las que también se endurecen durante el proceso de endurecimiento,
con lo que las estructuras agrietadas quedan cubiertas y/o
rellenas. De esta manera empeora considerablemente el efecto de
autolimpieza.
Claims (19)
1. Superficie autolimpiable que se compone de
una estructura superficial artificial, al menos en parte hidrófoba,
en la que la estructura superficial se forma mediante partículas
fijadas a la superficie por medio de un soporte endurecido,
caracterizada porque las partículas presentan una estructura
fisurada con elevaciones y/o depresiones en el intervalo de
nanómetros formada por cavidades, poros, muescas, picos y/o dientes
y una superficie BET de 50 a 600 m^{2}/g.
2. Superficie autolimpiable según la
reivindicación 1, caracterizada porque el soporte es un
barniz endurecido por medio de energía térmica o química o energía
lumínica.
3. Superficie autolimpiable según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque el barniz
endurecido presenta mezclas de acrilatos y/o metacrilatos mono- y/o
poliinsaturados o poliuretano.
4. Superficie autolimpiable según al menos una
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque las
partículas presentan un tamaño medio inferior a 50 \mum.
5. Superficie autolimpiable según la
reivindicación 4, caracterizada porque las partículas
presentan un tamaño medio inferior a 30 \mum.
6. Superficie autolimpiable según al menos una
de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque las
partículas se seleccionan de al menos un material seleccionado
entre silicatos, silicatos dopados, minerales, óxidos metálicos,
ácidos silícicos, polímeros y polvos metálicos.
7. Superficie autolimpiable según la
reivindicación 6, caracterizada porque las partículas
presentan propiedades hidrófobas.
8. Procedimiento para la preparación de
superficies autolimpiables, en el que se consigue una estructura
superficial adecuada, al menos en parte hidrófoba, mediante la
fijación de partículas a una superficie por medio de un soporte,
caracterizado porque se compone de las etapas
a) aplicación de una sustancia endurecible como
soporte sobre una superficie,
b) aplicación de partículas que presentan
estructuras fisuradas con elevaciones y/o depresiones en el
intervalo de nanómetros formadas por cavidades, poros, muescas,
picos y/o dientes y una superficie BET de 50 a 600 m^{2}/g, sobre
el soporte y
c) fijación de las partículas mediante
endurecimiento del soporte.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque se emplean partículas que presentan al
menos un material seleccionado entre silicatos, silicatos dopados,
minerales, óxidos metálicos, ácidos silícicos, polvos metálicos o
polímeros.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque el endurecimiento del soporte tiene
lugar mediante energía térmica o química y/o energía lumínica.
11. Procedimiento según la reivindicación 9 ó
10, caracterizado porque como sustancia endurecible se emplea
un barniz que presenta al menos mezclas de acrilatos y/o
metacrilatos mono- y/o poliinsaturados y/o poliuretanos y/o
siliconaacrilatos y/o uretanoacrilatos.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque como sustancia endurecible se selecciona
un barniz que presenta propiedades hidrófobas cuando las partículas
empleadas presentan propiedades hidrófobas, y como sustancia
endurecible se selecciona un barniz que presenta propiedades
hidrófilas, cuando las partículas empleadas presentan propiedades
hidrófilas.
13. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque se emplean
partículas que presentan propiedades hidrófobas.
14. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque se emplean
partículas que presentan propiedades hidrófobas por un tratamiento
con al menos un compuesto del grupo de los alquilsilanos,
perfluoroalquilsilanos o alquildisilazanos.
15. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 8 a 14, caracterizado porque las partículas
se dotan de propiedades hidrófobas después de su fijación al
soporte.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque las partículas se dotan de propiedades
hidrófobas mediante un tratamiento con al menos un compuesto del
grupo de los alquilsilanos, perfluoroalquilsilanos o
alquildisilazanos.
17. Uso del procedimiento según al menos una de
las reivindicaciones 8 a 16, para la preparación de superficies
autolimpiables sobre objetos planares o no planares.
18. Uso del procedimiento según al menos una de
las reivindicaciones 8 a 16, para la preparación de superficies
autolimpiables sobre superficies de objetos que no son rígidas.
19. Uso del procedimiento según al menos una de
las reivindicaciones 8 a 16, para la preparación de superficies
autolimpiables sobre paredes flexibles o inflexibles en el área
sanitaria.
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