BR102020022934A2

BR102020022934A2 - Equipment and process for hydrophobizing porous surfaces by physical steam deposition

Info

Publication number: BR102020022934A2
Application number: BR102020022934-6A
Authority: BR
Inventors: Luiz Carlos De Lima; Rafael Santos Da Cruz Paula
Original assignee: Rafael Santos Da Cruz Paula (Fhr Coating)
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2022-05-24

Abstract

A presente invenção trata da produção de superfícies porosas hidrofóbicas por método de deposição física a vapor. Tais superfícies porosas podem ser quaisquer uma dentre papel, tecido sintético, tecido natural, algodão, polímeros. Mais especificamente, a presente invenção trata da hidrofobização de superfícies porosas respiráveis com aplicação de grafeno, com capacidade antiviral, para aplicação em equipamento de segurança pessoal na área médica, como máscaras, jalecos e luvas. O processo de hidrofobização é realizado a partir da deposição de filmes aplicados sobre o substrato (superfície porosa) por meio da técnica de "magnetron sputtering". O processo de produção utiliza um sistema automatizado para, a partir de pelo menos dois alvos iguais ou distintos, realizar a deposição do filme sobre o substrato (superfície porosa), no caso específico enrolado em bobinas, obtendo-se superfícies porosas hidrofobizadas nanoestruturadas, de alta eficiência de troca gasosa e elevada capacidade de impermeabilização.

The present invention deals with the production of hydrophobic porous surfaces by physical vapor deposition method. Such porous surfaces can be any of paper, synthetic fabric, natural fabric, cotton, polymers. More specifically, the present invention deals with the hydrophobization of breathable porous surfaces with the application of graphene, with antiviral capacity, for application in personal safety equipment in the medical field, such as masks, lab coats and gloves. The hydrophobization process is carried out from the deposition of films applied on the substrate (porous surface) using the "magnetron sputtering" technique. The production process uses an automated system to, from at least two identical or different targets, carry out the deposition of the film on the substrate (porous surface), in the specific case wound in coils, obtaining nanostructured hydrophobized porous surfaces, of high gas exchange efficiency and high waterproofing capacity.

Description

EQUIPMENT AND PROCESS FOR HYDROPHOBIZATION OF POROUS SURFACES BY PHYSICAL STEAM DEPOSITION

FIELD OF THE INVENTION

[001] A presente invenção trata da produção de superfícies porosas hidrofóbicas por método de deposição física a vapor. Tais superfícies porosas podem ser quaisquer uma dentre papel, tecido sintético, tecido natural, algodão, polímeros. Mais especificamente, a presente invenção trata da hidrofobização de superfícies porosas respiráveis com aplicação de grafeno, com capacidade antiviral, para aplicação em equipamento de segurança pessoal na área médica, como máscaras, jalecos e luvas. O processo de hidrofobização é realizado a partir da deposição de filmes aplicados sobre o substrato (superfície porosa) por meio da técnica de "magnetron sputtering". O processo de produção utiliza um sistema automatizado para, a partir de pelo menos dois alvos iguais ou distintos, realizar a deposição do filme sobre o substrato (superfície porosa), no caso específico enrolado em bobinas, obtendo-se superfícies porosas hidrofobizadas nanoestruturadas, de alta eficiência de troca gasosa e elevada capacidade de impermeabilização.[001] The present invention deals with the production of hydrophobic porous surfaces by physical vapor deposition method. Such porous surfaces can be any of paper, synthetic fabric, natural fabric, cotton, polymers. More specifically, the present invention deals with the hydrophobization of breathable porous surfaces with the application of graphene, with antiviral capacity, for application in personal safety equipment in the medical field, such as masks, lab coats and gloves. The hydrophobization process is carried out from the deposition of films applied on the substrate (porous surface) using the "magnetron sputtering" technique. The production process uses an automated system to, from at least two identical or different targets, carry out the deposition of the film on the substrate (porous surface), in the specific case wound in coils, obtaining nanostructured hydrophobized porous surfaces, of high gas exchange efficiency and high waterproofing capacity.

TECHNICAL STATUS DESCRIPTION

[002] O documento de patente US10589316 traz um processo de revestimento de um substrato, sendo este revestimento do tipo "cobertura impermeável". O procedimento utilizado em US10589316 envolve a cobertura do substrato om um alcoxissilano ou precursor de óxido metálico e, opcionalmente, a cobertura do substrato com um agente químico hidrofóbico e/ou um agente químico que crie uma superfície com características micro/nanoscópicas. O processo de cobertura de substratos flexíveis (Figura 5-a de US10589316) é realizado em um processo roll to roll em um ambiente controlado, em que o substrato não-tratado é disposto em um rolo à esquerda, suspenso acima dos elementos a serem depositados, sendo posteriormente enrolado em um rolo à direita, após tratado. O dispositivo conta com um desumidificador, uma bomba de vácuo, dois rolos, uma plataforma de aquecimento e um compartimento contendo os elementos químicos hidrofóbicos. Os elementos químicos são depositados por evaporação, sendo essa evaporação controlada pela temperatura de aquecimento, controlada pelos elementos de aquecimento, e pela pressão, ajustada pela bomba de vácuo. Em uma modalidade, essa bomba de vácuo pode conter filtros químicos. A bomba de vácuo está localizada acima dos rolos de suspensão do substrato, de modo que US10589316 não utiliza roldanas para direcionar o substrato. Adicionalmente, o sistema de US10589316 não abrange como finalidade tratamento específico de superfícies respiráveis, sendo o substrato de US10589316 de qualquer tipo, inclusive metal, enquanto o presente documento trata de impermeabilização de superfícies respiráveis e porosas, apresentando, após tratamento, características antivirais e antibactericidas.[002] The patent document US10589316 brings a process of coating a substrate, this coating being of the "waterproof cover" type. The procedure used in US10589316 involves covering the substrate with an alkoxysilane or metal oxide precursor and optionally covering the substrate with a hydrophobic chemical agent and/or a chemical agent that creates a surface with micro/nanoscopic characteristics. The flexible substrate coating process (Figure 5-a of US10589316) is carried out in a roll to roll process in a controlled environment, where the untreated substrate is laid out on a roll on the left, suspended above the elements to be deposited. , being later rolled into a roll on the right, after being treated. The device has a dehumidifier, a vacuum pump, two rollers, a heating platform and a compartment containing the hydrophobic chemical elements. The chemical elements are deposited by evaporation, this evaporation being controlled by the heating temperature, controlled by the heating elements, and by the pressure, adjusted by the vacuum pump. In one embodiment, this vacuum pump may contain chemical filters. The vacuum pump is located above the substrate suspension rollers, so US10589316 does not use pulleys to direct the substrate. Additionally, the US10589316 system does not cover the purpose of specific treatment of breathable surfaces, the substrate of US10589316 being of any type, including metal, while the present document deals with waterproofing breathable and porous surfaces, presenting, after treatment, antiviral and antibacterial characteristics .

[003] O documento EP2859053 apresenta um método de cobertura de substratos, sendo esse substrato qualquer um dentre metal, óxido metálico, plástico com dióxido de silicone ou camadas de óxido metálico, não incluída a possibilidade de cobertura/impermeabilização de superfícies respiráveis. O método de EP2859053 envolve as etapas de limpeza do substrato, com posterior tratamento superficial para aumento da rugosidade, com o intuito de criar entrâncias microscópicas na superfície do substrato. Posteriormente, o substrato é coberto com pelo menos um agente químico hidrofóbico. Em uma modalidade de EP2859053, é aplicada uma camada de cobertura de agente químico autolimpante. Em outra modalidade, superfícies de substratos não planos são tratadas por meio de plasma de ozônio. O substrato é suspenso em um trilho móvel interno a uma câmara. O sistema conta também com uma linha de alimentação de gás, sendo oxigênio o gás utilizado, especificamente. Lâmpadas UV de alta potência são utilizadas para converter o oxigênio da atmosfera em plasma de ozônio ativo. Uma saída superior na câmara promove a ventilação. Na presente invenção, a bobina contendo o substrato a ser tratado é posicionada à esquerda da câmara de vácuo. Da mesma forma, a bobina contendo o substrato após tratado é posicionada à direita da câmara de vácuo. Tal posicionamento permite o tratamento de substrato enrolado em bobinas de diversos diâmetros sem o aumento substancial da dimensão da câmara de vácuo.[003] The document EP2859053 presents a method of covering substrates, this substrate being any one of metal, metallic oxide, plastic with silicon dioxide or layers of metallic oxide, not including the possibility of covering/waterproofing breathable surfaces. The EP2859053 method involves the steps of cleaning the substrate, with subsequent surface treatment to increase the roughness, in order to create microscopic indentations on the surface of the substrate. Subsequently, the substrate is coated with at least one hydrophobic chemical agent. In one embodiment of EP2859053, a self-cleaning chemical agent cover layer is applied. In another embodiment, non-planar substrate surfaces are treated with ozone plasma. The substrate is suspended on a movable rail inside a chamber. The system also has a gas supply line, with oxygen being the gas used specifically. High power UV lamps are used to convert atmospheric oxygen into active ozone plasma. A top outlet in the chamber promotes ventilation. In the present invention, the coil containing the substrate to be treated is positioned to the left of the vacuum chamber. Likewise, the coil containing the substrate after treatment is positioned to the right of the vacuum chamber. Such positioning allows the treatment of substrate wound in coils of various diameters without substantially increasing the size of the vacuum chamber.

[004] O documento BR1020130016683 trata de um sistema de tratamento de superfícies seletivas nanoestruturadas para a aplicação em placas absorvedoras de energia solar fototérmicas. O sistema apresentado em BR1020130016683 utiliza a técnica roll to roll para cobertura do substrato tratado, sendo esse substrato composto essencialmente por elementos metálicos. Apesar de não ser claramente especificado em BR1020130016683, o substrato utilizado é do tipo flexível, podendo ser enrolado/desenrolado durante o processo de tratamento da superfície. São utilizadas roldanas para auxiliar o desenrolar da primeira bobina, além de direcionar o substrato para a segunda bobina. O substrato fica suspenso sobre dois canhões que gerarão plasma. A combinação de emissão de plasma pelos dois canhões gera um bombardeio de material no substrato presente no plasma do primeiro canhão, uma combinação dos dois canhões e, em sequência, o plasma presente no segundo canhão. O sistema conta também com linhas de injeção de gás, para injetar na câmara gás inerte, como Ar e N2. BR1020130016683 especifica a possibilidade de uso de mais de um gás ao mesmo tempo, permitindo o bombardeio de camadas diferentes, gerando um filme de cobertura misto. BR1020130016683 utiliza na deposição metais, como Ti, Cu, Ni, Fe, Al e/ou Sn, misturas desses metais ou de seus óxidos, carbetos, nitretos e nitratos. BR1020130016683 conta, adicionalmente, com uma bomba de vácuo, para controle da pressão na câmara, um conjunto de lâmpadas de alta potência e sensores para controle das condições gerais do processo (temperatura, pressão, controlador de fluxo de gás). Apesar de BR1020130016683 apresentar a maioria das características da invenção pleiteada, BR1020130016683 falha em apresentar o substrato como superfície respirável, falha em explicitar a utilização de HD-MSO em sua forma vaporizada e falha em apresentar a possibilidade de uso de CO2 como gás inerte.[004] The document BR1020130016683 deals with a system for the treatment of selective nanostructured surfaces for application in photothermal solar energy absorbing plates. The system presented in BR1020130016683 uses the roll to roll technique to cover the treated substrate, which is essentially composed of metallic elements. Despite not being clearly specified in BR1020130016683, the substrate used is flexible and can be rolled/unrolled during the surface treatment process. Pulleys are used to help unwind the first spool, in addition to directing the substrate to the second spool. The substrate is suspended over two guns that will generate plasma. The combination of plasma emission by the two guns generates a bombardment of material on the substrate present in the plasma of the first gun, a combination of the two guns and, in sequence, the plasma present in the second gun. The system also has gas injection lines to inject inert gas such as Ar and N2 into the chamber. BR1020130016683 specifies the possibility of using more than one gas at the same time, allowing the bombardment of different layers, generating a mixed cover film. BR1020130016683 uses metals such as Ti, Cu, Ni, Fe, Al and/or Sn, mixtures of these metals or their oxides, carbides, nitrides and nitrates in the deposition. BR1020130016683 additionally has a vacuum pump to control the pressure in the chamber, a set of high power lamps and sensors to control the general conditions of the process (temperature, pressure, gas flow controller). Although BR1020130016683 presents most of the features of the claimed invention, BR1020130016683 fails to present the substrate as a breathable surface, fails to explain the use of HD-MSO in its vaporized form and fails to present the possibility of using CO2 as an inert gas.

[005] O documento CN103459315 trata de um método de fabricação de uma película de grafeno. De acordo com CN103459315, um método de fabricação incluindo um processo de sintetizar grafeno, um processo de gravação e um processo de transferência é realizado usando um método roll to roll, permitindo, assim, a produção em massa de filmes de grafeno. Além disso, a gravação a seco é realizada no filme de metal do catalisador antes da gravação a úmido, encurtando assim o tempo geral do processo de gravação e otimizando o processo. O equipamento e método de CN103459315, no entanto, não englobam o tratamento da superfície em um ambiente controlado de pequeno porte, não envolvendo as etapas de inserção de gás inerte, plasmorificação ou adição de componente químico hidrofóbico por vaporização.[005] The document CN103459315 deals with a method of manufacturing a graphene film. According to CN103459315, a manufacturing method including a process of synthesizing graphene, an etching process and a transfer process is carried out using a roll to roll method, thus enabling the mass production of graphene films. Furthermore, dry etching is performed on the catalyst metal film before wet etching, thus shortening the overall etching process time and optimizing the process. The equipment and method of CN103459315, however, do not encompass surface treatment in a small controlled environment, not involving the steps of insertion of inert gas, plasmorification or addition of hydrophobic chemical component by vaporization.

[006] O documento KR2019001277 trata de processo de cobertura de superfície respirável, especificamente papel, utilizando a técnica de roll to roll e inserção de componentes metálicos na deposição de material. De acordo com um aspecto de KR2019001277, é fornecido um método de fabricação de um filme de grafeno, o método compreendendo: (1) formar grafeno na superfície do filme de metal catalisador; (2) formar uma primeira película de grafeno na superfície do grafeno na qual a película de metal catalisador não é formada; (3) remover o filme de metal catalisador; e (4) realizar um processo de dopagem no grafeno, em que as etapas de formar grafeno, formar um primeiro filme, remover o filme de metal catalisador e realizar o processo de dopagem são realizadas em uma direção usando um método de rolo a rolo. O sistema de KR2019001277 é composto por: um sistema de vácuo (câmara a vácuo), uma unidade de transferência de rolo contendo dois rolos, um gerador de fonte de evaporação, uma câmara de revestimento, uma câmara de enrolamento, um dispositivo pré-tratamento, um dispositivo de monitoramento e um tambor de resfriamento. O papel é desenrolado do rolo à esquerda, passa pelo dispositivo de pré-tratamento e é imerso na câmara de revestimento, onde a superfície do papel é coberta por meio de técnica de evaporação. Posteriormente, o papel tratado é direcionado ao rolo à direita. Esse tratamento é realizado sob vácuo, na câmara à vácuo. Não é apresentado em KR2019001277 sistema de alimentação de gases para inserção de gases inertes na câmara. Adicionalmente, KR2019001277 trata especificamente da cobertura de papel, não estando o documento aberto à possibilidade de tratamento de qualquer outro substrato respirável/poroso. KR2019001277 trata unicamente da deposição por evaporação, não apresentando a utilizações de canhões com deposição por plasma. Ademais, não é tratado em KR2019001277 de modo claro da utilização de pelo menos uma camada impermeabilizante/ hidrofóbica no papel.[006] Document KR2019001277 deals with the process of covering a breathable surface, specifically paper, using the roll to roll technique and insertion of metallic components in the deposition of material. According to an aspect of KR2019001277, there is provided a method of making a graphene film, the method comprising: (1) forming graphene on the surface of the catalyst metal film; (2) forming a first graphene film on the graphene surface on which the catalyst metal film is not formed; (3) removing the metal catalyst film; and (4) performing a doping process on graphene, wherein the steps of forming graphene, forming a first film, removing the catalyst metal film, and performing the doping process are performed in one direction using a roll-to-roll method. The KR2019001277 system consists of: a vacuum system (vacuum chamber), a roller transfer unit containing two rollers, an evaporation source generator, a coating chamber, a winding chamber, a pre-treatment device , a monitoring device and a cooling drum. The paper is unrolled from the roll on the left, passes through the pre-treatment device and is immersed in the coating chamber, where the surface of the paper is covered by means of an evaporation technique. Subsequently, the treated paper is directed to the roll on the right. This treatment is carried out under vacuum, in a vacuum chamber. KR2019001277 does not show a gas supply system for inserting inert gases into the chamber. Additionally, KR2019001277 deals specifically with paper covering, the document not being open to the possibility of treating any other breathable/porous substrate. KR2019001277 deals only with evaporative deposition, not showing the uses of plasma deposition guns. Furthermore, KR2019001277 does not clearly address the use of at least one waterproofing/hydrophobic layer on the paper.

[007] O processo para a produção das multicamadas utiliza uma combinação de técnicas. A camada metálica do sistema pode ser obtida por "sputtering" ou por vaporização, particularmente por bombardeamento de elétrons ou a partir de fontes térmicas. As duas camadas superiores podem ser produzidas por "sputtering" reativo, deposição química a vapor (CVD ou PECVD) ou em particular por bombardeamento de elétrons ou a partir de fontes térmicas. Assim, todo o sistema multicamadas compreende camadas que são aplicadas sob vácuo.[007] The process for the production of multilayers uses a combination of techniques. The metallic layer of the system can be obtained by "sputtering" or by vaporization, particularly by electron bombardment or from thermal sources. The top two layers can be produced by reactive sputtering, chemical vapor deposition (CVD or PECVD) or in particular by electron bombardment or from thermal sources. Thus, the entire multi-layer system comprises layers that are applied under vacuum.

[008] A técnica proposta pela presente invenção utiliza um equipamento compacto, fácil de operar, capaz de fornecer um produto altamente eficiente com baixo custo, visto que a quantidade de matéria prima empregada é significativamente reduzida.[008] The technique proposed by the present invention uses a compact equipment, easy to operate, capable of providing a highly efficient product with low cost, since the amount of raw material used is significantly reduced.

[009] O Requerente concebeu, testou e incorporou a presente invenção de forma a superar as deficiências do estado da técnica e obter os propósitos e vantagens acima mencionados e abaixo explicitados.[009] The Applicant conceived, tested and incorporated the present invention in order to overcome the deficiencies of the state of the art and obtain the purposes and advantages mentioned above and explained below.

SUMMARY OF THE INVENTION

[010] A presente invenção é apresentada e caracterizada nas reivindicações independentes, enquanto as reivindicações dependentes descrevem outras características da invenção ou modalidades relativas à ideia inventiva principal.[010] The present invention is presented and characterized in the independent claims, while the dependent claims describe other features of the invention or modalities relating to the main inventive idea.

[011] Em um primeiro aspecto, a presente invenção tem por objetivo um equipamento de hidrofobização de superfícies por deposição física a vapor de um filme sobre um substrato (S), em particular um substrato poroso e respirável, por "magnetron sputtering". O equipamento compreende:
- uma câmara de vácuo (100) compacta, composta por uma parede lateral esquerda (PE), uma parede lateral direita (PD), uma parede inferior ou base (PI), uma parede superior ou teto (PS), uma parede frontal (PF) e uma parede traseira (PT);
- pelo menos dois canhões de "sputtering" (10, 20), em que

- o primeiro canhão (10) está posicionado próximo à superfície interna da parede esquerda (PE) da câmara de vácuo (100), e
- o segundo canhão (20) está posicionado próximo à superfície interna da parede direita (PD) da câmara de vácuo (100);

- pelo menos dois alvos fixados (C1, C2), em que

- pelo menos um alvo fixado (C1) é posicionado em um canhão de "sputtering" (10), e
- pelo menos um alvo fixado (C2) é posicionado em outro canhão de "sputtering" (20); e
- os alvos fixados (C1, C2) estão voltados para cima e conectados a uma fonte externa de potência, e estão localizados na base (PI) da câmara de vácuo (100);

- sensores para controle das condições gerais do processo; e
- um equipamento de controle e monitoramento da velocidade linear do material substrato que passa sobre a região onde ocorre a hidrofobização.[011] In a first aspect, the present invention aims at a surface hydrophobization equipment by physical vapor deposition of a film on a substrate (S), in particular a porous and breathable substrate, by "magnetron sputtering". The equipment comprises:
- a compact vacuum chamber (100), consisting of a left side wall (PE), a right side wall (PD), a bottom wall or base (PI), a top wall or ceiling (PS), a front wall ( PF) and a back wall (PT);
- at least two sputtering cannons (10, 20), in which

- the first cannon (10) is positioned close to the inner surface of the left wall (PE) of the vacuum chamber (100), and
- the second cannon (20) is positioned close to the inner surface of the right wall (PD) of the vacuum chamber (100);

- at least two fixed targets (C1, C2), where

- at least one fixed target (C1) is positioned on a sputtering cannon (10), and
- at least one fixed target (C2) is positioned on another sputtering gun (20); and
- the fixed targets (C1, C2) are facing upwards and connected to an external power source, and are located at the base (PI) of the vacuum chamber (100);

- sensors to control the general conditions of the process; and
- an equipment to control and monitor the linear velocity of the substrate material that passes over the region where hydrophobization occurs.

[012] Adicionalmente, o equipamento contém:

- um primeiro compartimento (B1) para inserção de uma primeira bobina (50) e um segundo compartimento (B2) para inserção de uma segunda bobina (40), em que o primeiro compartimento (B1) está localizado próximo à superfície da parede lateral esquerda (PE) da câmara de vácuo (100), e o segundo compartimento (B2) está localizado próximo à superfície da parede lateral direita (PD) da câmara de vácuo (100);
- um sistema de bobinas (40, 50) de substrato (S), em que a primeira bobina (50) está localizada no primeiro compartimento (B1), a segunda bobina (40) está localizada no segundo compartimento (B2), e em que a primeira bobina (50) desenrola o substrato (S) a ser tratado (S1), e a segunda bobina (40) enrola o substrato (S) após ser tratado (S2);
- sistema de rolamento motorizado (R) localizado na região interna da câmara de vácuo (100), acima dos canhões de "sputtering" (10, 20), em que a primeira roldana (RE) do sistema de roldanas (R) recebe o substrato a ser tratado (S1) desenrolado da primeira bobina (50), enquanto a segunda roldana (RD) do sistema de roldanas (R) conduz o substrato tratado (S2) para ser enrolado na segunda bobina (40); - uma bomba de vácuo (B) localizada na superfície externa da parte traseira (PS) da câmara de vácuo (100);
- um separador antimagnético (60) localizado na base da câmara de vácuo (100), entre os canhões de "sputtering" (10, 20);
- sistema de aquecimento (L), sendo preferencialmente um conjunto de lâmpadas de alta potência.

[012] Additionally, the equipment contains:

- a first compartment (B1) for inserting a first coil (50) and a second compartment (B2) for inserting a second coil (40), wherein the first compartment (B1) is located close to the surface of the left side wall (PE) of the vacuum chamber (100), and the second compartment (B2) is located close to the surface of the right side wall (PD) of the vacuum chamber (100);
- a system of spools (40, 50) of substrate (S), wherein the first spool (50) is located in the first compartment (B1), the second spool (40) is located in the second compartment (B2), and in that the first spool (50) unwinds the substrate (S) to be treated (S1), and the second spool (40) winds the substrate (S) after being treated (S2);
- motorized bearing system (R) located in the internal region of the vacuum chamber (100), above the sputtering guns (10, 20), in which the first pulley (RE) of the pulley system (R) receives the substrate to be treated (S1) unwound from the first spool (50), while the second pulley (RD) of the pulley system (R) drives the treated substrate (S2) to be wound onto the second spool (40); - a vacuum pump (B) located on the external surface of the rear part (PS) of the vacuum chamber (100);
- an anti-magnetic separator (60) located at the base of the vacuum chamber (100), between the sputtering guns (10, 20);
- heating system (L), preferably a set of high power lamps.

[013] Adicionalmente, o substrato tratado (S2) conforme equipamento e processo da presente invenção apresenta carga antiviral e antibactericida.[013] Additionally, the treated substrate (S2) according to the equipment and process of the present invention has an antiviral and antibacterial load.

[014] Em um segundo aspecto, a presente invenção tem por objetivo um processo que permite efetuar a deposição de filmes sobre diferentes substratos (S), em particular substratos porosos e respiráveis, produzidos por "magnetron sputtering", para a fabricação de superfícies hidrofóbicas, antivirais e antibactericidas, segundo o qual pelo menos uma camada de filme é aplicada sobre o substrato (S). Em uma modalidade, o processo permite a deposição de múltiplas camadas de filme sobre o substrato (S).[014] In a second aspect, the present invention aims at a process that allows the deposition of films on different substrates (S), in particular porous and breathable substrates, produced by "magnetron sputtering", for the manufacture of hydrophobic surfaces , antivirals and antibacterials, whereby at least one layer of film is applied over the substrate (S). In one embodiment, the process allows for the deposition of multiple layers of film onto the substrate (S).

[015] O processo, segundo a presente invenção, compreende as etapas de:

1. evacuar uma câmara (100) por meio de uma bomba de vácuo (B), sendo a câmara (100) dotada com dispositivos para deposição física a vapor de um filme sobre um substrato poroso (S), por "magnetron sputtering", e um sistema de roldanas (R) com ajuste de distanciamento (ARE, ARD) para deslocamento de um substrato poroso (S) em seu interior, a uma pressão de base, em que a pressão de base é inferior a 3x10-2 mbar;
2. introduzir na câmara (100) um ou mais gases inertes, em fluxo contínuo, até alcançar a pressão de base;
3. introduzir na câmara (100) um ou mais gases reativos, por meio de pelo menos um controlador de gases (20), para gerar o plasma junto ao um ou mais gases inertes, em que pelo menos o gás de HMDSO (Hexametildissiloxano) é injetado como parte dos um ou mais gases reativos, e em que pelo menos um gás contendo carbono é inserido como parte dos um ou mais gases dentre inertes e reativos;
4. aplicar tensão nos alvos (C1, C2) a fim de gerar o plasma;
5. iniciar a movimentação do sistema de roldanas (R), ajustando as condições de potência aplicada aos alvos (C1, C2), distância entre o substrato poroso (S) e os alvos (C1, C2), e velocidade de deslocamento do substrato poroso (S), em que o ajuste de distância entre o substrato poroso (S) e os alvos (C1, C2) é realizado por meio do ajuste de distanciamento (ARE, ARD) do sistema de roldanas (R);
6. deslocar o substrato poroso (S) fazendo com que perpasse os plasmas gerados, promovendo a deposição dos materiais dos alvos (C1, C2) sobre o substrato poroso (S), em que o deslocamento do substrato poroso (S) é feito pelo enrolar da segunda bobina (40), junto ao desenrolar da primeira bobina (50).

[015] The process, according to the present invention, comprises the steps of:

1. evacuating a chamber (100) by means of a vacuum pump (B), the chamber (100) being provided with devices for physical vapor deposition of a film on a porous substrate (S), by "magnetron sputtering", and a pulley system (R) with distance adjustment (ARE, ARD) for moving a porous substrate (S) inside it, at a base pressure, where the base pressure is less than 3x10 -2 mbar;
2. introducing into the chamber (100) one or more inert gases, in continuous flow, until reaching the base pressure;
3. introducing into the chamber (100) one or more reactive gases, by means of at least one gas controller (20), to generate the plasma together with one or more inert gases, in which at least the HMDSO gas (Hexamethyldisiloxane) is injected as part of one or more reactive gases, and wherein at least one carbon-containing gas is inserted as part of one or more inert and reactive gases;
4. apply voltage to the targets (C1, C2) in order to generate the plasma;
5. start the movement of the pulley system (R), adjusting the conditions of power applied to the targets (C1, C2), distance between the porous substrate (S) and the targets (C1, C2), and substrate displacement speed porous (S), in which the distance adjustment between the porous substrate (S) and the targets (C1, C2) is performed by means of the distance adjustment (ARE, ARD) of the pulley system (R);
6. displace the porous substrate (S) causing it to pass through the generated plasmas, promoting the deposition of target materials (C1, C2) on the porous substrate (S), in which the displacement of the porous substrate (S) is done by the winding of the second coil (40), together with the unwinding of the first coil (50).

[016] O processo de acordo com a presente invenção compreende a adição de pelo menos um gás inerte, preferencialmente selecionado dentre He, Ar, Kr, Xe, Rn, CO2 e Ne, e a adição de pelo menos um gás reativo, preferencialmente dentre O2, N2, HMDSO (Hexametildissiloxano) ou outro gás contendo Si e/ou C.[016] The process according to the present invention comprises the addition of at least one inert gas, preferably selected from He, Ar, Kr, Xe, Rn, CO2 and Ne, and the addition of at least one reactive gas, preferably from O2, N2, HMDSO (Hexamethyldisiloxane) or other gas containing Si and/or C.

[017] O processo de acordo com a presente invenção utiliza a deposição de particulado metálico pela técnica de "magnetron sputtering", em que o metal depositado é, preferencialmente, um dentre Ti, Cu, Ni, Fe, Si, Al e Sn, assim como uma mistura desses metais, de seus óxidos, carbetos, nitretos e nitratos. O particulado metálico a ser depositado é posicionado sobre os alvos (C1, C2). Por permitir a deposição de mais de um metal, os alvos (C1, C2) podem ser iguais ou diferentes.[017] The process according to the present invention uses the deposition of metallic particulate by the technique of "magnetron sputtering", in which the deposited metal is preferably one of Ti, Cu, Ni, Fe, Si, Al and Sn, as well as a mixture of these metals, their oxides, carbides, nitrides and nitrates. The metallic particulate to be deposited is positioned on the targets (C1, C2). By allowing the deposition of more than one metal, the targets (C1, C2) can be the same or different.

[018] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um ou mais gases inseridos na câmara de vácuo (100) compreendem Ar e N2, empregados em uma relação N2/Ar de 0 a 50% v/v, preferencialmente em uma relação N2/Ar de 5 a 45% v/v.[018] According to an embodiment of the present invention, one or more gases inserted into the vacuum chamber (100) comprise Ar and N2, employed in an N2/Ar ratio of 0 to 50% v/v, preferably in an N2 ratio /Air from 5 to 45% v/v.

[019] A pressão de base do processo de produção de acordo com a presente invenção está na faixa de 10-4 a 10-8 Pa, e a pressão de trabalho se encontra na faixa de 10-2 a 10 Pa.[019] The base pressure of the production process according to the present invention is in the range of 10-4 to 10-8 Pa, and the working pressure is in the range of 10-2 to 10 Pa.

[020] O substrato poroso (S) dista na vertical de 5 a 20 cm dos canhões (10, 20) localizados na base (PI) da câmara de vácuo (100), e essa distância pode ser ajustada enquanto o equipamento se encontra em funcionamento, por meio de controladores.[020] The porous substrate (S) is vertically distanced from 5 to 20 cm from the guns (10, 20) located at the base (PI) of the vacuum chamber (100), and this distance can be adjusted while the equipment is in operation through controllers.

[021] O substrato poroso (S) tratado de acordo com o processo da presente invenção apresenta caraterísticas hidrofóbicas com nanopartículas antivirais e antibactericidas ativas. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o substrato poroso (S) é fabricado em material biodegradável.[021] The porous substrate (S) treated according to the process of the present invention has hydrophobic characteristics with active antiviral and antibacterial nanoparticles. According to one embodiment of the present invention, the porous substrate (S) is made of a biodegradable material.

OBJECTIVES OF THE INVENTION (FUNDAMENTALS OF THE TECHNIQUE)

[022] É um objetivo da presente invenção oferecer um processo de hidrofobização de superfícies rígidas ou maleáveis que seja rápido e eficaz, utilizando uma estrutura compacta.[022] It is an objective of the present invention to offer a process of hydrophobization of rigid or malleable surfaces that is fast and effective, using a compact structure.

[023] É um objetivo da presente invenção oferecer uma alternativa eficiente e de baixo custo aos processos de hidrofobização do estado da técnica, assim como às superfícies hidrofobizadas do estado da técnica. Em particular, as atuais máscaras N95 e R95, uma vez que as superfícies hidrofobizadas conforme a presente invenção apresentam, adicionalmente, carga antiviral e não-absorção de camadas oleosas.[023] It is an objective of the present invention to offer an efficient and low-cost alternative to the hydrophobization processes of the state of the art, as well as to the hydrophobized surfaces of the state of the art. In particular, the current N95 and R95 masks, since the hydrophobized surfaces according to the present invention additionally have antiviral load and non-absorption of oily layers.

[024] É um objetivo da presente invenção apresentar um processo de hidrofobização de superfícies rígidas ou maleáveis, através de deposição física a vapor, em ambiente controlado, sob vácuo. As técnicas de deposição em vácuo permitem melhor controle da taxa de deposição dos materiais por meio da variação de parâmetros intrínsecos aos sistemas. Assim, é possível produzir superfícies com camadas de filmes finos diferentes e de espessuras nanométricas.[024] It is an objective of the present invention to present a process of hydrophobization of rigid or malleable surfaces, through physical steam deposition, in a controlled environment, under vacuum. Vacuum deposition techniques allow better control of the deposition rate of materials through the variation of parameters intrinsic to the systems. Thus, it is possible to produce surfaces with layers of different thin films and of nanometric thickness.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[025] Essas e outras características da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição a seguir de algumas modalidades, dadas como exemplo não restritivo com referência aos desenhos anexos, em que[025] These and other features of the present invention will become apparent from the following description of some embodiments, given as a non-restrictive example with reference to the accompanying drawings, in which

[026] A Figura 1A apresenta uma visualização externa do equipamento conforme apresentado na presente invenção;[026] Figure 1A shows an external view of the equipment as presented in the present invention;

[027] A Figura 1B apresenta uma visualização externa do equipamento conforme apresentado na presente invenção, com zoom na região frontal (PF) da câmara de vácuo (100);[027] Figure 1B shows an external view of the equipment as presented in the present invention, with a zoom in the frontal region (PF) of the vacuum chamber (100);

[028] A Figura 1C apresenta uma visualização externa do equipamento conforme apresentado na presente invenção, com zoom na região frontal (PF) e inferior (PI) da câmara de vácuo (100);[028] Figure 1C shows an external view of the equipment as presented in the present invention, with a zoom in the front (PF) and lower (PI) region of the vacuum chamber (100);

[029] A Figura 2 apresenta uma visualização interna da câmara de vácuo (100) do equipamento conforme apresentado na presente invenção;[029] Figure 2 shows an internal view of the vacuum chamber (100) of the equipment as shown in the present invention;

[030] A Figura 3 apresenta uma comparação visual entre o substrato poroso não tratado (S1) e o substrato poroso tratado (S2) conforme processo da presente invenção, em que o substrato poroso tratado (S2) apresenta superfície hidrofóbica.[030] Figure 3 shows a visual comparison between the untreated porous substrate (S1) and the treated porous substrate (S2) according to the process of the present invention, in which the treated porous substrate (S2) has a hydrophobic surface.

[031] Para facilitar a compreensão, os mesmos números de referência foram utilizados, sempre que possível, para identificar elementos comuns idênticos nos desenhos. Entende-se que elementos e características de uma modalidade podem ser convenientemente incorporados em outras modalidades sem mais esclarecimentos.[031] For ease of understanding, the same reference numbers have been used, whenever possible, to identify identical common elements in the drawings. It is understood that elements and characteristics of one modality can be conveniently incorporated into other modalities without further clarification.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[032] Vamos agora nos referir em detalhes às várias modalidades da presente invenção, das quais um ou mais exemplos são mostrados nos desenhos anexos. Cada exemplo é fornecido a título de ilustração da presente invenção, e não deve ser entendido como uma limitação desta invenção. Por exemplo, as características apresentadas ou descritas na medida em que fazem parte de uma modalidade podem ser adotadas em (ou estar em associação com) outras modalidades para produzir outra modalidade. Entende-se que a presente invenção deve incluir todas essas modificações e variantes.[032] We will now refer in detail to the various embodiments of the present invention, of which one or more examples are shown in the accompanying drawings. Each example is provided by way of illustration of the present invention, and is not to be construed as a limitation of this invention. For example, features presented or described as part of one modality may be adopted in (or in association with) other modalities to produce another modality. It is understood that the present invention should include all such modifications and variants.

[033] A proposta apresentada pela presente invenção permite obter superfícies hidrofóbicas que são produzidas a baixo custo, que apresentam carga antiviral e são biodegradáveis, de forma limpa e ambientalmente correta.[033] The proposal presented by the present invention allows obtaining hydrophobic surfaces that are produced at low cost, that have an antiviral load and are biodegradable, in a clean and environmentally correct way.

[034] Em linhas gerais o processo consiste na deposição física a vapor (PVD), de um filme sobre um substrato, por "magnetron sputtering". Na indústria a técnica conhecida por "sputtering" é uma das mais utilizadas para deposição de filmes finos. Apresenta como vantagem o fato de ser limpa, uma vez que praticamente não gera resíduos, se comparada, por exemplo, com processos eletroquímicos.[034] In general terms, the process consists of the physical vapor deposition (PVD) of a film on a substrate, by "magnetron sputtering". In the industry, the technique known as "sputtering" is one of the most used for deposition of thin films. It has the advantage of being clean, since it generates practically no waste, compared, for example, with electrochemical processes.

[035] O processo de "sputtering" consiste na ejeção de partículas (átomos ou moléculas) de um alvo sólido através da transferência de momento, resultante da colisão de partículas energéticas incidentes. Este alvo, que é a fonte de material a ser depositado, é conectado a uma fonte de potência de rádio frequência (RF) ou ao terminal negativo de uma fonte de corrente contínua (DC), constituindo, portanto, o catodo do sistema. A utilização da fonte de potência (RF) possibilita a deposição de filmes a partir de alvos não condutores.[035] The process of "sputtering" consists of the ejection of particles (atoms or molecules) from a solid target through the transfer of momentum, resulting from the collision of incident energetic particles. This target, which is the source of material to be deposited, is connected to a radio frequency (RF) power source or to the negative terminal of a direct current (DC) source, thus constituting the cathode of the system. The use of the power source (RF) allows the deposition of films from non-conductive targets.

[036] O substrato (S) fornecido é constituído de material poroso respirável, preferencialmente biodegradável, como papel, tecido natural e outros, enrolado em forma de uma bobina. A bobina (50) de substrato (S1) se desenrola, o substrato (S) é posicionado acima do alvo (C1, C2), podendo ser aterrado ou possuir voltagem aplicada (negativa), ser resfriado, aquecido, ou qualquer outro tipo de combinação. Posteriormente à passagem pelos alvos (C1, C2) e realizada a deposição do filme, o substrato (S2) se enrola em uma bobina (40).[036] The substrate (S) provided consists of breathable porous material, preferably biodegradable, such as paper, natural fabric and others, wound in the form of a coil. The coil (50) of substrate (S1) unwinds, the substrate (S) is positioned above the target (C1, C2), it can be grounded or have applied voltage (negative), be cooled, heated, or any other type of combination. After passing through the targets (C1, C2) and after deposition of the film, the substrate (S2) is wound on a coil (40).

[037] O processo é conduzido em um reator ou uma câmara de vácuo (100), que é inicialmente evacuada a uma pressão de base menor do que 3x10-2 Pa. A forma mais comum de conduzir o processo é promover o bombardeamento do alvo pela inserção de um gás inerte, geralmente Ar, em fluxo contínuo no sistema, até atingir a pressão de trabalho. Outros gases inertes que podem ser utilizados incluem He, Kr, Xe, Rn, CO2 e Ne. A fonte é então ligada e ocorre a formação de um plasma próximo ao alvo (C1, C2).[037] The process is conducted in a reactor or a vacuum chamber (100), which is initially evacuated at a base pressure lower than 3x10-2 Pa. The most common way of conducting the process is to bombard the target by inserting an inert gas, usually Ar, in continuous flow in the system, until reaching the working pressure. Other inert gases that can be used include He, Kr, Xe, Rn, CO 2 and Ne. The source is then turned on and the formation of a plasma close to the target (C1, C2) occurs.

[038] O plasma é um gás parcialmente ionizado composto de íons, elétrons e partículas neutras, possuindo, no somatório de todas as espécies presentes, carga total nula. A luminescência característica do plasma ("glow-discharge") é o resultado da transição de elétrons excitados para camadas mais internas (porém com energia insuficiente para deixar o átomo), com liberação de energia na forma de fótons.[038] Plasma is a partially ionized gas composed of ions, electrons and neutral particles, having, in the sum of all species present, zero total charge. The characteristic luminescence of plasma ("glow-discharge") is the result of the transition of excited electrons to inner layers (but with insufficient energy to leave the atom), with the release of energy in the form of photons.

[039] Os íons do gás carregados positivamente são acelerados em direção ao catodo e colidem com o alvo (C1, C2) . Esta colisão provoca uma cascata de colisões no interior do material do alvo (C1, C2) e uma partícula neutra da superfície é ejetada, além de fótons, elétrons secundários, ânions e gases dessorvidos. Esta partícula atravessa a região do plasma e pode se depositar no substrato (S) formando o filme.[039] The positively charged gas ions are accelerated towards the cathode and collide with the target (C1, C2). This collision causes a cascade of collisions inside the target material (C1, C2) and a neutral particle from the surface is ejected, in addition to photons, secondary electrons, anions and desorbed gases. This particle crosses the plasma region and can be deposited on the substrate (S) forming the film.

[040] Na técnica de "sputtering", o feixe de átomos é gerado no interior de uma câmara (100) a partir de pelo menos dois alvos (C1, C2), iguais ou distintos, e mais dois gases. Nesta configuração há uma superposição dos plasmas gerados pelos dois canhões (10, 20) de modo a formar camadas nano estruturadas. A sucessão e intermitência são feitas com o auxílio de um sistema de roldanas (R) desenvolvidas especificamente para este fim.[040] In the sputtering technique, the beam of atoms is generated inside a chamber (100) from at least two targets (C1, C2), the same or different, and two more gases. In this configuration there is a superposition of the plasmas generated by the two guns (10, 20) in order to form nanostructured layers. The succession and intermittence are done with the aid of a system of pulleys (R) developed specifically for this purpose.

[041] Uma vantagem do processo da invenção é que podem ser usados gases inertes ou reativos de pureza comercial e industrial.[041] An advantage of the process of the invention is that inert or reactive gases of commercial and industrial purity can be used.

[042] Para facilitar a compreensão do invento, sua descrição será feita com base nas figuras que acompanham e são parte integrante deste relatório. As Figuras 1A a 1C mostra uma visualização do equipamento aberto utilizado no processo. Basicamente o equipamento compreende uma câmara de vácuo (100) preparada para atender às exigências para deposição física a vapor e contendo em seu interior um sistema de roldanas (R) desenvolvido para efetuar o deslocamento do substrato (S) . O conjunto é formado pelos seguintes componentes:

- uma câmara de vácuo (100), compacta, provida com bomba de vácuo (B);
- canhões de "sputtering" (10, 20) com pelo menos dois alvos fixos (C1, C2) voltados para cima e conectados a uma fonte externa de potência, por exemplo, radio frequência (RF), corrente contínua (DC) ou pulsada;
- linhas (10, 20) para alimentação dos gases utilizados no processo;
- um sistema para distribuição (D) de gases;
- um sistema de roldanas (R) para sustentação e movimentação das bobinas (40, 50) de substrato (S);
- um sistema de aquecimento (L), preferencialmente composto por um conjunto de lâmpadas de alta potência;
- sensores para controle das condições gerais do processo, tais como, sensores de temperatura, de pressão, controladores de fluxo de gás, entre outros; e
- meios para controle da velocidade de deslocamento do substrato (S) no interior da câmara (100).

[042] To facilitate the understanding of the invention, its description will be based on the figures that accompany and are an integral part of this report. Figures 1A to 1C show a view of the open equipment used in the process. Basically, the equipment comprises a vacuum chamber (100) prepared to meet the requirements for physical steam deposition and containing inside a system of pulleys (R) developed to effect the displacement of the substrate (S). The set consists of the following components:

- a vacuum chamber (100), compact, provided with a vacuum pump (B);
- sputtering guns (10, 20) with at least two fixed targets (C1, C2) facing upwards and connected to an external power source, e.g. radio frequency (RF), direct current (DC) or pulsed ;
- lines (10, 20) for feeding the gases used in the process;
- a system for distribution (D) of gases;
- a system of pulleys (R) for supporting and moving the coils (40, 50) of substrate (S);
- a heating system (L), preferably composed of a set of high-power lamps;
- sensors to control the general conditions of the process, such as temperature and pressure sensors, gas flow controllers, among others; and
- means for controlling the displacement speed of the substrate (S) inside the chamber (100).

[043] O equipamento foi projetado para ser compacto e capaz de atender a uma demanda em escala industrial, possuindo maior área de deposição e fontes de corrente com maior capacidade e sistema de bombeamento de gases de alta eficiência, que permite maior rapidez no alcance da pressão desejada.[043] The equipment was designed to be compact and capable of meeting a demand on an industrial scale, having a larger deposition area and current sources with greater capacity and a high-efficiency gas pumping system, which allows for faster reach of the desired pressure.

[044] O equipamento funciona da seguinte forma: Inicialmente estabelece-se vácuo no interior da câmara (100) para garantir um ambiente limpo, elevando-se posteriormente a pressão, pela introdução de um gás inerte, até os valores pré-estabelecidos para trabalho. Aplica-se tensão nos alvos (C1, C2) a fim de gerar o plasma e feixe de elétrons. O sistema de roldanas (R) desenrola de uma primeira bobina (50) para uma segunda bobina (40) o substrato poroso (S) usado para deposição do filme, de modo que a superfície do substrato (S) a ser tratada fique posicionada de frente para os alvos (C1, C2). Cada canhão (10, 20) gera um plasma. A distância entre o substrato (S) e os canhões (10, 20) é tal que permita formar plasmas que se sobrepõem. Ao passar de uma bobina (50) para outra (40), o substrato (S) sofre um bombardeio do material do alvo (C1, C2) presente no plasma do primeiro canhão (10) e plasma do segundo canhão (20).[044] The equipment works as follows: Initially, a vacuum is established inside the chamber (100) to ensure a clean environment, later increasing the pressure, by introducing an inert gas, up to the pre-established values for work . Voltage is applied to the targets (C1, C2) in order to generate the plasma and electron beam. The pulley system (R) unwinds from a first reel (50) to a second reel (40) the porous substrate (S) used for deposition of the film, so that the surface of the substrate (S) to be treated is positioned in a facing the targets (C1, C2). Each cannon (10, 20) generates a plasma. The distance between the substrate (S) and the guns (10, 20) is such that it allows the formation of plasmas that overlap. When passing from one coil (50) to another (40), the substrate (S) is bombarded by the target material (C1, C2) present in the plasma of the first gun (10) and plasma of the second gun (20).

[045] O plasma é gerado a partir da adição de um gás inerte, como o Ar, ou de gases reativos, como O2, N2 ou qualquer outro gás contendo Si ou C. Podem ser utilizados alvos (C1, C2) iguais ou diferentes.[045] Plasma is generated from the addition of an inert gas, such as Ar, or reactive gases, such as O2, N2 or any other gas containing Si or C. The same or different targets (C1, C2) can be used .

[046] Quando os dois canhões (10, 20) têm o mesmo alvo (C1, C2) e um só gás é adicionado, produz-se um filme de um mesmo material. Quando cada canhão tem um material diferente e/ou se insere gases diferentes próximo a cada canhão (10, 20), forma-se um filme misto composto de mais de um material. Efeito semelhante é obtido quando se utiliza composição gradual de gases.[046] When the two guns (10, 20) have the same target (C1, C2) and a single gas is added, a film of the same material is produced. When each cannon has a different material and/or different gases are inserted close to each cannon (10, 20), a mixed film composed of more than one material is formed. A similar effect is obtained when using gradual gas composition.

[047] A grande vantagem do processo da presente invenção é que a sobreposição de plasmas permite a produção de uma camada depositada pura ou mista, com uma única composição que pode mudar gradualmente, em um único processo, criando um filme nanoestruturado ou uma nanopelícula com uma ou mais camadas de diferentes composições.[047] The great advantage of the process of the present invention is that the superposition of plasmas allows the production of a pure or mixed deposited layer, with a single composition that can change gradually, in a single process, creating a nanostructured film or a nanofilm with one or more layers of different compositions.

[048] A Figura 2 apresenta uma visualização interna da câmara de vácuo (100), em que é possível visualizar o substrato não tratado (S1) passando pelo sistema de roldanas (R). A primeira roldana (RE) do sistema de roldanas (R) está posicionada próxima à superfície interna da parede esquerda (PE) da câmara de vácuo (100), enquanto a segunda roldana (RD) do sistema de roldanas (R) está posicionada próxima à superfície interna da parede direita (PD) da câmara de vácuo (100). Os alvos (C1, C2), que estão dispostos sobre os canhões (10, 20), se encontram na base (PI) da câmara de vácuo, posicionados entre a primeira (RE) e a segunda (RD) roldana do sistema de roldanas (R).[048] Figure 2 shows an internal view of the vacuum chamber (100), in which it is possible to visualize the untreated substrate (S1) passing through the pulley system (R). The first pulley (RE) of the pulley system (R) is positioned close to the inner surface of the left wall (PE) of the vacuum chamber (100), while the second pulley (RD) of the pulley system (R) is positioned close to to the inner surface of the right wall (PD) of the vacuum chamber (100). The targets (C1, C2), which are arranged on the guns (10, 20), are located at the base (PI) of the vacuum chamber, positioned between the first (RE) and the second (RD) pulley of the pulley system (R).

[049] Alternativamente, para confinar o ambiente de atuação do plasma e tornar mais eficiente a deposição, pode-se utilizar, um separador anti-magnético (60) entre os alvos (C1, C2).[049] Alternatively, to confine the plasma actuation environment and make the deposition more efficient, an anti-magnetic separator (60) can be used between the targets (C1, C2).

[050] Em geral são utilizados como alvos (C1, C2) um metal dentre Ti, Cu, Ni, Fe, Si, Al e Sn, ou mistura desses metais e de seus óxidos, carbetos, nitretos e nitratos. Utilizam-se materiais com largura (L) na faixa de 80 a 120 mm, comprimento (C) na faixa de 130 a 170 mm, e espessura (E) na faixa de 4 a 8 mm. Preferencialmente, utiliza-se materiais com dimensão 100 x 150 x 6 mm (L X C x E).[050] In general, a metal among Ti, Cu, Ni, Fe, Si, Al and Sn, or a mixture of these metals and their oxides, carbides, nitrides and nitrates are used as targets (C1, C2). Materials with width (L) in the range of 80 to 120 mm, length (C) in the range of 130 to 170 mm, and thickness (E) in the range of 4 to 8 mm are used. Preferably, materials with a dimension of 100 x 150 x 6 mm (W x L x E) are used.

[051] Nos experimentos realizados os gases introduzidos na câmara de vácuo (100) foram Ar e N2, empregados em uma relação N2/Ar de 0 a 50% v/v, preferencialmente de 5 a 45%.[051] In the experiments carried out, the gases introduced into the vacuum chamber (100) were Ar and N2, used in an N2/Ar ratio from 0 to 50% v/v, preferably from 5 to 45%.

[052] São feitos os ajustes necessários de velocidade de rotação das bobinas (40, 50) de substrato (S), das distâncias entre os canhões (10, 20) e alvos (C1, C2), das potências, para obter a deposição de plasmas sobrepostos de cada material alvo e produzir a nanoestruturação.[052] The necessary adjustments are made to the rotation speed of the coils (40, 50) of substrate (S), the distances between the guns (10, 20) and targets (C1, C2), the powers, to obtain the deposition of superimposed plasmas of each target material and produce nanostructuring.

[053] Desta forma, o processo é conduzido de acordo com as seguintes etapas:
- evacuar a câmara (100), dotada com dispositivos para deposição física a vapor de um filme sobre um substrato (S), por "magnetron sputtering" e um sistema de roldanas (R) para deslocamento de um substrato (S) em seu interior, a uma pressão de base;
- introduzir na câmara (100), em fluxo contínuo, um ou mais gases inertes, como o Ar, até alcançar um valor pré-determinado de pressão de trabalho;
- introduzir na câmara (100), em fluxo contínuo, um ou mais gases reativos para gerar o plasma, em que

- pelo menos gás de HMDSO (Hexametildissiloxano) é injetado como parte dos gases reativos; e
- pelo menos um gás contendo carbono é inserido como parte dos um ou mais gases inertes e/ou reativos;

- aplicar tensão nos alvos (C1, C2) a fim de gerar o feixe de elétrons;
- iniciar a movimentação do sistema de roldanas (R) , ajustando as condições de potência aplicada aos alvos (C1, C2), de distância entre o substrato (S) e os alvos (C1, C2), e de velocidade de deslocamento do substrato (S);
- deslocar o substrato (S), fazendo com que perpasse os plasmas gerados, promovendo a deposição dos materiais dos alvos (C1, C2) sobre o substrato (S).[053] In this way, the process is conducted according to the following steps:
- evacuate the chamber (100), equipped with devices for physical vapor deposition of a film on a substrate (S), by "magnetron sputtering" and a system of pulleys (R) for moving a substrate (S) inside it , at a base pressure;
- introducing into the chamber (100), in continuous flow, one or more inert gases, such as Air, until reaching a predetermined value of working pressure;
- introducing into the chamber (100), in continuous flow, one or more reactive gases to generate the plasma, in which

- at least HMDSO (Hexamethyldisiloxane) gas is injected as part of the reactive gases; and
- at least one carbon-containing gas is inserted as part of the one or more inert and/or reactive gases;

- apply voltage to the targets (C1, C2) in order to generate the electron beam;
- start moving the pulley system (R), adjusting the conditions of power applied to the targets (C1, C2), distance between the substrate (S) and the targets (C1, C2), and substrate displacement speed (S);
- displace the substrate (S), causing it to pass through the generated plasmas, promoting the deposition of target materials (C1, C2) on the substrate (S).

[054] O plasma é gerado ao se ligar uma fonte de energia de potência entre 10 e 20 W ao canhão (10, 20). Desse modo, o material do alvo (C1, C2) é depositado reagindo simultaneamente com os gases, formando uma camada de metais nanoestruturados hidrofóbicos sobre o substrato (S).[054] Plasma is generated by connecting a power source of power between 10 and 20 W to the gun (10, 20). In this way, the target material (C1, C2) is deposited reacting simultaneously with the gases, forming a layer of hydrophobic nanostructured metals on the substrate (S).

[055] É possível visualizar na Figura 3 o efeito do tratamento de hidrofobização realizado conforme a presente invenção. No exemplo ilustrativo apresentado, o substrato poroso (S) tratado é uma bobina de papel. Quando molhado, o substrato não tratado (S1) apresenta alta absorção com substancial modificação nas propriedades do substrato não tratado (S1) na região de umidificação. O substrato tratado (S2), ao contrário, apresenta boa performance hidrofóbica, sendo capaz de reduzir ao mínimo a absorção do fluido depositado. O substrato (S) sai de uma condição de super hidrofílico (S1) para super hidrofóbico (S2).[055] It is possible to visualize in Figure 3 the effect of the hydrophobization treatment carried out according to the present invention. In the illustrative example presented, the porous substrate (S) treated is a paper reel. When wet, the untreated substrate (S1) shows high absorption with substantial modification in the properties of the untreated substrate (S1) in the wetting region. The treated substrate (S2), on the other hand, presents good hydrophobic performance, being able to reduce to a minimum the absorption of the deposited fluid. The substrate (S) goes from super hydrophilic (S1) to super hydrophobic (S2) condition.

[056] Nas reivindicações apresentadas neste documento, o único objetivo das referências entre parênteses é facilitar a leitura, não podendo ser consideradas como fatores restritivos no que diz respeito ao campo de proteção reivindicado nas reivindicações específicas.[056] In the claims presented in this document, the sole purpose of the references in parentheses is to facilitate reading and cannot be considered as restrictive factors with regard to the field of protection claimed in the specific claims.

Claims

Equipment for the hydrophobization of surfaces by physical vapor deposition of a film on a substrate (S), by "magnetron sputtering", comprising:
- a compact vacuum chamber (100), consisting of a left side wall (PE), a right side wall (PD), a bottom wall or base (PI), a top wall or ceiling (PS), a front wall ( PF) and a back wall (PT);
- at least two sputtering guns (10, 20);
- at least two targets (C1, C2) facing upwards and connected to an external power source, where
at least two sputtering guns (10, 20) have
at least two targets (C1, C2);
- a system for distributing (d) gases;
- sensors to control the general conditions of the process; and
- an equipment to control and monitor the linear speed of the substrate material;
characterized by the fact that:
- contains a first compartment (B1) for inserting a first coil (50) and a second compartment (B2) for inserting a second coil (40), wherein
the first compartment (B1) is located near
to the surface of the left side wall (PE) of the vacuum chamber (100), and
the second compartment (B2) is located close to the surface of the right side wall (PD) of the vacuum chamber (100);
- contains a system of spools (40, 50) of substrate (S), in which
the first coil (50) is located in the first compartment (B1), and the second coil (40) is located in the second compartment (B2), and in which the first coil (50) unwinds the substrate (S) to be treated ( S1), and the second coil (40) winds the substrate (S) after being treated (S2);
- the at least two sputtering guns (10, 20) are located at the base (PI) of the vacuum chamber (100), below the coil system (40, 50), where
the first cannon (10) is positioned close to the wall
left (PE) of the vacuum chamber (100),
the second cannon (20) is positioned close to the wall
right (PD) of the vacuum chamber (100),
- contains a system of pulleys (R), inside said vacuum chamber (100), for control and movement of coils (40, 50) of substrate (S), in which
the pulley system (R) is located between the first coil (50) and the second coil (40), above the at least two sputtering guns (10, 20);
a first pulley (RE) of the pulley system (R) is positioned close to the left wall (PE) of the vacuum chamber (100) and a second pulley (RD) of the pulley system (R) is positioned close to the right wall ( PD) of the vacuum chamber (100); and
the pulley system (R) has distance adjustment means (ARD, ARE) that can be adjusted during use of the equipment;
- contains a vacuum pump (B) positioned between the first (50) and the second (40) coil, close to the rear wall (PS) of the vacuum chamber (100);
- contains two targets (C1, C2), where
the first target (C1) is located over the first sputtering gun (10); and
the second target (C2) is located on the second sputtering gun (20);
- alternatively contains an anti-magnetic separator (60) located at the base of the vacuum chamber (100), between the targets (C1, C2).

Surface hydrophobization equipment by physical vapor deposition of a film on a substrate (S), by "magnetron sputtering", according to claim 1, characterized by the fact that the substrate after being treated (S2) has an antibacterial charge and antiviral.

Surface hydrophobization process by physical vapor deposition of a film on a substrate (S), by "magnetron sputtering", characterized by comprising the following steps:
- evacuating a chamber (100) by means of a vacuum pump (B), the chamber (100) being provided with devices for physical vapor deposition of a film on a porous substrate (S), by "magnetron sputtering" and a pulley system (R) with distance adjustment for displacement of a porous substrate (S) inside it, at a base working pressure, in which
base working pressure is less than 3X10-2 mbar;
- introducing into the chamber (100), in continuous flow, one or more inert gases until reaching a predetermined value of base working pressure approximately 2X10-1 mbar;
- introducing into the vacuum chamber (100) one or more reactive gases, by means of at least one gas controller (GC), and introducing into the vacuum chamber (100) one or more inert gases, by means of at least one controller of gases (GC), to generate the plasma of the one or more reactive gases together with the one or more inert gases, in which at least the HMDSO gas (Hexamethyldisiloxane) is injected as part of the one or more reactive gases, and in which
at least one carbon-containing gas is inserted as part of one or more inert and reactive gases;
- apply voltage to the targets (C1, C2) in order to generate the plasma;
- start moving the pulley system (R), adjusting the conditions of power applied to the targets (C1, C2), the distance between the porous substrate (S) and the targets (C1, C2), and the displacement speed of the porous substrate (S), in which
the adjustment of the distance between the porous substrate (S) and the targets (C1, C2) is carried out through the adjustment of the distance (ARE, ARD) of the pulley system (R);
- displace the porous substrate (S), causing it to pass through the generated plasmas, promoting the deposition of target materials (C2, C2) on the porous substrate (S), in which
the displacement of the porous substrate (S) is made by winding the second coil (50), together with the unwinding of the first coil (40).

Surface hydrophobization process, according to claim 3, characterized in that the plasma is generated from the addition of at least one inert gas, such as one of, but not limited to, He, Ar, Kr, Xe, Rn, CO2, Ne, by means of at least one gas controller (GC) in the chamber (100), and at least one reactive gas such as oxygen, nitrogen, HMDSO (Hexamethyldisiloxane) or any other reactive gas containing at least one of silicon and carbon, through at least one gas controller (GC).

Surface hydrophobization process, according to claim 2, characterized in that the target (C1, C2) is selected from a metal, such as titanium, copper, nickel, iron, silicon, aluminum, silver, zinc and tin, mixture of these metals, and of their oxides, carbides, nitrides and nitrates.

Surface hydrophobization process, according to claims 3 and 5, characterized in that the targets (C1, C2) are the same.

Surface hydrophobization process, according to claims 3 and 5, characterized in that the targets (C1, C2) are different.

Surface hydrophobization process, according to claim 3, characterized in that the one or more gases introduced into the chamber comprise argon and nitrogen, used in a N2/Ar ratio of 0 to 50% v/v.

Surface hydrophobization process, according to claim 8, characterized in that the one or more gases introduced into the chamber comprise argon and nitrogen, used in a N2/Ar ratio of 5 to 45% v/v.

Surface hydrophobization process, according to claim 3, characterized in that the base pressure is selected in a range between 10-4 to 10-8 Pa.

Surface hydrophobization process according to claim 3, characterized in that the working pressure is selected in a range of 10-2 to 10 Pa.

Surface hydrophobization process, according to claim 3, characterized in that the distance between the porous substrate (S) and the at least two guns (10, 20) is selected between 5 cm and 20 cm.

Surface hydrophobization process, according to claim 12, characterized in that the distance between the porous substrate (S) and the at least two guns (10, 20) can be adjusted with the equipment in operation, in which
the first pulley (RE) is adjusted by the first positioning adjustment means (ARE), and
the second sheave (RD) is adjusted by the second positioning adjustment means (ARD).

Surface hydrophobization process, according to claim 3, characterized in that it produces hydrophobic porous (S) surfaces with active antiviral nanoparticles.

Surface hydrophobization process, according to claim 14, characterized in that the active antiviral nanoparticles come from metal oxides and carbon.

Surface hydrophobization process, according to claims 3 to 15, characterized in that the process alternatively uses an anti-magnetic separator (60) positioned between the targets (C1, C2).

Surface hydrophobization process, according to claims 3 to 16, characterized in that it has a feedback system to control process parameters, including displacement speed of the porous substrate (S), flow of one or more inert gases, flow of one or more reactive gases, internal temperature in the chamber (100), internal pressure in the chamber (100), distance between the porous substrate (S) and the targets (C1, C2).

Surface hydrophobization process, according to claim 17, characterized in that the internal temperature control in the chamber (100) is carried out by means of a high power heating system (L).

Surface hydrophobization process, according to claim 17, characterized in that the control of the distance between the porous substrate (S) and the targets (C1, C2) is carried out by means of the distance adjustment (ARE, ARD) of the pulley system (R).

Surface hydrophobization process, according to claim 17, characterized in that the internal pressure control in the chamber (100) is carried out by means of a butterfly valve (VB).

Surface hydrophobization process, according to claim 17, characterized in that the flow control of one or more inert gases is carried out through the flow control of the gas controller (GC).

Surface hydrophobization process, according to claim 17, characterized in that the flow control of one or more reactive gases is carried out through the flow control of the gas controller (GC).

Surface hydrophobization process, according to claim 3, characterized by the fact that the porous substrate (S) is biodegradable.

Surface hydrophobization process, according to claim 3, characterized by the fact that the porous substrate (S) after being treated (S2) has an antibacterial and antiviral charge.