EP2084253B1 - Couche ultra-mince hydrophobe et oleophobe, procede de fabrication et utilisation en horlogerie comme epilame - Google Patents

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EP2084253B1
EP2084253B1 EP07816285.6A EP07816285A EP2084253B1 EP 2084253 B1 EP2084253 B1 EP 2084253B1 EP 07816285 A EP07816285 A EP 07816285A EP 2084253 B1 EP2084253 B1 EP 2084253B1
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Definitions

  • the present invention relates to a new ultra-thin hydrophobic and oleophobic layer formed by self-assembly on a solid substrate surface of catechol foot compounds, a process for preparing this ultra-thin layer and the use thereof as an epilame.
  • the proper functioning of a watch movement depends, among other things, on its lubrication.
  • the durability of the lubricant depends in particular on its maintenance in the operating zone: every watchmaker, however, has noticed that a drop of lubricant spreads rapidly over a clean part.
  • the deposition of an epilame layer generally in the form of a hydrophobic and oleophobic invisible molecular layer, avoids the spreading of the lubricant and its components.
  • the spreading of a liquid depends on the interaction forces between the liquid, the surface and the surrounding air (cf. JC Berg, “Wettability", Marcel Dekker, New York, 1993 and AW Adamson, “Physical Chemistry of Surfaces", Wiley ).
  • the parameter that characterizes the interaction forces between a liquid and the air is the surface tension, ⁇ LV .
  • a surface energy ⁇ SV between a solid and the surrounding air and a parameter ⁇ LS between the solid and the liquid is similarly defined.
  • the Young equation also shows that if the surface tension of the liquid is lower than the surface energy, the contact angle is zero and the liquid wets the surface. This is what happens for a lubricant deposited on a clean metal surface: in In fact, a lubricant has a surface tension of 35-40 mN / m, whereas a common metal surface has a higher surface energy.
  • the deposition of the compound on the substrate is carried out by soaking it in a solution of perfluorinated solvent loaded with polymer.
  • the solvent used is generally tetradecafluorohexane (C 6 F 14 ) which, once volatilized, is a greenhouse gas since it remains stable for 3200 years in the air and has a greenhouse potential of 7400 equivalents. CO 2 .
  • the object of the invention is to propose compounds that can be used as epilame and that can be attached to a solid substrate surface.
  • the invention indeed proposes a novel ultra-thin hydrophobic and oleophobic layer formed by self-assembly on a solid substrate surface of catechol foot compounds, and a process for preparing this ultra-thin layer which uses a non-fluorinated solvent, by for example a mixture of water and 2-propanol. Thanks to the catechol foot of the compounds used, this ultra-thin layer is firmly fixed to the surface of the solid substrate. This ultra-thin layer has satisfactory properties for use as an epilame, particularly a contact angle in advance with water and a spread of a drop of oil, quite comparable to those of the layer obtained from the reference product Fixodrop FK-BS.
  • the group A serves in particular to allow the attachment of the compounds to the surface of the solid substrate through the catechol group and the solubilization of the amphiphilic molecule A-B in the dipping solution.
  • Group B gives the ultra-thin layer its hydrophobic and oleophobic properties.
  • Interesting groups A are those selected from one of the following groups:
  • the compounds of formulas A-B can be obtained from known compounds using techniques and reactions well known to the organic chemist.
  • 1- (3,4-dihydroxyphenethyl) -3-octadecylurea can be obtained by reacting octadecylisocyanate and 3-hydroxy-tyramine hydrochloric acid in solution in DMF in the presence of N-methyl-morpholine.
  • the solid substrate on the surface of which the self-assembly is made can be any solid substrate involved in the operation of a mechanical movement, in particular consisting of a material selected from among gold, silver, silver steel, including 20AP steel, aluminum, brass, bronze, cuproberyllium, titanium dioxide, ruby, sapphire, silicon, nickel and nickel-phosphorus, as well as other surfaces metal, such as iron, chromium, tantalum, yttrium, silicon, germanium, copper, platinum, and metallic or ceramic oxides, such as zirconia and niobium (niobium oxide), this list not being limiting.
  • the substrate may also be a substrate in one of these materials or another whose surface has been coated or coated, for example by a galvanic deposition of gold, gold-copper-cadmium and gold, nickel, rhodium, tin-nickel, or treated by anodizing, as in the case of parts made of aluminum alloy or titanium, or modified by a surface treatment such as oxidation, carburization or nitriding.
  • the thickness of the ultra-thin layer measured in ellipsometry is 0.5 to 10 nm, which value will be higher for the definition of ultra-thin, preferably 1 to 4 nm.
  • the contact angle in advance with the water must generally be at least 100 °.
  • the contact angle in advance with the water must generally be at least 100 °.
  • epilame a film whose contact angle may be substantially less than 100 °, for example between 90 and 100 °, but still prevents spreading, which remains less than 2%.
  • the ultra-thin layer of formula A-B remains functional as epilame after two watch washes.
  • the invention also relates to a timepiece characterized in that it comprises an ultra-thin layer as defined above.
  • the invention also relates to a process for preparing the ultra-thin layer defined above, characterized in that it comprises immersing the substrate in a solution of the compound of formula AB, for example in water, or a mixture of water and protic solvent such as, for example, 2-propanol, or a mixture of an aprotic solvent and a solvent protic such as 2-propanol.
  • a solution of the compound of formula AB for example in water, or a mixture of water and protic solvent such as, for example, 2-propanol, or a mixture of an aprotic solvent and a solvent protic such as 2-propanol.
  • Octadecylisocyanate (668 mg, 2.26 mmol) was dripped into a solution of 3-hydroxy-tyramine hydrochloric acid (428 mg, 2.26 mmol) and N-methyl-morpholine (372 ⁇ l). ) in DMF (5 ml). The mixture was stirred under a nitrogen atmosphere for 6 hours. Water (50 ml) was added and the white precipitate formed was filtered and washed with water (10 ml) and acetone (10 ml). Recrystallization from acetone (160 ml) at -20 ° C gave 870 mg of white powder.
  • the gold, polished steel, aluminum, titania and ruby samples were cleaned in a UV / ozone chamber for 30 minutes and immersed overnight in the SuSoS1 solution. The samples were then immersed in 2-propanol for 10 seconds, rinsed with 2-propanol and dried with a stream of nitrogen. In the case of steel, the surfaces were slightly polished with a wipe impregnated with 2-propanol, rinsed with additional 2-propanol and dried with a stream of nitrogen (see Table 1A below). Or
  • X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis shows that SuSoS1 molecules are present on all surfaces by the detection of N elements.
  • An ultra-thin layer of SuSoS1 is coated with substrates of gold, polished steel and ruby as described in Example 2.
  • the surface appearance is excellent and no markings can be distinguished due to the deposit .
  • Fixodrop FK-BS An ultra-thin layer of Fixodrop FK-BS is coated with gold, polished steel and ruby substrates as specified by the manufacturer by dipping the substrates in a solution of tetradecafluorohexane.
  • the thickness of this layer measured by ellipsometry on gold is 1.0 nm for SuSoS1 and 1.7 nm for Fixodrop.
  • the spreading of the lubricants on a surface is characterized by measuring the average diameter of a drop of typically 0.5 mm in diameter immediately after the drop has been deposited and after 20 minutes.
  • the spread corresponds to the relative variation of the average diameter after 20 minutes.
  • a good performance of a lubricant corresponds to a spread of 2% or less. Spreading greater than 10% is noticeable in the eye and is not acceptable.
  • the oil used for the tests is a watch oil "941" (Moebius and Fils house, mixture of alkyl-aryl-monooleate and two C 10 -C 13 di-esters, viscosity of 110 cSt at 20 ° C, surface tension of 32.8 mN / m).
  • the spread obtained is compared on surfaces of steel, ruby, aluminum, titanium dioxide, and gold coated with the SuSoS1 molecule, as well as a gold surface coated with the commercial product Fixodrop FK -BS of the Moebius and Son house as indicated by the manufacturer.
  • the spread is in all cases less than 2%, and is comparable to that measured for the Fixodrop, as shown in the table below.
  • the contact angle obtained on the ultra-thin layers made with the molecule SuSoS1 is greater than 100 °, the surface energy is less than 20 mJ m -2 , and the spread is less than 2%.
  • the layers are resistant to ruby, aluminum and titanium dioxide washings, but less well to gold and steel.
  • the properties of the ultra-thin layer SuSoS1 are at least as good as those obtained with the commercial product Fixodrop.

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Description

  • La présente invention concerne une nouvelle couche ultra-mince hydrophobe et oléophobe formée par auto-assemblage sur une surface de substrat solide de composés à pied catéchol, un procédé pour préparer cette couche ultra-mince et l'utilisation de celle-ci comme épilame.
  • Le bon fonctionnement d'un mouvement horloger dépend entre autre de sa lubrification. La durabilité du lubrifiant dépend notamment de son maintien dans la zone de fonctionnement : tout horloger a cependant constaté qu'une goutte de lubrifiant s'étale rapidement sur une pièce propre. Le dépôt d'une couche d'épilame, généralement sous la forme d'une couche moléculaire invisible hydrophobe et oléophobe, permet d'éviter l'étalement du lubrifiant et de ses composants.
  • L'étalement d'un liquide dépend des forces d'interaction entre le liquide, la surface et l'air environnant (Cf. J.C. Berg, "Wettability", Marcel Dekker, New York, 1993 et A.W. Adamson, "Physical Chemistry of Surfaces", Wiley). Le paramètre qui caractérise les forces d'interaction entre un liquide et l'air est la tension superficielle, γLV. On définit de façon similaire une énergie de surface γSV entre un solide et l'air environnant et un paramètre γLS entre le solide et le liquide. Pour une goutte de liquide à l'équilibre sur une surface, l'équation de Young stipule que γSV - γLS = γLV·cosθ, où θ est l'angle de contact de la goutte de liquide par rapport à la surface. L'équation de Young montre également que si la tension superficielle du liquide est plus faible que l'énergie de surface, l'angle de contact est nul et le liquide mouille la surface. C'est ce qui se passe pour un lubrifiant déposé sur une surface métallique propre : en effet, un lubrifiant a une tension superficielle de 35-40 mN/m, alors qu'une surface métallique courante a une énergie de surface plus élevée.
  • L'énergie de surface dépend de plusieurs facteurs (J.P. Renaud et P. Dinichert, 1956, "Etats de surface et étalement des huiles d'horlogerie", Bulletin SSC III page 681) :
    • la composition chimique et la structure cristallographique du solide, et en particulier de sa surface,
    • les caractéristiques géométriques de la surface et sa rugosité (et donc les défauts et/ou l'état de polissage),
    • la présence de molécules adsorbées physiquement ou liées chimiquement à la surface, qui peuvent aisément masquer le solide et modifier considérablement son énergie de surface.
  • L'énergie de surface est souvent déterminée par la dernière couche atomique ou moléculaire. La nature chimique du solide a peu d'importance par rapport à l'état de sa surface et à la contamination qui la recouvre. Sur une surface métallique propre et exempte de contamination organique, l'angle de contact d'avance avec une goutte d'eau est inférieur à 10°. Avec une molécule formant des couches monomoléculaires auto-assemblées (SAM : Self-Assembled Monolayers) montrant un groupe fonctionnel -OH (p.ex. HOC11H22SH), cet angle de contact est d'environ 30°, alors qu'il est d'environ 110° pour un groupe fonctionnel -CH3 (p.ex. C12H25SH) et d'environ 118 ° pour un groupe fonctionnel -CF3 (p.ex. C10F17H4SH).
  • Les techniques de fabrication utilisées en horlogerie laissaient jusque dans les années 1930 un état de surface minimisant l'étalement des lubrifiants par la présence d'un film abaissant l'énergie de surface (M. Osowiecki, 1957, "Un nouvel épilame résistant aux lavages", Bulletin SSC III, page 735). Ce film disparut avec les perfectionnements apportés aux techniques de lavage, provoquant un étalement plus ou moins rapide des lubrifiants. En 1930, P. Woog de la Compagnie Française de Raffinage développa un produit anti-migration à base d'acide stéarique qu'il nomma "épilame". Celui-ci fut utilisé dans différentes branches de l'industrie jusqu'à la fin des années 60. Le nom est resté et désigne en horlogerie tout produit servant à garantir la tenue des lubrifiants sur une surface..
  • Le dépôt d'un composé sur une surface fonctionnelle afin d'abaisser l'énergie de surface et de contrôler la mouillabilité et l'adhérence est un procédé assez répandu. Cependant, son application comme film barrière ou antimigration est limité à l'horlogerie (M. Massin, "Epilames et lubrifiants associés à haute stabilité : propriétés, technologie d'application et résultats en horlogerie", Actes du congrès de Chronométrie Franco-Allemand, page 85, 1970, et "Conception de la lubrification en micromécanique : réalisations nouvelles par préparation des surfaces associées à des fluides silicones", Actes du congrès des Sociétés Allemande et Française de Chronométrie, page 95, 1971), à l'industrie spatiale (M. Marchetti, "Aspects globaux et locaux de la mise en oeuvre de la lubrication fluide en ambiance spatiale", Thèse de Doctorat INSA, Lyon, 2000) et à l'électronique. Les deux premiers domaines ont comme point commun la difficulté de remplacer un lubrifiant usagé ou épuisé.
  • Des produits à base d'acide stéarique dilué dans du toluène furent utilisés en horlogerie jusque dans les années 1970 (M.Osowiecki, référence ci-dessus et P. Ducommun, 1956, "Les huiles d'horlogerie synthétiques", J. Suisse Horl. Bij. 9-10, 117). Des recherches entreprises à la fin des années 60 débouchèrent sur deux développements importants. D'une part, un produit à base de silicone fut développé (P. Massin, références ci-dessus) mais ne connût qu'un succès limité. D'autre part, des produits à base de polymères fluorés furent introduits dans le courant des années 70 et sont encore utilisés aujourd'hui. La demande DD 238 812 A1 décrit des couches ultra-minces impliquant la mise en oeuvre de silanes et de perfluoroalcanes.
  • Actuellement, la grande majorité des épilames disponibles sur le marché, comme le Fixodrop FK-BS de Moebius, ou la ligne des produits Fluorad (FC-722 et autres) de 3M, consistent en un polymère fluoré dissous dans un solvant perfluoré.
  • Le dépôt du composé sur le substrat s'effectue par trempage de celui-ci dans une solution de solvant perfluoré chargée en polymère. Le solvant utilisé est généralement du tétradécafluorohexane (C6F14) qui est, une fois volatilisé, un gaz à effet de serre puisqu'il reste stable 3200 ans dans l'air et a un potentiel à effet de serre de 7400 equ. CO2.
  • L'invention a pour but de proposer des composés utilisables comme épilame pouvant être fixés à une surface de substrat solide.
  • Ces buts sont atteints par l'invention telle que définie dans le jeu de revendications ci-joint.
  • L'invention propose en effet une nouvelle couche ultra-mince hydrophobe et oléophobe formée par auto-assemblage sur une surface de substrat solide de composés à pied catéchol, et un procédé pour préparer cette couche ultra-mince qui utilise un solvant non fluoré, par exemple un mélange d'eau et de 2-propanol. Grâce au pied catéchol des composés utilisés, cette couche ultra-mince est solidement fixée à la surface du substrat solide. Cette couche ultra-mince présente des propriétés satisfaisantes pour une utilisation comme épilame, en particulier un angle de contact d'avance avec l'eau et un étalement d'une goutte d'huile, tout à fait comparables à celles de la couche obtenue à partir du produit commercial de référence Fixodrop FK-BS.
  • Les composés à pied catéchol ont pour formule générale

            A-B

    dans laquelle
    1. A représente un groupe de formule
      Figure imgb0001
       dans laquelle
      • Z représente C ou N+,
      • X représente C-H ou C-L, L étant un groupe électroattracteur choisi parmi F, Cl, Br, I, CF3, NO2 et N(CH3)3 +.
      • Y représente H ou CH3, ou Y forme avec X un hétérocycle de 5 ou 6 atomes,
      • T représente NH, NH-CO, NH-CO-NH ou NH2 +U-, U-étant choisi parmi F-, Cl-, Br-, I, OH-, NO3 -, HSO4 -, SO4 2-, CO3 2-, HCO3 - ou SCN-, et
    2. B représente un groupe alkyl linéaire aliphatique C1-C20 non substitué.
  • Le groupe A sert notamment à permettre la fixation des composés à la surface du substrat solide grâce au groupe catéchol et la solubilisation de la molécule amphiphile A-B dans la solution de trempage.
  • Le groupe B confère à la couche ultra-mince ses propriétés hydrophobes et oléophobes.
  • Des groupes A intéressants sont ceux choisis parmi l'un des groupes suivantes :
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
  • Les composés de formules A-B peuvent être obtenus à partir de composés connus en utilisant des techniques et des réactions bien connues du chimiste organicien.
  • Par exemple, le 1-(3,4-dihydroxyphénéthyl)-3-octadecylurée
    Figure imgb0005
     peut être obtenu en faisant réagir de l'octadécylisocyanate et 3-hydroxy-tyramine acide chlorhydrique en solution dans le DMF en présence de N-méthyl-morpholine.
  • Le substrat solide sur la surface duquel se fait l'auto-assemblage peut être n'importe quel substrat solide impliqué dans le fonctionnement d'un mouvement mécanique, en particulier constitué d'une matière choisie parmi l'or, l'argent, l'acier, notamment l'acier 20AP, l'aluminium, le laiton, le bronze, le cuprobéryllium, le dioxyde de titane, le rubis, le saphir, le silicium, le nickel et le nickel-phosphore, ainsi que d'autres surfaces métalliques, tels que le fer, le chrome, le tantale, l'yttrium, le silicium, le germanium, le cuivre, le platine , et d'oxydes métalliques ou céramiques, tels la zircone et la niobie (oxyde de niobium), cette liste n'étant pas limitative. Comme substrat, on peut utiliser aussi des polymères tels que les polyéthylènes, les polystyrols, les polyamides, les polydiméthylsiloxanes, les chlorures de polyvinyle, les résines époxy, cette liste n'étant pas là aussi limitative. Le substrat peut aussi être un substrat en une de ces matières ou une autre dont la surface a été recouverte ou revêtue, par exemple par un dépôt galvanique d'or, d'or-cuivre-cadmium et d'or, de nickel, de rhodium, d'étain-nickel, ou traitée par anodisation, comme dans le cas des pièces en alliage d'aluminium ou de titane, ou modifiée par un traitement de surface comme l'oxydation, la carburation ou la nitruration.
  • L'épaisseur de la couche ultra-mince mesurée en ellipsométrie est de 0,5 à 10 nm, valeur supérieure qu'on reteindra pour la définition de ultra-mince, de préférence de 1 à 4 nm.
  • Pour être considéré comme épilame, c'est à dire empêcher de façon satisfaisante l'étalement d'huile, l'angle de contact d'avance avec l'eau doit être généralement d'au moins 100°. Sera également considéré comme épilame un film dont l'angle de contact peut être sensiblement inférieur à 100°, par exemple compris entre 90 et 100°, mais qui empêche néanmoins l'étalement, qui reste inférieur à 2 %.
  • De préférence la couche ultra-mince de formule A-B reste fonctionnelle comme épilame après deux lavages horlogers.
  • L'invention concerne aussi une pièce d'horlogerie caractérisée en ce qu'elle comprend une couche ultra-mince telle que définie ci-dessus.
  • L'invention concerne aussi un procédé de préparation de la couche ultra-mince définie ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend l'immersion du substrat dans une solution du composé de formule A-B, par exemple dans de l'eau, ou un mélange d'eau et de solvant protique tel que, par exemple, le 2-propanol, ou encore un mélange d'un solvant aprotique et d'un solvant protique tel que le 2-propanol.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-après qui ont un caractère illustratif et non limitatif.
    • Exemple 1 Synthèse de 1-(3,4-dihydroxyphénéthyl)-3-octadecylurée (SuSoS1)
  • On a fait tomber goutte à goutte de l'octadécylisocyanate (668 mg, 2,26 mmol) dans une solution de 3-hydroxy-tyramine acide chlorhydrique (428 mg, 2,26 mmol) et de N-méthyl-morpholine (372 µl) dans du DMF (5 ml).On a agité le mélange sous atmosphère d'azote pendant 6 heures. On a ajouté de l'eau (50 ml) et on a filtré le précipité blanc formé et lavé avec de l'eau (10 ml) et de l'acétone (10 ml). La recristallisation à partir d'acétone (160 ml) à - 20 °C a donné 870 mg de poudre blanche.
    Poids moléculaire : 448,68
    % pondéral : C 72,28 ; H 10,78 ; N 6,24 ; O 10,70 sans H : C 84,375 ; N 6,25 ; O 9,373
    1H RMN (DMSO-d6, 300 MHz, 300 K, ppm) : 8,72 (s, 1H OH), 8,62 (s, 1H OH), 6,7-6,5 (m, 3H dopamine), 5,82 (t, 1H NH), 5,68 (t, 1H NH), 3, 12 (q, 2H CH2), 2,95 (q, 2H CH2), 2,5 (m, 4H CH2), 1,20 (m, 30H CH2), 0.86 (t, 3H CH3).
  • correspondant au 1-(3,4-dihydroxyphénéthyl)-3-octadecylurée :
    Figure imgb0006
    • Exemple 2 Préparation de solutions de trempage et immersion de différents substrats dans celles-ci. Préparation de la solution de trempage de SuSoS1
  • On a dissout 23,4 mg de SuSoS1 (0,052 mmol) dans 80 ml de 2-propanol dans une fiole de 100 ml graduée. On a soumis la solution aux ultrasons (avec l'appareil Sonorex super 10 P à 100 %) jusqu'à dissolution complète. On a ajouté de l'eau ultrapure jusqu'à la marque de la fiole et secoué vigoureusement, ce qui a fait augmenter la température de la solution. Après retour de la solution à température ambiante, on a ajouté quelques gouttes d'eau pour ajuster le volume à 100 ml. On a soumis la solution aux ultrasons pendant 10 secondes pour la dégazer et permettre un mélange complet de l'eau et du 2-propanol.
    • Immersion des substrats d'or, d'acier poli, d'aluminium, d'oxyde de titane et de rubis dans les solutions de trempage Protocole expérimental A
  • Les échantillons d'or, d'acier poli, d'aluminium, d'oxyde de titane et de rubis ont été nettoyés dans une chambre UV/ozone pendant 30 minutes et immergés pendant une nuit dans la solution de SuSoS1. Les échantillons ont été ensuite immergés dans du 2-propanol pendant 10 secondes , rincés avec du 2-propanol et séchés avec un flux d'azote. Dans le cas de l'acier, les surfaces ont été légèrement polies avec une lingette imbibée de 2-propanol, rincées avec du 2-propanol supplémentaire et séchées avec un flux d'azote (voir Tableau 1A ci-après). Ou
    • Protocole expérimental B
  • Les mêmes échantillons ont été immergés pendant 12 heures à température ambiante dans une solution dans une solution de 0.5 mM de la molécule SuSoS1 dans un mélange d'heptane (96%) et de 2-propanol (4%). Les échantillons ont été rincés avec du 2-propanol et séchés sous un flux d'azote sec (voir Tableau 1B ci-après).
    • Exemple 3 Analyse des couches ultra-minces formées par auto-assemblage sur différents substrats
  • Les monocouches formées par auto-assemblage sur les différents substrats ont été analysées par
  • Les différents substrats utilisés sont
    • des plaques de silicium recouverts d'une fine couche d'or
    • des disques d'acier poli
    • des disques de rubis poli
    • des plaques d'aluminium
    • des plaques de silicium recouverts d'une fine couche de dioxyde de titane
  • Les principaux paramètres mesurés par VASE et CA sont rassemblés dans les Tableaux 1A et 1B ci-après. Tableau 1A Epaisseur mesurée par ellipsométrie et angles de contact d'avance avec l'eau (selon protocole A)
    Substrat Modification Epaisseur mesurée par ellipsométrie [nm] Angle de contact d'avance avec l'eau [°]
    Or Propre - environ 50
    SuSoS1 1,0 93,4±2,1
    Acier poli Propre - < 10
    SuSoS1 2,7 108,5±1,0
    Aluminium Propre non mesuré < 10
    SuSoS1 non mesuré 98,8±0,6
    Dioxyde de titane Propre - < 10
    SuSoS1 3,4 111,8±0,7
    Rubis Propre non mesuré < 10
    SuSoS1 non mesuré -
    Tableau 1B: Epaisseur mesurée par ellipsométrie et angles de contact d'avance avec l'eau (selon protocole B)
    Substrat Modification Epaisseur mesurée par ellipsométrie [nm] Angle de contact d'avance avec l'eau [°]
    Or Propre - environ 50
    SuSoS1 non mesuré 108±4
    Acier poli Propre - < 10
    SuSoS1 non mesuré 107±1
    Aluminium Propre non mesuré < 10
    SuSoS1 non mesuré 105±2
    Dioxyde de titane Propre - < 10
    SuSoS1 2,9 112±3
    Rubis Propre non mesuré < 10
    SuSoS1 non mesuré 106±1
  • L'analyse par spectroscopie de photoélectrons par rayons X (XPS) montre que les molécules SuSoS1 sont présentes sur toutes les surfaces par la détection des éléments N.
  • Ces résultats montrent qu'on obtient sur tous les substrats testés une couche ultra-mince de SuSoS1.
  • Les valeurs d'angle de contact d'avance avec l'eau sont satisfaisantes pour une utilisation comme épilame (supérieures à 100° ou légèrement inférieures à cette valeur, mais avec des étalements inférieurs à 2% (comme on le verra plus loin.)
    • Exemple 4 Comparaison des couches ultra-fines formées par auto-assemblage de SuSoS1 et Fixodrop FK-BS sur des surfaces d'or, d'acier poli et de rubis. 1)Préparation des couches ultra-fines de SuSoS1 et Fixodrop sur les surfaces des différents substrats
  • On revêt d'une couche ultra-fine de SuSoS1 des surfaces de substrats d'or, d'acier poli et de rubis comme décrit dans l'exemple 2. L'aspect de surface est excellent et on ne distingue aucune marque due au dépôt.
  • On revêt d'une couche ultra-fine de Fixodrop FK-BS des surfaces de substrats d'or, d'acier poli et de rubis selon les indications du fabricant par trempage des substrats dans une solution de tétradécafluorohexane.
  • L'épaisseur de cette couche mesurée par ellipsométrie sur l'or est de 1,0 nm pour SuSoS1 et 1,7 nm pour le Fixodrop.
    • 2) Mesure d'étalement de lubrifiants
  • On caractérise l'étalement des lubrifiants sur une surface en mesurant le diamètre moyen d'une goutte de typiquement 0,5 mm de diamètre immédiatement après dépôt de la goutte et après 20 minutes. L'étalement correspond à la variation relative du diamètre moyen après 20 minutes. Une bonne tenue d'un lubrifiant correspond à un étalement de 2% ou moins. Un étalement supérieur à 10% se remarque à l'oeil et n'est pas acceptable. L'huile utilisée pour les tests est une huile horlogère "941 "(maison Moebius et Fils, mélange d'alkyl-aryl-monooléate et de deux C10-C13 di-esters, viscosité de 110 cSt à 20°C, tension superficielle de 32.8 mN/m).
  • On compare l'étalement obtenu sur des surfaces d'acier, de rubis, d'aluminium, de dioxyde de titane, et d'or revêtues de la molécule SuSoS1, ainsi que d'une surface d'or revêtue du produit commercial Fixodrop FK-BS de la maison Moebius et Fils selon les indications du fabricant. Pour la molécule SuSoS1, l'étalement est en tous les cas inférieur à 2%, et est comparable à celui mesuré pour le Fixodrop, comme montré par le tableau ci-après. Tableau 2 Etalement de lubrifiants
    Surface Couche ultra-mince Huile Moebius 941
    Acier SuSoS1 -0,04%
    Aluminium SuSoS1 +1,29%
    Dioxyde de titane SuSoS1 +0,23%
    Rubis SuSoS1 -0,97%
    Or SuSoS1 +0,09%
    Or Fixodrop FK-BS -0,90%
    • 3) Conclusion
  • Pour toutes les surfaces étudiées, l'angle de contact obtenu sur les couches ultra-minces réalisées avec la molécule SuSoS1 est supérieur à 100°, l'énergie de surface est inférieure à 20 mJ m-2, et l'étalement est inférieur à 2%.
  • Les couches résistent bien aux traitements de lavages sur rubis, aluminium, dioxyde de titane, mais moins bien sur or et acier.
  • Les propriétés de la couche ultra-mince SuSoS1 sont au moins aussi bonnes que celles obtenues avec le produit commercial Fixodrop.

Claims (10)

  1. Couche ultra-mince, dont l'épaisseur mesurée en ellipsométrie est de 0,5 à 10 nm, hydrophobe et oléophobe formée par auto-assemblage sur une surface de substrat solide de composés de formule générale

            A-B

    dans laquelle
    A représente un groupe de formule
    Figure imgb0007
     dans laquelle
    Z représente C ou N+,
    X représente C-H ou C-L, L étant un groupe électroattracteur choisi parmi F, Cl, Br, I, CF3, NO2 et N(CH3)3 +,
    Y représente H ou CH3, ou Y forme avec X un hétérocycle de 5 ou 6 atomes,
    T représente NH, CO, NH-CO, NH-CO-NH ou NH2 +U-, U- étant choisi parmi F-, Cl-, Br-, I-, OH-, NO3 -, HSO4 -, SO4 2- , CO3 2-, HCO3 - ou SCN-, et
    B représente un groupe alkyl linéaire aliphatique C1-C20 non substitué.
  2. Couche ultra-mince selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que A est choisi parmi l'un des groupes suivants :
    Figure imgb0008
    Figure imgb0009
    Figure imgb0010
  3. Couche ultra-mince selon l'une des revendications précédentes caractérisée par un composé de formule suivante :
    Figure imgb0011
  4. Couche ultra-mince selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le substrat solide est constitué d'une matière choisie parmi l'or, l'argent, l'acier, l'aluminium, le laiton, le bronze, le cuprobéryllium, le dioxyde de titane, le rubis, le saphir, le silicium, le nickel et le nickel-phosphore, ainsi que d'autres surfaces métalliques, tels que le fer, le chrome, le tantale, l'yttrium, le germanium, le cuivre, le platine , et d'oxydes métalliques ou céramiques, tels la zircone ou la niobie (oxyde de niobium), ou des polymères tels que les polyéthylènes, les polystyrols, les polyamides, les polydiméthylsiloxanes, les chlorures de polyvinyle, les résines époxy, ou encore un substrat en une de ces matières ou une autre dont la surface a été recouverte ou revêtue, par exemple par un dépôt galvanique d'or, d'or-cuivre-cadmium et d'or, de nickel, de rhodium, d'étain-nickel, ou traitée par anodisation, comme dans le cas des pièces en alliage d'aluminium ou de titane, ou modifiée par un traitement de surface comme l'oxydation, la carburation ou la nitruration.
  5. Couche ultra-mince selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que son angle de contact d'avance avec l'eau est d'au moins 100°.
  6. Pièce d'horlogerie, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche ultra-mince selon l'une des revendications précédentes.
  7. Procédé de préparation d'une couche ultra-mince selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'immersion du substrat dans une solution du composé de formule A-B dans de l'eau ou un mélange d'eau et de solvant protique.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le solvant protique est le 2-propanol.
  9. Procédé de préparation d'une couche ultra-mince selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'immersion du substrat dans une solution du composé de formule A-B dans un mélange de solvant aprotique et de solvant protique.
  10. Utilisation d'une couche ultra-mince selon l'une des revendications 1 à 5 comme épilame.
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