EP3145642B1 - Novel process for obtaining superhydrophobic or superhydrophilic surfaces - Google Patents

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EP3145642B1
EP3145642B1 EP15726049.8A EP15726049A EP3145642B1 EP 3145642 B1 EP3145642 B1 EP 3145642B1 EP 15726049 A EP15726049 A EP 15726049A EP 3145642 B1 EP3145642 B1 EP 3145642B1
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EP
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nanoparticles
teos
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deposition
particles
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Nicolas Lefevre
Stéphane BEJANIN
Abdelhafed TALEB
Dorra BEN JAZIA DALLEL
Olivier FAVRAT
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Surfactis Technologies SAS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Surfactis Technologies SAS
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Definitions

  • the present inventors have sought to develop a process allowing an easy and lasting application of a superhydrophilic or superhydrophobic coating, in particular on a transparent and heat-sensitive material, without risking its transparency.
  • This process should be simple and inexpensive, and contain only low temperature steps ( ⁇ 180 ° C, preferably ⁇ 100 ° C).
  • the superhydrophobic surfaces obtained by this process must nevertheless have good chemical resistance to detergents and solvents, as well as good physical resistance to abrasion and UV waves.
  • the method of the invention is applied to a surface made of a heat-sensitive material.
  • This primary bonding layer is especially important when the surface to be covered is polymeric.
  • the surface preparation protocol and its covering (steps a0) to a4) above indicated) will be repeated as many times as necessary, i.e. by repeating, as many times as necessary, the deposition steps of an adhesion agent followed by deposition of a new population of particles.
  • the populations of nanoparticles and the adhesion agent used to form these raspberry nanoparticles can be as described above.
  • the purification step a'3) can, for example, be carried out by filtering or centrifuging the raspberry nanoparticles formed.
  • a change of solvent between the preparation of the raspberry nanoparticles and their deposition can also be envisaged.
  • the nanoparticles are then dried by evaporation of the solvent before being dispersed in a solvent suitable for deposition (see below).
  • wiping means a deposition means by which a fabric, paper or brush, impregnated with the solution / suspension to be deposited, is applied to the surface to be treated. The fabric or paper is then rubbed so as to wet the entire surface.
  • this step consists in bringing the surface covered with nanoparticles or raspberry nanoparticles into contact with a crosslinking agent.
  • This contacting can be sequential (first the nanoparticles, then the crosslinking agent, cf. examples 10 and 15) or concomitant.
  • the method of the invention contains a final step consisting in covering the textured surface with a layer of hydrophobic organic molecules which will make the surface superhydrophobic.
  • the surfaces thus treated can be used in different applications, for example in optical or optronic equipment (display systems, lenses, portholes, glasses, protective visor, helmet visor), renewable energies (solar panels), constructions (windows and doors), the automotive or aerospace industry, windshields, mirrors or telecommunications (for radars for example).
  • optical or optronic equipment display systems, lenses, portholes, glasses, protective visor, helmet visor
  • renewable energies solar panels
  • constructions windshields, mirrors or telecommunications (for radars for example).
  • the surface roughness is better when the deposition is carried out with a mass concentration of 0.5% in nanoparticles of 100 nm and 0.25% in nanoparticles of 15 nm in ethanol as solvent. Furthermore, the contact angles are slightly higher when the deposition of the crosslinking agent (TEOS) is carried out.
  • TEOS crosslinking agent
  • NP100-NH2 500 mg
  • NP15 315 mg
  • 40 ml of EtOH 40 ml
  • the mixture is immersed in a bath in the US for 30 min, then the reaction medium is stirred overnight at 50 ° C.
  • the mixture is cooled to r.t.
  • Ethanol is introduced in order to prepare a solution at 0.5% by mass.
  • Example 11 The surface preparation conditions are similar to those of Example 16. The same solutions were prepared and used. PMMA is previously activated by UV-Ozone and covered with a primary layer of TEOS as defined in Example 20. The raspberry nanoparticles used are isocyanate nanoparticles as prepared in Example 11.
  • PMMA plates (5 ⁇ 5 cm 2 ) are immersed in TEOS solutions at concentrations of (A) 10mM, (B) 80mM, (C) 250mM in a water-alcohol mixture.

Description

Résumé de l'inventionSummary of the invention

La présente invention vise un procédé de texturation de surfaces conférant à celles-ci un caractère superhydrophobe, superoléophobe, superhydrophile ou encore superoléophile.The present invention relates to a process for texturing surfaces giving them a superhydrophobic, superoleophobic, superhydrophilic or even superoleophilic character.

Ce procédé comprend i) une étape de texturation de la surface (via le dépôt de nanoparticules de tailles différentes), ii) une étape de réticulation de la surface ainsi texturée (par un agent réticulant), et éventuellement iii) une étape de modification des propriétés de surface par des molécules perfluorées (et donc hydrophobes).This process comprises i) a step of texturing the surface (via the deposition of nanoparticles of different sizes), ii) a step of crosslinking the surface thus textured (by a crosslinking agent), and optionally iii) a step of modifying the surface properties by perfluorinated (and therefore hydrophobic) molecules.

Ce procédé est adapté, entre autres, au traitement de surfaces et de matériaux thermosensibles et/ou transparents. En effet, aucune des étapes du procédé n'utilise une température supérieure à 100°C. Ainsi, le procédé de l'invention est particulièrement adapté pour traiter des surfaces transparentes composées de matériaux non minéraux comme par exemple le polycarbonate, dont il n'affectera ni la transparence ni les propriétés optiques.This process is suitable, among other things, for the treatment of surfaces and heat-sensitive and / or transparent materials. Indeed, none of the process steps uses a temperature above 100 ° C. Thus, the process of the invention is particularly suitable for treating transparent surfaces composed of non-mineral materials such as, for example, polycarbonate, of which it will not affect the transparency or the optical properties.

Description de l'art antérieurDescription of the Prior Art

Une surface est dite superhydrophobe lorsque sa surface est très difficile à mouiller. C'est le cas de la feuille de lotus, de la capucine ou de chou. Il en est de même pour les plumes de canard qui restent sèches à la sortie de l'eau. Bien que le phénomène de l'auto-nettoyage associé aux feuilles de lotus soit connu en Asie depuis au moins 2000 ans, son étude est assez récente.A surface is said to be superhydrophobic when its surface is very difficult to wet. This is the case with the lotus leaf, nasturtium or cabbage. It is the same for the duck feathers which remain dry at the exit of the water. Although the phenomenon of self-cleaning associated with lotus leaves has been known in Asia for at least 2000 years, its study is fairly recent.

L'effet lotus est un phénomène de superhydrophobie causé par une rugosité hiérarchique de la surface à la fois microscopique et nanoscopique. Dans le cas de la feuille de lotus, la double structure est formée d'un épiderme. La couche extérieure (ou cuticule) contient une couche de cire. L'épiderme de la feuille est formé de papilles de quelques microns sur lesquelles repose la cire. Cette couche de cire est hydrophobe et forme la deuxième composante de la double structure. Cette dernière confère à la surface de la feuille de lotus des capacités autonettoyantes : en s'écoulant, les gouttes d'eau emportent avec elles les poussières et les particules.The lotus effect is a phenomenon of superhydrophobia caused by a hierarchical roughness of the surface, both microscopic and nanoscopic. In the case of the lotus leaf, the double structure is formed by an epidermis. The outer layer (or cuticle) contains a layer of wax. The epidermis of the leaf is formed by papillae of a few microns on which the wax rests. This wax layer is hydrophobic and forms the second component of the double structure. The latter confers on the surface of the lotus leaf self-cleaning capacities: by flowing, the drops of water take with them dust and particles.

On devine l'intérêt pratique qu'il peut y avoir à élaborer de telles surfaces superhydrophobes : les gouttes les fuient, et les surfaces restent sèches après une exposition à l'eau. Stimulés par les applications potentielles (lunettes autonettoyantes, pare-brise anti-pluie, revêtement antigivre, des vêtements intachables, des peintures anti-humidité) les chimistes et les physiciens ont multiplié depuis les années 1990 les procédés pour fabriquer de telles surfaces. Avec l'émergence des nanotechnologies et le développement des outils de fabrication, de nouveaux procédés ont vu le jour. Il est aujourd'hui bien établi que deux propriétés sont requises pour obtenir des surfaces superhydrophobes: une faible tension de surface (propriété chimique), et une rugosité hiérarchique (propriété physique).We can guess the practical interest that there can be in developing such superhydrophobic surfaces: the drops flee from them, and the surfaces remain dry after exposure to water. Stimulated by potential applications (self-cleaning glasses, rain shields, anti-icing coating, intolerable clothing, anti-humidity paints) chemists and physicists have multiplied since the 1990s the processes for manufacturing such surfaces. With the emergence of nanotechnologies and the development of manufacturing tools, new processes have emerged. It is now well established that two properties are required to obtain superhydrophobic surfaces: low surface tension (chemical property), and hierarchical roughness (physical property).

De la même façon, une surface texturée ne présentant pas de caractère hydrophobe aura tendance à être fortement hydrophile voire superhydrophile (l'angle de contact avec l'eau sera alors proche de 0°). La surface est alors totalement mouillable par l'eau. Le film d'eau créé par la condensation est continu et ne génère donc pas de nuisance visuelle. Ceci ouvre des perspectives d'application dans la lutte contre la condensation et la buée sur des surfaces transparentes ou miroir.Similarly, a textured surface that does not have a hydrophobic character will tend to be highly hydrophilic or even superhydrophilic (the contact angle with water will then be close to 0 °). The surface is then completely wettable by water. The film of water created by condensation is continuous and therefore does not generate visual disturbance. This opens perspectives for application in the fight against condensation and fogging on transparent or mirror surfaces.

Plus précisément, pour créer une surface superhydrophobe avec une haute mobilité de l'eau (état non mouillant de Cassie-Baxter), il convient d'utiliser :

  1. i) Une surface très rugueuse, qui peut piéger de l'air sous les gouttes d'eau, et
  2. ii) Une couche de passivation de faible énergie de surface appliquée sur la texture rugueuse et très fine pour ne pas altérer la surface des aspérités.
More specifically, to create a superhydrophobic surface with high water mobility (Cassie-Baxter non-wetting state), it is advisable to use:
  1. i) A very rough surface, which can trap air under the drops of water, and
  2. ii) A passivation layer of low surface energy applied to the rough and very fine texture so as not to alter the surface of the roughness.

Pour obtenir une surface superhydrophile, seule l'étape i) est nécessaire.To obtain a superhydrophilic surface, only step i) is necessary.

Ces deux traitements successifs permettent d'obtenir des surfaces autonettoyantes et anti-salissures, ce qui est très important lorsqu'elles sont utilisées notamment à l'extérieur et donc exposées aux conditions climatiques.These two successive treatments make it possible to obtain self-cleaning and anti-fouling surfaces, which is very important when they are used in particular outside and therefore exposed to climatic conditions.

Le premier produit commercial qui mimique l'effet lotus a vu le jour en 1999 et consiste en une peinture auto-nettoyante pour façades (Lotusan®). D'autres secteurs de l'industrie ont adopté cette technologie. Les verres auto-nettoyants de la société Ferro GmbH constituent un autre domaine d'utilisation : ils ont été installés dans les capteurs optiques situés aux péages des autoroutes allemandes. La Société EVONIK AG a, quant à elle, développé des prototypes de laques et de matières plastiques.The first commercial product that mimics the lotus effect was born in 1999 and consists of a self-cleaning paint for facades (Lotusan®). Other industry sectors have adopted this technology. Another area of use is self-cleaning glasses from Ferro GmbH: they have been installed in optical sensors located at toll booths on German motorways. EVONIK AG has developed prototypes of lacquers and plastics.

D'autres applications nécessitent, outre la superhydrophobie ou la superhydrophilie, la transparence. C'est le cas par exemple des équipements optiques (fenêtres, lentilles, lunettes) ou des cellules solaires.Other applications require, in addition to superhydrophobia or superhydrophilia, transparency. This is the case, for example, with optical equipment (windows, lenses, glasses) or solar cells.

Or la transparence et la rugosité sont généralement des propriétés antinomiques. En effet, quand la rugosité augmente, la transparence diminue à cause de la diffusion de la lumière due à la rugosité de surface. La diffusion de la lumière peut être décrite par la diffusion Rayleigh ou la diffusion de Mie selon la taille de la rugosité de surface (en supposant que la rugosité se comporte comme des particules sphériques). Selon ces principes bien établis, la diffusion de la lumière est fonction de la rugosité et de l'indice de réfraction du milieu. Seul un compromis judicieux entre la rugosité et l'indice de réfraction d'un matériau permet donc de la rendre à la fois transparente et superhydrophobe/ superhydrophile.However, transparency and roughness are generally contradictory properties. In fact, when the roughness increases, the transparency decreases due to the scattering of light due to the surface roughness. Light scattering can be described by Rayleigh scattering or Mie scattering depending on the size of the surface roughness (assuming the roughness behaves like spherical particles). According to these well-established principles, light scattering is a function of the roughness and the refractive index of the medium. Only a judicious compromise between the roughness and the refractive index of a material therefore makes it possible to make it both transparent and superhydrophobic / superhydrophilic.

Plusieurs techniques ont été décrites pour préparer des surfaces à la fois transparentes et superhydrophobes par nano-texturation. Des nanoparticules ont notamment été proposées pour contrôler la rugosité des surfaces en vue d'augmenter leur hydrophobicité [ Deng X. et al, Advanced Materials. 23(26):p.2962 ].Several techniques have been described for preparing surfaces which are both transparent and superhydrophobic by nano-texturing. Nanoparticles have in particular been proposed for controlling the roughness of surfaces with a view to increasing their hydrophobicity [ Deng X. et al, Advanced Materials. 23 (26): p.2962 ].

Différents types de nanoparticules ont été utilisés pour fabriquer des films poreux hydrophobes (TiO2, ZnO, etc ...). Parmi ces nanoparticules, celles à base de Silice (SiO2) ont une taille modulable et une excellente résistance aux rayures. Elles sont aujourd'hui commercialisées, et leur surface peut être modifiée par silanisation. Faciles d'emploi, elles sont actuellement utilisées pour recouvrir surface en utilisant des surfaces planes ou des substrats microstructurés grâce à plusieurs méthodes (« spin coating », « dip coating » et « spray coating »).Different types of nanoparticles have been used to make porous hydrophobic films (TiO 2 , ZnO, etc ...). Among these nanoparticles, those based on Silica (SiO 2 ) have a modular size and excellent scratch resistance. They are now on the market, and their surface can be modified by silanization. Easy to use, they are currently used to cover surfaces using flat surfaces or microstructured substrates using several methods ("spin coating", "dip coating" and "spray coating").

Plus précisément, des surfaces superhydrophobes et transparentes ont été obtenues par le « dip coating » de nanoparticules de Silice de 60 nm de diamètre sur des substrats de verres traités avec du 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES), suivi par l'évaporation sous vide du perfluorodecyltriethoxysilane (PFTS) puis d'un recuit thermique (entre 900°C et 1100°C pendant 30 à 120 min sous atmosphère O2)[ Ling X. Y. et al., Langmuir, 2009.25(5). p.3260-3263 ]. Ce recuit à forte température permet d'assurer une adhérence et une bonne stabilité mécanique du revêtement Il est important de noter que, sans ce recuit à haute température, le revêtement peut être enlevé facilement avec un ruban adhésif.More specifically, superhydrophobic and transparent surfaces were obtained by the “dip coating” of silica nanoparticles 60 nm in diameter on glass substrates treated with 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES), followed by evaporation under vacuum of the perfluorodecyltriethoxysilane (PFTS) then thermal annealing (between 900 ° C and 1100 ° C for 30 to 120 min under O 2 atmosphere) [ Ling XY et al., Langmuir, 2009.25 (5). p.3260-3263 ]. This high temperature annealing ensures adhesion and good mechanical stability of the coating. It is important to note that, without this high temperature annealing, the coating can be easily removed with an adhesive tape.

Une autre technique a été mise au point par l'équipe de Karunakaran et al (Langmuir. 27(8). p.4594-4602 ). Par le procédé de « dip-coating », des nanoparticules de Silice de plusieurs tailles (100 nm, 50 nm et 20 nm) fonctionnalisées avec de l'APTES ont été déposées sur différents substrats (verre, silice, époxy et tissus), puis recuites à 200°C ou 400°C pendant 2 heures, afin d'augmenter l'adhésion et assurer une bonne stabilité mécanique. Elles ont ensuite été recouvertes de PFTS par un dépôt en phase vapeur. Dans ce procédé, le traitement thermique s'avère essentiel, car il améliore la stabilité du revêtement de nanoparticules contre le moulage PDMS tout en maintenant la superhydrophobicité après exposition à la lumière UV (200 mW. cm-2 pendant 1 semaine) dans les conditions ambiantes. Dans ce cas, l'utilisation de l'APTES permet une affinité transitoire des différentes populations de particules, créée par des liaisons électrostatiques entre le groupement amine de l'APTES (chargé positivement) et les groupements hydroxyles de la silice (chargés négativement). La cohésion de l'ensemble est ensuite assurée par une phase de recuit à haute température.Another technique was developed by the team of Karunakaran et al (Langmuir. 27 (8). P.4594-4602 ). By the dip-coating process, silica nanoparticles of several sizes (100 nm, 50 nm and 20 nm) functionalized with APTES were deposited on different substrates (glass, silica, epoxy and fabrics), then annealed at 200 ° C or 400 ° C for 2 hours, in order to increase adhesion and ensure good mechanical stability. They were then covered with PFTS by vapor deposition. In this process, heat treatment is essential because it improves the stability of the coating of nanoparticles against PDMS molding while maintaining superhydrophobicity after exposure to UV light (200 mW. Cm -2 for 1 week) under the conditions ambient. In this case, the use of APTES allows a transient affinity of the different populations of particles, created by electrostatic bonds between the amine group of APTES (positively charged) and the hydroxyl groups of silica (negatively charged). The cohesion of the assembly is then ensured by a high temperature annealing phase.

D'autres techniques existent. Par exemple, WO 2012/138992 propose de texturer des surfaces en utilisant des nanoparticules de deux tailles différentes, recouvertes d'une couche de polymère qui était réticulée en chauffant la surface. US 2013/0064990 propose quant à lui de déshydrater la surface puis de la traiter avec du SiCl4 en milieu anhydre. Enfin, US 2013/0115381 propose de texturer des surfaces en utilisant des mélanges complexes contenant de la micro-poudre et des polymères qui réticulent à haute température.Other techniques exist. For example, WO 2012/138992 proposes to texturize surfaces using nanoparticles of two different sizes, covered with a layer of polymer which was crosslinked by heating the surface. US 2013/0064990 proposes to dehydrate the surface and then treat it with SiCl4 in an anhydrous medium. Finally, US 2013/0115381 suggests texturing surfaces using mixtures complexes containing micro-powder and polymers which crosslink at high temperature.

Ces techniques ne sont cependant pas adaptées aux matériaux transparents et thermosensibles, car elles contiennent une étape de chauffage à forte température (ci-dessus appelée « recuit »). En effet, chauffer des matériaux thermosensibles transparents entraîne généralement une altération de leur transparence (ils peuvent se craqueler et/ou devenir opalescents). Il est donc essentiel de ne pas chauffer ces matériaux lorsque leur transparence doit être préservée.These techniques are not, however, suitable for transparent and heat-sensitive materials, since they contain a step of heating at high temperature (above called “annealing”). Indeed, heating transparent thermosensitive materials generally results in an alteration of their transparency (they may crack and / or become opalescent). It is therefore essential not to heat these materials when their transparency must be preserved.

D'autres exemples utilisent un greffage covalent des particules entre elles pour former des particules dites « framboise » (i.e., constituées d'un agglomérat de particules). On peut citer Ming W. et al (Nano Letters. 5(11). p.2298-2301 ) qui fait réagir des particules porteuses de fonctions époxydes (diamètre 700nm) et des particules porteuses de fonctions amine (diamètre 70nm). L'interaction amine-époxyde conduit à la formation d'une liaison covalente entre ces particules. Ces particules sont ensuite incluses dans une résine époxy qui doit être partiellement ou totalement dégradée pour laisser apparaitre une rugosité mais sans assurer de tenue mécanique. Par ailleurs, les particules sont toutes fonctionnalisées avant dépôt ce qui ne laisse pas de zone de silice disponible pour un greffage simple d'une molécule hydrophobe par une liaison covalente comme par exemple un silane perfluoré. Cette méthode ne satisfait donc pas aux exigences d'une surface transparente et robuste.Other examples use a covalent grafting of the particles together to form so-called “raspberry” particles (ie, made up of an agglomerate of particles). We can cite Ming W. et al (Nano Letters. 5 (11). P.2298-2301 ) which reacts particles carrying epoxy functions (diameter 700nm) and particles carrying amine functions (diameter 70nm). The amine-epoxide interaction leads to the formation of a covalent bond between these particles. These particles are then included in an epoxy resin which must be partially or completely degraded to reveal a roughness but without ensuring mechanical strength. Furthermore, the particles are all functionalized before deposition, which does not leave a silica zone available for simple grafting of a hydrophobic molecule by a covalent bond, for example a perfluorinated silane. This method therefore does not meet the requirements for a transparent and robust surface.

Sur un principe similaire, Zhao et al (Colloids and Surface A. 339. p.26-34 ) proposent de réaliser à partir de particules de silice recouvertes d'APTES des particules porteuses de fonctions isocyanates. Ces particules présentent alors une haute réactivité ce qui permet de les faire réagir avec une autre population de particules et ainsi former des agrégats (ou « framboises »). Zhao et al obtiennent des agrégats de grandes tailles (> 5 µm) à partir de mélanges complexes de molécules organiques. Ces particules nécessitent au moins deux traitements pour être réactives les unes par rapport aux autres. L'ajout de polymère rend la réactivité et la cohésion des agrégats difficiles à contrôler.On a similar principle, Zhao et al (Colloids and Surface A. 339. p.26-34 ) propose to produce from silica particles coated with APTES particles carrying isocyanate functions. These particles then have a high reactivity which allows them to react with another population of particles and thus form aggregates (or "raspberries"). Zhao et al obtain large aggregates (> 5 µm) from complex mixtures of organic molecules. These particles require at least two treatments to be reactive with each other. The addition of polymer makes the reactivity and cohesion of the aggregates difficult to control.

Ces différentes techniques, difficilement contrôlables étant donnée leur complexité, ne sont donc pas compatibles avec les contraintes inhérentes à des applications industrielles.These different techniques, which are difficult to control given their complexity, are therefore not compatible with the constraints inherent in industrial applications.

En particulier, elles ne sont pas adaptées au traitement de surfaces transparentes et thermosensibles en vue de les rendre superhydrophile ou superhydrophobe.In particular, they are not suitable for treating transparent and heat-sensitive surfaces in order to make them superhydrophilic or superhydrophobic.

Les présents inventeurs ont cherché à développer un procédé permettant d'appliquer facilement et de façon durable un revêtement superhydrophile ou superhydrophobe, notamment sur un matériau transparent et thermosensible, sans risquer d'en altérer la transparence. Ce procédé devait être simple et de faible coût, et ne contenir que des étapes à basse température (<180°C, de préférence <100°C). Les surfaces superhydrophobes obtenues grâce à ce procédé devaient néanmoins présenter une bonne résistance chimique aux détergents et aux solvants, ainsi qu'une bonne résistance physique à l'abrasion et aux ondes UV.The present inventors have sought to develop a process allowing an easy and lasting application of a superhydrophilic or superhydrophobic coating, in particular on a transparent and heat-sensitive material, without risking its transparency. This process should be simple and inexpensive, and contain only low temperature steps (<180 ° C, preferably <100 ° C). The superhydrophobic surfaces obtained by this process must nevertheless have good chemical resistance to detergents and solvents, as well as good physical resistance to abrasion and UV waves.

Description de l'inventionDescription of the invention

Les présents inventeurs ont pu démontrer qu'un procédé de recouvrement comprenant i) le dépôt successif ou concomitant de plusieurs populations de nanoparticules de tailles différentes, et ii) une phase de réticulation de cette couche à basse température (<180°C, de préférence <100°C) confère des propriétés superhydrophiles à un grand nombre de matériaux (transparents ou non). De plus, l'ajout d'un traitement par des molécules perfluorées permet de transformer ces mêmes surfaces en surfaces superhydrophobes et superoléophobes. Les étapes i) et ii) permettent également, à elles-seules, de conférer des propriétés superhydrophobes et superoléophobes si les particules utilisées sont elles-mêmes hydrophobes. Ce procédé est adapté, entre autres, au traitement de surfaces thermosensibles puisqu'aucune de ces étapes n'implique de chauffer le matériau ou sa surface à une température supérieure à 180°C. Il peut même, dans certains cas, être totalement effectué à température ambiante. Cette caractéristique est importante en ceci qu'elle permet de traiter des surfaces transparentes composées de matériaux non minéraux (comme par exemple le polycarbonate) sans pour autant affecter la transparence desdits matériaux ni ses propriétés optiques.The present inventors have been able to demonstrate that a recovery process comprising i) the successive or concomitant deposition of several populations of nanoparticles of different sizes, and ii) a phase of crosslinking of this layer at low temperature (<180 ° C., preferably <100 ° C) gives superhydrophilic properties to a large number of materials (transparent or not). In addition, the addition of a treatment with perfluorinated molecules makes it possible to transform these same surfaces into superhydrophobic and superoleophobic surfaces. Steps i) and ii) also make it possible, alone, to impart superhydrophobic and superoleophobic properties if the particles used are themselves hydrophobic. This process is suitable, among other things, for the treatment of heat-sensitive surfaces since none of these steps involves heating the material or its surface to a temperature above 180 ° C. It can even, in certain cases, be completely carried out at room temperature. This characteristic is important in that it makes it possible to treat transparent surfaces composed of non-mineral materials (such as polycarbonate for example) without affecting the transparency of said materials or its optical properties.

Par « superhydrophobe », on entend, au sens de la présente invention, un matériau qui donne des angles de contact avec l'eau supérieurs à 130°, de préférence supérieurs à 140°, de manière encore plus préférée supérieurs à 150°. L'angle de contact est mesuré par dépôt d'une goutte d'eau sur une surface plane du matériau et mesure de l'angle que fait la tangente de la goutte avec le matériau.By “ superhydrophobic ” is meant, within the meaning of the present invention, a material which gives contact angles with water greater than 130 °, preferably greater than 140 °, even more preferably greater than 150 °. The contact angle is measured by depositing a drop of water on a flat surface of the material and measuring the angle made by the tangent of the drop with the material.

Par « superoléophobe », on entend, au sens de la présente invention, un matériau qui donne des angles de contact avec des huiles supérieurs à 130° de préférence supérieurs à 140°, de manière encore plus préférée supérieurs à 150°. L'angle de contact est mesuré par dépôt d'une goutte d'huile sur une surface plane du matériau et mesure de l'angle que fait la tangente de la goutte avec le matériau.By “ superoleophobic ” is meant, within the meaning of the present invention, a material which gives contact angles with oils greater than 130 °, preferably greater than 140 °, even more preferably greater than 150 °. The contact angle is measured by depositing a drop of oil on a flat surface of the material and measuring the angle made by the tangent of the drop with the material.

Par « superhydrophile », on entend, au sens de la présente invention, un matériau qui donne des angles de contact avec l'eau inférieurs à 10°, de préférence inférieurs à 5°. L'angle de contact est mesuré par dépôt d'une goutte d'eau sur une surface plane du matériau et mesure de l'angle que fait la tangente de la goutte avec le matériau.By “ superhydrophilic ” is meant, within the meaning of the present invention, a material which gives contact angles with water of less than 10 °, preferably less than 5 °. The contact angle is measured by depositing a drop of water on a flat surface of the material and measuring the angle made by the tangent of the drop with the material.

Par « superoléophile », on entend, au sens de la présente invention, un matériau qui donne des angles de contact avec des huiles inférieurs à 10°, de préférence inférieurs à 5°. L'angle de contact est mesuré par dépôt d'une goutte d'huile sur une surface plane du matériau et mesure de l'angle que fait la tangente de la goutte avec le matériau.By “ superoleophilic ” is meant, within the meaning of the present invention, a material which gives contact angles with oils less than 10 °, preferably less than 5 °. The contact angle is measured by depositing a drop of oil on a flat surface of the material and measuring the angle made by the tangent of the drop with the material.

De manière générale, le procédé comprend donc au moins i) une étape de texturation de la surface (via le dépôt de nanoparticules de tailles différentes) et ii) une étape de réticulation à basse température (préférentiellement à température ambiante) de la surface ainsi texturée (par un agent réticulant). Lorsque l'agent de réticulation n'est pas suffisamment hydrophobe ou est hydrophile, il est possible d'ajouter, après cette étape de réticulation, une étape de modification des propriétés de surface à l'aide de molécules hydrophobes (par exemple des molécules perfluorées).In general, the method therefore comprises at least i) a step of texturing the surface (via the deposition of nanoparticles of different sizes) and ii) a step of crosslinking at low temperature (preferably at room temperature) of the surface thus textured (by a crosslinking agent). When the crosslinking agent is not sufficiently hydrophobic or is hydrophilic, it is possible to add, after this crosslinking step, a step of modifying the surface properties using hydrophobic molecules (for example perfluorinated molecules ).

En d'autres termes, la présente demande décrit un procédé de recouvrement de surfaces comprenant au moins les étapes :

  1. a) Dépôt d'au moins deux populations de nanoparticules de tailles différentes sur le matériau à traiter, et
  2. b) Réticulation de la surface recouverte de nanoparticules à l'aide d'un agent réticulant, à basse température.
In other words, the present application describes a method of covering surfaces comprising at least the steps:
  1. a) depositing at least two populations of nanoparticles of different sizes on the material to be treated, and
  2. b) Crosslinking of the surface covered with nanoparticles using a crosslinking agent, at low temperature.

Dans un mode de réalisation préféré, l'agent de réticulation est hydrophile (par exemple s'il s'agit du TEOS), ce procédé permet donc d'obtenir des surfaces superhydrophiles.In a preferred embodiment, the crosslinking agent is hydrophilic (for example if it is TEOS), this process therefore makes it possible to obtain superhydrophilic surfaces.

Dans un mode de réalisation préféré, ce procédé contient une troisième étape (c) consistant à recouvrir les surfaces obtenues après les étapes a) et b) de molécules perfluorées, ce qui permet de les rendre superhydrophobes.In a preferred embodiment, this method contains a third step (c) consisting in covering the surfaces obtained after steps a) and b) with perfluorinated molecules, which makes them superhydrophobic.

Avantageusement, aucune des étapes a), b) et c) de ce procédé n'implique de chauffer la surface à traiter à une température supérieure à 180°C.Advantageously, none of the steps a), b) and c) of this process involves heating the surface to be treated to a temperature above 180 ° C.

Surfaces à traiterSurfaces to be treated

Le procédé de l'invention peut être appliqué à la surface d'une très grande variété de matériaux.The method of the invention can be applied to the surface of a very wide variety of materials.

Cette surface peut notamment être constituée d'un composite contenant du carbone (graphène, nanotubes de carbone, SiC, SiN, SiP, graphite), d'une matière polymérique, d'un métal, d'un alliage, ou d'un oxyde métallique. En outre, elle peut être un composite de matériaux organiques polymériques et de matériaux inorganiques. Elle peut aussi être appliquée sur des matériaux organiques comme le bois ou le coton.This surface can in particular consist of a composite containing carbon (graphene, carbon nanotubes, SiC, SiN, SiP, graphite), a polymeric material, a metal, an alloy, or an oxide metallic. In addition, it can be a composite of polymeric organic materials and inorganic materials. It can also be applied to organic materials such as wood or cotton.

Plus particulièrement, cette surface peut être en acier, en acier inoxydable, en oxyde d'indium et d'étain (ITO), en zinc, en sulfure de zinc en aluminium, en titane, en or, en chrome ou en nickel. Alternativement, cette surface peut être constituée de silicium, d'aluminium, de germanium ou d'oxydes de ceux-ci ou de leurs alliages comme par exemple le quartz, les verres borosilicatés comme le BK7, ou sodo-calciques. Elle peut également être constituée de polycarbonate (PC), poly éthylène téréphtalate (PET), poly methacrylate de méthyle (PMMA), polystyrène, polyéthylène (PE), polypropylène (PP), poly (acide lactique), poly acide glycolique, polyester, poly(acide acrylique) (PAA), polyacrylate, polyacrylamide (PAM), polyacrylate d'alkyle (polyacrylate de méthyle (PMA), polyacrylate d'éthyle (PEA), polyacrylate de butyle (PBA)), poly(acide méthacrylique) (PMA), polyméthacrylate, polytetrafluoro ethylène (PTFE), ou encore de polyfluorure de vinylidène (PVDF). Ces différentes matières polymériques pouvant être présentes en mélange ou sous forme de copolymères.More particularly, this surface can be made of steel, stainless steel, indium tin oxide (ITO), zinc, zinc sulfide, aluminum, titanium, gold, chromium or nickel. Alternatively, this surface may consist of silicon, aluminum, germanium or oxides thereof or their alloys such as for example quartz, borosilicate glasses such as BK7, or soda-lime. It can also be made of polycarbonate (PC), poly ethylene terephthalate (PET), poly methyl methacrylate (PMMA), polystyrene, polyethylene (PE), polypropylene (PP), poly (lactic acid), poly glycolic acid, polyester, poly (acrylic acid) (PAA), polyacrylate, polyacrylamide (PAM), alkyl polyacrylate (methyl polyacrylate (PMA), polyethylacrylate (PEA), polybutylacrylate (PBA)), poly (acid methacrylic) (PMA), polymethacrylate, polytetrafluoro ethylene (PTFE), or polyvinylidene fluoride (PVDF). These different polymeric materials can be present in a mixture or in the form of copolymers.

Dans un mode de réalisation préféré, le procédé de l'invention est appliqué à une surface constituée d'au moins 50%, de préférence d'au moins 75%, de silice, d'aluminium, de germanium, d'oxydes de ceux-ci ou d'alliages de ceux-ci. Idéalement, il s'agit d'une surface constituée à 100% de ces composés. Dans un mode de réalisation préféré, la surface est transparente, en verre ou en silice ou en polycarbonate.In a preferred embodiment, the method of the invention is applied to a surface consisting of at least 50%, preferably at least 75%, of silica, aluminum, germanium, oxides of those or alloys thereof. Ideally, it is a surface made up of 100% of these compounds. In a preferred embodiment, the surface is transparent, glass or silica or polycarbonate.

Dans un mode de réalisation plus préféré, le procédé de l'invention est appliqué sur une surface constituée d'un matériau thermosensible.In a more preferred embodiment, the method of the invention is applied to a surface made of a heat-sensitive material.

Par « matériau thermosensible », on entend dans la présente invention, un matériau dont la structure, l'aspect, les propriétés mécaniques, optiques, physiques ou chimiques sont altérées lorsqu'il est chauffé à une température supérieure à 180°C.By “ heat-sensitive material ” is meant in the present invention, a material whose structure, appearance, mechanical, optical, physical or chemical properties are altered when it is heated to a temperature above 180 ° C.

A titre d'exemple de matériau thermosensible, on peut citer certaines matières polymériques contenant des composés comme les polycarbonates, les poly methylmethacrylate (PMMA), le polypropylène, le polyacétate de vinyle (PVA), les polyamides (PA), Poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), les poly alcools vinyliques (PVAI), les polystyrènes (PS), les polychlorures de vinyles (PVC) et les polyacrylonitriles (PAN), dont les propriétés (solidité, transparence, résistance mécanique...) sont altérées lorsqu'elles sont chauffées à des températures supérieures à 180°C.As an example of a heat-sensitive material, there may be mentioned certain polymeric materials containing compounds such as polycarbonates, poly methylmethacrylate (PMMA), polypropylene, polyvinyl acetate (PVA), polyamides (PA), Poly (terephthalate d (ethylene) (PET), polyvinyl alcohols (PVAI), polystyrenes (PS), polyvinyl chlorides (PVC) and polyacrylonitriles (PAN), whose properties (solidity, transparency, mechanical resistance ...) are altered when heated to temperatures above 180 ° C.

Dans un mode de réalisation encore plus préféré, le procédé de l'invention est appliqué à un matériau contenant plus de 50% de polycarbonate ou des composites de polycarbonate recouverts de groupement SiOx.In an even more preferred embodiment, the method of the invention is applied to a material containing more than 50% of polycarbonate or of polycarbonate composites covered with an SiO x group.

Activation / pré-traitement de la surface à traiter (optionnel) Activation / pre-treatment of the surface to be treated (optional)

L'activation d'une surface consiste à rendre un matériau mouillable et réactif alors qu'il est initialement inerte vis-à-vis de la couche superhydrophile ou superhydrophobe que l'on souhaite greffer.The activation of a surface consists in rendering a material wettable and reactive while it is initially inert with respect to the superhydrophilic or superhydrophobic layer which it is desired to graft.

Sur des surfaces polymériques telles que par exemple des polyéthylènes, polypropylènes, polyuréthanes, PMMA, ou polycarbonates, l'activation peut être obtenue par un traitement ionisant tel qu'un traitement UV-ozone , plasma, ou corona qui va créer des radicaux libres sur la surface et insérer des groupements à haute énergie comme des groupements hydroxyles. Ces groupements sont alors propices à l'interaction avec les revêtements superhydrophiles ou superhydrophobes décrits par ailleurs dans ce document.On polymeric surfaces such as for example polyethylenes, polypropylenes, polyurethanes, PMMA, or polycarbonates, the activation can be obtained by an ionizing treatment such as a UV-ozone, plasma, or corona treatment which will create free radicals on the surface and insert high energy groups like hydroxyl groups. These groups are then suitable for interaction with the superhydrophilic or superhydrophobic coatings described elsewhere in this document.

Dans un mode de réalisation préféré, le matériau à recouvrir (ou la surface à traiter) est activée par un traitement physique comme par exemple un traitement UV-ozone ou un traitement plasma. Les conditions de ces traitements sont bien connues de l'homme du métier (cf. exemple 14). Cette étape d'activation est surtout importante lorsque la surface est constituée de polymères, tels que ceux décrits plus haut.In a preferred embodiment, the material to be covered (or the surface to be treated) is activated by a physical treatment such as for example a UV-ozone treatment or a plasma treatment. The conditions of these treatments are well known to those skilled in the art (cf. example 14). This activation step is especially important when the surface consists of polymers, such as those described above.

Cette étape d'activation physique n'est pas indispensable lorsque la surface à recouvrir est constituée de matériaux inorganiques ou de métaux tels que ceux décrits plus haut.This physical activation step is not essential when the surface to be covered consists of inorganic materials or metals such as those described above.

En outre, certaines surfaces à recouvrir peuvent être avantageusement pré-traitées avec un agent d'adhésion au préalable des étapes a) et b).In addition, certain surfaces to be covered can advantageously be pretreated with an adhesion agent before steps a) and b).

Dans le contexte de la présente invention, un « agent d'adhésion » est un composé chimique organique qui permet de créer une interaction forte, comme par exemple une liaison covalente, entre la surface et les différentes nanoparticules qui seront déposées sur celle-ci. De tels agents d'adhésion sont par exemple des molécules organiques dissymétriques porteuses de deux fonctions permettant de réagir de façon séquentielle avec des particules. Lesdits agents d'adhésion sont de préférence des composés de monomères organiques comprenant :

  1. 1) des fonctions d'accroche sur la surface (suivant le type de surface à traiter, ce groupement peut être par exemple un silane, un phosphonate ou un thiol), et
  2. 2) des fonctions permettant d'assurer une affinité de la surface pour les nanoparticules, comme par exemple un groupement chimique réactif permettant la formation de liaisons covalentes.
In the context of the present invention, an " adhesion agent " is an organic chemical compound which makes it possible to create a strong interaction, such as for example a covalent bond, between the surface and the various nanoparticles which will be deposited thereon. Such adhesion agents are, for example, asymmetric organic molecules carrying two functions making it possible to react sequentially with particles. Said adhesion agents are preferably compounds of organic monomers comprising:
  1. 1) attachment functions on the surface (depending on the type of surface to be treated, this group may for example be a silane, a phosphonate or a thiol), and
  2. 2) functions making it possible to ensure an affinity of the surface for the nanoparticles, such as for example a reactive chemical group allowing the formation of covalent bonds.

De préférence, les agents d'adhésion utilisables pour prétraiter les surfaces dans le procédé de l'invention sont les composés silanes isocyanate, parmi lesquels on peut citer le 3-(Trimethoxysilyl)propyl isocyanate (NCO-TMS) et le 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate. On peut également citer les composés silanes époxydes comme par exemple le 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) ou le 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane.Preferably, the adhesion agents which can be used for pretreating the surfaces in the process of the invention are the isocyanate silane compounds, among which mention may be made 3- (Trimethoxysilyl) propyl isocyanate (NCO-TMS) and 3- (Triethoxysilyl) propyl isocyanate. Mention may also be made of epoxy silane compounds such as for example 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) or 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane.

De tels agents d'adhésion peuvent être utilisés lorsque les surfaces à traiter sont par exemple en silicium, en silice, en verre, en germanium, en polymères organiques, en métal, alliage ou en oxyde métallique.Such adhesion agents can be used when the surfaces to be treated are for example made of silicon, silica, glass, germanium, organic polymers, metal, alloy or metal oxide.

Contrairement à ce que proposent différentes équipes, il est préférable de ne pas recouvrir la surface d'intérêt avec des composés aminés tels que les composés aminoalkyle silane (parmi lesquels le 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES), le 3-aminopropyl trimethoxysilane (APTMS), le 4-aminobutyl triethoxysilane (ABTES), le 3-aminopropyl tri-isopropoxysilane (APTiPrS), ou encore le 3-aminopropyl trichlorosilane (APTCS)). Il est également préférable de ne pas recouvrir la surface d'intérêt de polymères cationiques (comme la poly-lysine, le poly-hydrochlorure d'alkylamine, ou encore le poly-N-vinylimidazole). En effet, tous ces composés créent des liaisons faibles avec les nanoparticules qui seront ensuite ajoutées, ces liaisons faibles étant néfastes à la stabilité et la résistance de la couche (cf. Exemple 12).Contrary to what various teams propose, it is preferable not to cover the surface of interest with amino compounds such as the aminoalkyl silane compounds (among which 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES), 3-aminopropyl trimethoxysilane (APTMS) , 4-aminobutyl triethoxysilane (ABTES), 3-aminopropyl tri-isopropoxysilane (APTiPrS), or even 3-aminopropyl trichlorosilane (APTCS)). It is also preferable not to cover the surface of interest with cationic polymers (such as poly-lysine, polyalkylamine hydrochloride, or even poly-N-vinylimidazole). Indeed, all of these compounds create weak bonds with the nanoparticles which will then be added, these weak bonds being detrimental to the stability and the resistance of the layer (cf. Example 12).

Il est à noter que, dans le cas d'une surface en silice, il est possible de ne pas utiliser d'agent d'adhésion. Si un agent d'adhésion est cependant utilisé, ce sera préférentiellement un agent permettant de former des liaisons covalentes, de façon à augmenter l'interaction entre les particules et une surface.It should be noted that, in the case of a silica surface, it is possible not to use an adhesion agent. If an adhesion agent is however used, it will preferably be an agent making it possible to form covalent bonds, so as to increase the interaction between the particles and a surface.

Pour augmenter les interactions du revêtement superhydrophobe ou superhydrophile avec le matériau, une couche primaire d'accrochage peut également être utilisée. Cette couche primaire pourra être déposée en complément ou non de l'activation par un traitement physique. Par « couche primaire d'accrochage », on entend le dépôt d'une couche uniforme d'un alkoxyde de métal de transition comme par exemple le tetra ethoxy silicate (TEOS). Pour faciliter ce dépôt, une surface pourra au préalable être activée par un traitement ionisant comme par exemple des traitements plasma ou UV-Ozone (cf. exemple 20).To increase the interactions of the superhydrophobic or superhydrophilic coating with the material, a primary bonding layer can also be used. This primary layer may or may not be deposited in addition to activation by physical treatment. By “ primary bonding layer ” is meant the deposition of a uniform layer of a transition metal alkoxide such as for example tetra ethoxy silicate (TEOS). To facilitate this deposition, a surface can be activated beforehand by an ionizing treatment such as, for example, plasma or UV-Ozone treatments (cf. example 20).

Cette couche primaire d'accrochage est surtout importante lorsque la surface à recouvrir est polymérique.This primary bonding layer is especially important when the surface to be covered is polymeric.

Plus précisément, il est avantageux, lorsque la surface d'intérêt est constituée de matériaux polymériques, de combiner les deux types de pré-traitements, c'est-à-dire d'appliquer un pré-traitement physique (UV, ozone ou plasma) et une couche primaire d'accrochage (avec du TEOS par exemple). De préférence, le dépôt de la couche primaire d'accrochage a lieu après le pré-traitement physique.More precisely, it is advantageous, when the surface of interest consists of polymeric materials, to combine the two types of pre-treatments, that is to say to apply a physical pre-treatment (UV, ozone or plasma ) and a primary bonding layer (with TEOS for example). Preferably, the deposition of the primary bonding layer takes place after the physical pretreatment.

Lorsque la surface d'intérêt est constituée d'un matériau inorganique ou métallique, il n'est pas nécessaire de l'activer, ni par un traitement physique, ni par une couche primaire d'accrochage. En outre, il n'est pas nécessaire de traiter ce type de surface avec un agent d'adhésion tel que défini ci-dessus. Ces différents traitements sont donc optionnels (sur ce type de surface).When the surface of interest consists of an inorganic or metallic material, it is not necessary to activate it, neither by a physical treatment, nor by a primary bonding layer. Furthermore, it is not necessary to treat this type of surface with an adhesion agent as defined above. These different treatments are therefore optional (on this type of surface).

Il convient dans tous les cas de s'assurer que la surface est propre. Au besoin, une étape de nettoyage / lavage peut être ajoutée au procédé de l'invention.In all cases, make sure that the surface is clean. If necessary, a cleaning / washing step can be added to the process of the invention.

Dans un mode de réalisation préféré, une activation physique de la surface est réalisée. Elle est suivie par le dépôt d'une couche primaire d'accrochage. Ce primaire d'accrochage est de préférence une solution acide de TEOS. Dans ce mode de réalisation préféré, la solution de TEOS est réalisée dans l'eau, l'alcool ou un mélange de ces liquides, a une concentration comprise entre 1 mM et 1000 mM, plus préférentiellement comprise entre 10 mM et 500 mM, et, de façon encore plus préférentielle, compris entre 50 mM et 250 mM. Le dépôt de cette couche primaire peut se faire par dip-coating ou par spray.In a preferred embodiment, physical activation of the surface is performed. It is followed by the deposition of a primary bonding layer. This primer is preferably an acid solution of TEOS. In this preferred embodiment, the TEOS solution is produced in water, alcohol or a mixture of these liquids, at a concentration between 1 mM and 1000 mM, more preferably between 10 mM and 500 mM, and , even more preferably, between 50 mM and 250 mM. The deposition of this primary layer can be done by dip-coating or by spray.

Populations de nanoparticulesNanoparticle populations

La première étape du procédé de l'invention consiste à déposer au moins deux populations de nanoparticules de tailles différentes sur la surface à traiter.The first step of the process of the invention consists in depositing at least two populations of nanoparticles of different sizes on the surface to be treated.

Par « nanoparticule » (ou NP), on entend au sens de l'invention des particules solides sphériques de très petite taille, typiquement de taille nanométrique à micrométrique. Plus précisément, les « nanoparticules » utilisables dans le procédé de l'invention ont un diamètre moyen compris entre 1nm et 10 µm.By “ nanoparticle ” (or NP) is meant within the meaning of the invention very spherical solid particles of very small size, typically of nanometric to micrometric size. More specifically, the “nanoparticles” which can be used in the process of the invention have an average diameter of between 1 nm and 10 μm.

Par « population de nanoparticules », on entend, au sens de la présente invention, un ensemble de nanoparticules de même taille ou de taille similaire, i.e., ayant une même forme et une taille homogène. En pratique, le diamètre des nanoparticules au sein d'une même population suit une distribution Gaussienne qui peut varier d'au maximum 30%.By “ population of nanoparticles ” is meant, within the meaning of the present invention, a set of nanoparticles of the same size or of similar size, ie, having the same shape and a homogeneous size. In practice, the diameter of nanoparticles within the same population follows a Gaussian distribution which can vary by a maximum of 30%.

Les deux populations de nanoparticules peuvent être déposées successivement (ou séquentiellement) sur la surface à traiter, ou concomitamment. Dans ce deuxième cas, elles peuvent avoir été agglomérées au préalable, générant des nanoparticules plus grosses appelées « framboises » qui seront déposées ensuite sur la surface. Des framboises peuvent également se former directement sur la surface à traiter, lorsque les deux populations sont ajoutées successivement ou concomitamment.The two populations of nanoparticles can be deposited successively (or sequentially) on the surface to be treated, or concomitantly. In this second case, they may have been agglomerated beforehand, generating larger nanoparticles called “raspberries” which will then be deposited on the surface. Raspberries can also form directly on the surface to be treated, when the two populations are added successively or concomitantly.

Ces nanoparticules « framboises » sont constituées de nanoparticules de grande taille à la surface desquelles des plus petites nanoparticules sont greffées (de préférence en une seule couche). Elles sont donc constituées de deux populations de nanoparticules au sens de la présente demande. Ces assemblages de nanoparticules sont à l'origine de la rugosité à l'échelle nanométrique créée sur la surface. Cette rugosité permet d'apporter les propriétés superhydrophiles ou encore les propriétés superhydrophobes (si la surface rugueuse est ensuite traitée par un composé hydrophobe).These “raspberry” nanoparticles are made up of large nanoparticles on the surface of which smaller nanoparticles are grafted (preferably in a single layer). They therefore consist of two populations of nanoparticles within the meaning of the present application. These assemblies of nanoparticles are at the origin of the roughness on the nanometric scale created on the surface. This roughness makes it possible to provide the superhydrophilic properties or even the superhydrophobic properties (if the rough surface is then treated with a hydrophobic compound).

Ces nanoparticules « framboises » sont obtenues en utilisant au moins deux tailles de nanoparticules distinctes. Il est donc essentiel, dans le cadre de la présente invention, d'utiliser deux catégories de nanoparticules ayant des tailles distinctes (les unes sensiblement plus grosses que les autres).These “raspberry” nanoparticles are obtained by using at least two different sizes of nanoparticles. It is therefore essential, in the context of the present invention, to use two categories of nanoparticles having distinct sizes (some substantially larger than the others).

Dans un mode de réalisation préféré, les nanoparticules utilisées dans le procédé de l'invention ont des diamètres compris entre 1 nm et 10 µm, plus préférentiellement compris entre 5 nm et 1µm, et, de façon encore plus préférentielle, compris entre 10 nm et 500nm. Idéalement, les diamètres des populations de particules ont un ratio compris entre 2 et 30, et de façon préférée un ratio compris entre 3 et 10. Ce ratio correspond au rapport du diamètre des grandes particules sur le diamètre des petites particules.In a preferred embodiment, the nanoparticles used in the process of the invention have diameters between 1 nm and 10 μm, more preferably between 5 nm and 1 μm, and, even more preferably, between 10 nm and 500nm. Ideally, the diameters of the populations of particles have a ratio of between 2 and 30, and preferably a ratio of between 3 and 10. This ratio corresponds to the ratio of the diameter of large particles to the diameter of small particles.

Pour des applications sur des surfaces transparentes utilisant des longueurs d'ondes dans le visible et/ou dans l'infrarouge, les nanoparticules utilisées dans l'étape a) auront un diamètre préféré compris entre 10 et 200nm. Idéalement, les diamètres des populations de nanoparticules ont un ratio compris entre 2 et 30, et de façon préférée ont un ratio compris entre 3 et 10. Ce ratio correspond au rapport du diamètre des grandes nanoparticules sur le diamètre des petites nanoparticules.For applications on transparent surfaces using wavelengths in the visible and / or in the infrared, the nanoparticles used in step a) will have a preferred diameter of between 10 and 200 nm. Ideally, the diameters of the populations of nanoparticles have a ratio of between 2 and 30, and preferably have a ratio of between 3 and 10. This ratio corresponds to the ratio of the diameter of large nanoparticles to the diameter of small nanoparticles.

Dans un mode de réalisation préféré entre tous, les deux populations de nanoparticules utilisées dans le procédé de l'invention ont un diamètre compris entre 50 et 200 nm pour les unes, et entre 5 et 50 nm pour les autres.In a most preferred embodiment, the two populations of nanoparticles used in the process of the invention have a diameter of between 50 and 200 nm for some, and between 5 and 50 nm for others.

Si les populations de nanoparticules monodisperses sont privilégiées, des nanoparticules polydisperses peuvent également être utilisées.If the populations of monodisperse nanoparticles are preferred, polydisperse nanoparticles can also be used.

Par « monodisperse », on entend des particules ayant un diamètre dont la variation n'excède pas 10%. Par exemple une population de particules de diamètre 50nm sera considérée comme monodisperse si les diamètres des particules au sein de cette population sont compris entre 50nm±10%, soit entre 45 et 55 nm.By " monodisperse " is meant particles having a diameter the variation of which does not exceed 10%. For example, a population of particles with a diameter of 50 nm will be considered to be monodisperse if the diameters of the particles within this population are between 50 nm ± 10%, ie between 45 and 55 nm.

Par « polydisperse », on entend tous les autres cas. A savoir, des populations de particules dont le diamètre varie de plus de 10%, ou encore un mélange de deux populations monodisperses.By " polydisperse " is meant all other cases. Namely, populations of particles whose diameter varies by more than 10%, or else a mixture of two monodisperse populations.

A titre d'exemple, les inventeurs présentent ci-après des résultats obtenus en utilisant deux populations de nanoparticules polydisperses ayant un diamètre compris entre 70 et 100nm pour les unes et entre 10 et 15nm pour les autres.By way of example, the inventors present below the results obtained by using two populations of polydisperse nanoparticles having a diameter of between 70 and 100 nm for some and between 10 and 15 nm for others.

Les nanoparticules utilisées dans le procédé de l'invention peuvent être constituées de différents matériaux. Parmi eux, on peut citer:

  • Les matériaux inorganiques (comme par exemple le silicium, l'aluminium, le titane, le zinc, le germanium et/ou leurs oxydes),
  • les métaux, les alliages, les oxydes et les céramiques ou encore les composites contenant du carbone, et
  • les polymères, parmi lesquels : le polycarbonate, le poly éthylène téréphtalate (PET), le poly methacrylate de méthyle (PMMA), le polystyrène, le polyéthylène, le polyester, le poly(acide acrylique) (PAA), le polyacrylate, le polyacrylamide (PAM), le polyacrylate d'alkyle (polyacrylate de méthyle (PMA), le polyacrylate d'éthyle (PEA), le polyacrylate de butyle (PBA)), le poly(acide méthacrylique) (PMA), le latex et le polyméthacrylate.
The nanoparticles used in the process of the invention can be made of different materials. Among them, we can cite:
  • Inorganic materials (such as, for example, silicon, aluminum, titanium, zinc, germanium and / or their oxides),
  • metals, alloys, oxides and ceramics or composites containing carbon, and
  • polymers, among which: polycarbonate, polyethylene terephthalate (PET), poly methyl methacrylate (PMMA), polystyrene, polyethylene, polyester, poly (acrylic acid) (PAA), polyacrylate, polyacrylamide (PAM), poly (alkyl polyacrylate) (poly methyl acrylate (PMA), poly (ethyl acrylate) (PEA), polybutylacrylate (PBA)), poly (methacrylic acid) (PMA), latex and polymethacrylate.

Les nanoparticules peuvent également être constituées d'un seul composé ou d'un alliage de plusieurs composés de natures différentes.Nanoparticles can also consist of a single compound or an alloy of several compounds of different natures.

Les deux populations de nanoparticules de tailles différentes peuvent être constituées de matériaux différents (par exemple en silice et en polycarbonate). Cependant, dans un mode de réalisation préféré, les deux populations de nanoparticules de tailles différentes sont constituées du même matériau (par exemple en silice, ou en polycarbonate).The two populations of nanoparticles of different sizes can be made of different materials (for example silica and polycarbonate). However, in a preferred embodiment, the two populations of nanoparticles of different sizes are made of the same material (for example silica, or polycarbonate).

Pour les applications dans lesquelles les propriétés transparentes doivent être maintenues après traitement, on privilégiera des nanoparticules dont l'indice de réfraction est proche de celui du matériau à recouvrir.For applications in which the transparent properties must be maintained after treatment, preference will be given to nanoparticles whose refractive index is close to that of the material to be covered.

Dans un mode de réalisation préféré, lesdites nanoparticules sont de la même matière que la surface à recouvrir. Ainsi, elles sont de préférence constituées de silice, d'aluminium, de titane, de germanium, d'oxydes de ceux-ci ou d'alliages de ceux-ci, ou de polycarbonate.In a preferred embodiment, said nanoparticles are of the same material as the surface to be covered. Thus, they are preferably made of silica, aluminum, titanium, germanium, oxides thereof or alloys thereof, or polycarbonate.

Dépôt successif des nanoparticulesSuccessive deposition of nanoparticles

Dans un mode de réalisation préféré, la première couche de nanoparticules déposée sur la surface n'a été recouverte ou ne sera recouverte d'aucun agent d'adhésion.In a preferred embodiment, the first layer of nanoparticles deposited on the surface has not been covered or will not be covered with any adhesion agent.

Dans un autre mode de réalisation, la première couche de nanoparticules déposée a été recouverte ou sera recouverte par un agent d'adhésion permettant d'augmenter l'affinité des particules avec la surface et/ou des nanoparticules les unes avec les autres. Ledit agent d'adhésion est un composé chimique organique qui permet de créer une interaction forte, comme par exemple une liaison covalente, entre les différentes nanoparticules qui seront déposées à la surface dudit matériau. Cet agent doit, lui-même, avoir une interaction forte avec les nanoparticules.In another embodiment, the first layer of nanoparticles deposited has been covered or will be covered by an adhesion agent making it possible to increase the affinity of the particles with the surface and / or of the nanoparticles with each other. Said adhesion agent is an organic chemical compound which makes it possible to create a strong interaction, such as for example a covalent bond, between the various nanoparticles which will be deposited on the surface of said material. This agent must, itself, have a strong interaction with nanoparticles.

De tels agents d'adhésion sont par exemple des molécules organiques dissymétriques porteuses de deux fonctions permettant de réagir de façon séquentielle avec des particules.Such adhesion agents are, for example, asymmetric organic molecules carrying two functions making it possible to react sequentially with particles.

De tels agents d'adhésion sont par exemple les composés silanes isocyanate parmi lesquels on peut citer le 3-(Trimethoxysilyl)propyl isocyanate.(NCO-TMS) ou le 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate. On peut également citer les composés silanes époxydes comme par exemple le 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) ou le 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane.Such adhesion agents are, for example, the isocyanate silane compounds among which mention may be made of 3- (Trimethoxysilyl) propyl isocyanate. (NCO-TMS) or 3- (Triethoxysilyl) propyl isocyanate. Mention may also be made of epoxy silane compounds such as for example 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) or 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane.

Dans un mode de réalisation préféré, les nanoparticules sont en silice et l'agent d'adhésion déposé à leur surface est le GPTMS ou le NCO-TMS (cf. exemples 12 et 18).In a preferred embodiment, the nanoparticles are made of silica and the adhesion agent deposited on their surface is GPTMS or NCO-TMS (cf. examples 12 and 18).

Contrairement à ce que proposent différentes équipes, il est préférable de ne pas recouvrir les nanoparticules utilisées dans le procédé de l'invention avec des composés aminés tels que les composés aminoalkyle silane (parmi lesquels le 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES), le 3-aminopropyl trimethoxysilane (APTMS), le 4-aminobutyl triethoxysilane (ABTES), le 3-aminopropyl tri-isopropoxysilane (APTiPrS), ou encore le 3-aminopropyl trichlorosilane (APTCS)). Il est également préférable de ne pas recouvrir les nanoparticules utilisées dans le procédé de l'invention de polymères cationiques (comme la poly-lysine, le poly-hydrochlorure d'alkylamine, ou encore le poly-N-vinylimidazole). En effet, tous ces composés créent des liaisons faibles qui seront néfastes à la stabilité de la couche (cf. Exemple 12 et 18).Contrary to what various teams propose, it is preferable not to cover the nanoparticles used in the process of the invention with amino compounds such as aminoalkyl silane compounds (among which 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES), 3- aminopropyl trimethoxysilane (APTMS), 4-aminobutyl triethoxysilane (ABTES), 3-aminopropyl tri-isopropoxysilane (APTiPrS), or 3-aminopropyl trichlorosilane (APTCS)). It is also preferable not to cover the nanoparticles used in the process of the invention with cationic polymers (such as poly-lysine, polyalkylamine hydrochloride, or even poly-N-vinylimidazole). Indeed, all of these compounds create weak bonds which will be detrimental to the stability of the layer (cf. Examples 12 and 18).

Dans un mode de réalisation préféré, l'étape a) du procédé de l'invention comprend donc au moins les sous-étapes :

  • a0) Eventuellement, activation de la surface par un traitement physique (comme par exemple un traitement UV-Ozone ou un traitement plasma) suivi ou non du dépôt d'une couche primaire d'accrochage (comme par exemple le TEOS),
  • a1) Eventuellement, traitement de la surface par un agent d'adhésion choisi par exemple parmi le NCO-TMS, le 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate, le GPTMS ou le 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane,
  • a2) Dépôt d'une première population de nanoparticules sur la surface à traiter,
  • a3) Eventuellement, traitement de la surface recouverte de la première population de nanoparticules par un agent d'adhésion par exemple choisi parmi le NCO-TMS, le 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate, le GPTMS ou le 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane),
  • a4) Dépôt d'une deuxième population de nanoparticules de taille différente de celles utilisées à l'étape a2).
In a preferred embodiment, step a) of the method of the invention therefore comprises at least the sub-steps:
  • a0) Optionally, activation of the surface by a physical treatment (such as a UV-Ozone treatment or a plasma treatment) followed or not by the deposition of a primary bonding layer (such as for example TEOS),
  • a1) Optionally, treatment of the surface with an adhesion agent chosen, for example, from NCO-TMS, 3- (Triethoxysilyl) propyl isocyanate, GPTMS or 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane,
  • a2) Deposit of a first population of nanoparticles on the surface to be treated,
  • a3) Optionally, treatment of the surface covered with the first population of nanoparticles with an adhesion agent, for example chosen from NCO-TMS, 3- (Triethoxysilyl) propyl isocyanate, GPTMS or 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane),
  • a4) Deposit of a second population of nanoparticles of size different from those used in step a2).

L'étape a2) est de préférence réalisée plusieurs fois, i.e., entre 2 et 10 fois, de manière encore plus préférée entre 2 et 6 fois.Step a2) is preferably carried out several times, i.e., between 2 and 10 times, even more preferably between 2 and 6 times.

Les nanoparticules utilisées aux étapes a2) et/ou a4) peuvent alternativement avoir été recouvertes dudit agent d'adhésion avant qu'elles n'aient été mises en contact avec la surface. Dans ce cas, les étapes a1) et a3) sont inutiles.The nanoparticles used in steps a2) and / or a4) may alternatively have been covered with said adhesion agent before they have been brought into contact with the surface. In this case, steps a1) and a3) are unnecessary.

Dans un mode de réalisation préféré, le traitement des surfaces par un agent d'adhésion lors des étapes a1) et/ou a3) se fait soit par évaporation soit par dépôt sol-gel.In a preferred embodiment, the treatment of the surfaces with an adhesion agent during steps a1) and / or a3) is done either by evaporation or by sol-gel deposition.

Dans le cas d'une « évaporation », les surfaces (recouvertes ou non des nanoparticules selon qu'il s'agit de l'étape a1 ou a3) peuvent être placées dans une enceinte sous pression réduite en présence d'un agent d'adhésion. Dans ce cas, le temps de réaction est avantageusement compris entre 1 min et 24 heures, préférentiellement entre 5 min et 10 heures, encore plus préférentiellement entre 10 minutes et 2 heures. La pression dans l'enceinte est par exemple comprise entre 1 et 100 mBar, préférentiellement entre 5 et 30 mBar.In the case of " evaporation ", the surfaces (covered or not with nanoparticles depending on whether it is step a1 or a3) can be placed in an enclosure under reduced pressure in the presence of an agent membership. In this case, the reaction time is advantageously between 1 min and 24 hours, preferably between 5 min and 10 hours, even more preferably between 10 minutes and 2 hours. The pressure in the enclosure is for example between 1 and 100 mBar, preferably between 5 and 30 mBar.

Dans le cas d'un « dépôt sol-gel », les agents d'adhésion peuvent être dissouts dans un solvant approprié, comme par exemple un alcool, à une concentration comprise en 10-5mol/L et 1 mol/L, préférentiellement comprise entre 10-3 et 10-1 mol/L. Ce solvant est alors préférentiellement du méthanol, de l'éthanol ou de l'isopropanol. Dans tous les cas, il est préférable qu'il soit anhydre. Préférentiellement, ledit agent d'adhésion est le GPTMS ou le NCO-TMS. La surface peut être immergée dans la solution pendant 1 à 60 minutes, puis être rincée par le solvant et éventuellement chauffée pendant 15 min à 60°C ou au moins une heure à température ambiante.In the case of a "sol-gel deposition", adhesion agents can be dissolved in a suitable solvent such as an alcohol, at a concentration of 10- 5 mol / L and 1 mol / L, preferably between 10 -3 and 10 -1 mol / L. This solvent is then preferably methanol, ethanol or isopropanol. In all cases, it is preferable that it be anhydrous. Preferably, said adhesion agent is GPTMS or NCO-TMS. The surface can be immersed in the solution for 1 to 60 minutes, then be rinsed with the solvent and optionally heated for 15 min at 60 ° C or at least one hour at room temperature.

Il est à noter que ces opérations ne nécessitent en aucune manière de chauffer les surfaces à plus de 100°C.It should be noted that these operations do not in any way require heating the surfaces to more than 100 ° C.

Dans un autre mode de réalisation préféré, les particules sont déposées sur les surfaces de même type en réalisant plusieurs trempages de la surface dans une même solution (ou suspension) contenant les nanoparticules.In another preferred embodiment, the particles are deposited on surfaces of the same type by carrying out several soaking of the surface in the same solution (or suspension) containing the nanoparticles.

Dans un mode de réalisation préféré, les nanoparticules déposées en premier lieu (étape a2) ont un diamètre compris entre 70 et 200 nm, et les nanoparticules déposées en second lieu (étape a4) ont un diamètre compris entre 5 et 50 nm. Dans un mode de réalisation préféré, les nanoparticules déposées en premier lieu (étape a2) ont un diamètre compris entre 70 et 100 nm, et les nanoparticules déposées en second lieu (étape a4) ont un diamètre de 10 et 15 nm (cf. exemples ci-dessous).In a preferred embodiment, the nanoparticles deposited in the first place (step a2) have a diameter between 70 and 200 nm, and the nanoparticles deposited in the second place (step a4) have a diameter between 5 and 50 nm. In a preferred embodiment, the nanoparticles deposited in the first place (step a2) have a diameter between 70 and 100 nm, and the nanoparticles deposited in the second place (step a4) have a diameter of 10 and 15 nm (cf. examples below).

Dans un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, il est possible de déposer au moins trois populations de nanoparticules de tailles différentes, voire plus (quatre ou cinq). Dans ce cas, le protocole de préparation de la surface et son recouvrement (étapes a0) à a4) ci-dessus indiquées) seront réitérés autant de fois que nécessaire c'est-à-dire en répétant, autant de fois que nécessaire, les étapes de dépôt d'un agent d'adhésion suivi du dépôt d'une nouvelle population de particules.In a preferred embodiment of the method of the invention, it is possible to deposit at least three populations of nanoparticles of different sizes, or even more (four or five). In this case, the surface preparation protocol and its covering (steps a0) to a4) above indicated) will be repeated as many times as necessary, i.e. by repeating, as many times as necessary, the deposition steps of an adhesion agent followed by deposition of a new population of particles.

Dans un mode de réalisation encore plus préféré, la surface à traiter est en silice, les nanoparticules déposées aux étapes a1) et a3) sont en silice et l'agent d'adhésion déposé entre les deux couches de nanoparticules (étape a2) est le NCO-TMS.In an even more preferred embodiment, the surface to be treated is made of silica, the nanoparticles deposited in steps a1) and a3) are made of silica and the adhesion agent deposited between the two layers of nanoparticles (step a2) is the NCO-TMS.

Dans un mode de réalisation préféré, il est possible d'ajouter le dépôt d'un agent réticulant pendant ou après les étapes a2) et a4) (exemples 4 et 6).In a preferred embodiment, it is possible to add the deposition of a crosslinking agent during or after steps a2) and a4) (Examples 4 and 6).

Préparation et dépôt des particules «framboises » Preparation and deposit of "raspberry " particles

Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, des nanoparticules de type « framboise » peuvent être préparées avant d'être mises en contact avec la surface à traiter. Dans ce cas, le protocole est le suivant :

  • a'1) Recouvrement d'une première population de nanoparticules par un agent d'adhésion,
  • a'2) Mise en contact de cette première population avec une ou plusieurs autre(s) population(s) de nanoparticules de manière à former des particules framboises,
  • a'3) Eventuellement, purification des particules framboises ainsi formées,
  • a'4) Dépôt des nanoparticules « framboises » sur la surface à traiter, ladite surface ayant éventuellement été activée et/ou pré-traitée comme décrit plus haut.
In another particular embodiment of the invention, nanoparticles of the “raspberry” type can be prepared before being brought into contact with the surface to be treated. In this case, the protocol is as follows:
  • a'1) Covering of a first population of nanoparticles with an adhesion agent,
  • a'2) Contacting this first population with one or more other population (s) of nanoparticles so as to form raspberry particles,
  • a'3) Optionally, purification of the raspberry particles thus formed,
  • a'4) Deposition of “raspberry” nanoparticles on the surface to be treated, said surface having possibly been activated and / or pre-treated as described above.

Eventuellement, les nanoparticules obtenues après l'étape a'3) peuvent être à nouveau traitées par un agent d'adhésion comme lors de l'étape a'1), puis mises en contact avec une ou plusieurs autres population de nanoparticules comme lors de l'étape a'2) et éventuellement re-purifiées, comme lors de l'étape a'3). Ces opérations peuvent être reproduites autant que nécessaire pour obtenir des nanoparticules framboise de la taille et de la rugosité désirée.Optionally, the nanoparticles obtained after step a'3) can be treated again with an adhesion agent as in step a'1), then brought into contact with one or more other population of nanoparticles as in step a'2) and possibly re-purified, as in step a'3). These operations can be repeated as much as necessary to obtain raspberry nanoparticles of the desired size and roughness.

Les populations de nanoparticules et l'agent d'adhésion utilisés pour former ces nanoparticules framboises peuvent être tels que décrits précédemment.The populations of nanoparticles and the adhesion agent used to form these raspberry nanoparticles can be as described above.

En particulier, ledit agent d'adhésion est de préférence un composé silane isocyanate (le NCO-TMS ou le 3-(Triethoxysilyl)propyl isocyanate) ou un composé silane époxyde (le GPTMS ou le 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane). De préférence, ledit agent d'adhésion n'est pas aminé (en particulier, il n'est pas l'APTES), car l'amination des nanoparticules rend le recouvrement fragile.In particular, said adhesion agent is preferably a silane isocyanate compound (NCO-TMS or 3- (Triethoxysilyl) propyl isocyanate) or an epoxy silane compound (GPTMS or 3-Glycidoxypropyltriethoxysilane). Preferably, said adhesion agent is not amino (in particular, it is not APTES), because the amination of the nanoparticles makes the covering fragile.

A noter qu'il est également possible d'obtenir des nanoparticules framboises par la méthode de Stober et al. (J. Colloids and Interface Sciences. 26. p.62 ) en induisant la synthèse de petites particules à la surface des grosses par croissance d'une couche de SiOx (à base de TEOS.)Note that it is also possible to obtain raspberry nanoparticles by the method of Stober et al. (J. Colloids and Interface Sciences. 26. p.62 ) by inducing the synthesis of small particles on the surface of large ones by growth of a layer of SiOx (based on TEOS.)

Dans un mode de réalisation préféré, le traitement des nanoparticules par un agent d'adhésion lors de l'étape a'1) se fait soit par évaporation, soit par pulvérisation d'une solution, soit par trempage dans une solution.In a preferred embodiment, the treatment of the nanoparticles with an adhesion agent during step a'1) is done either by evaporation, or by spraying with a solution, or by soaking in a solution.

Le protocole d'évaporation est le même que pour les surfaces, décrit plus haut. Brièvement, les nanoparticules peuvent être placées dans une enceinte sous pression réduite en présence d'un agent d'adhésion, pendant 1 min à 24 heures, préférentiellement 5 min à 10 heures, encore plus préférentiellement 10 minutes à 2 heures, la pression dans l'enceinte pouvant par exemple être comprise entre 1 et 100 mBar, préférentiellement entre 5 et 30 mBar.The evaporation protocol is the same as for the surfaces, described above. Briefly, the nanoparticles can be placed in an enclosure under reduced pressure in the presence of an adhesion agent, for 1 min to 24 hours, preferably 5 min to 10 hours, even more preferably 10 minutes to 2 hours, the pressure in the 'enclosure can for example be between 1 and 100 mBar, preferably between 5 and 30 mBar.

Dans le cas d'une réaction en solution, l'agent d'adhésion peut être dissout dans un solvant approprié, comme par exemple le toluène, à une concentration comprise en 10-5mol/L et 1 mol/L, préférentiellement comprise entre 10-3 et 10-1 mol/L. Dans tous les cas, il est préférable que ledit solvant soit anhydre. Préférentiellement, l'agent d'adhésion est le NCO-TMS. Les nanoparticules de grande taille pourront ensuite être immergées dans la solution contenant l'agent d'adhésion pendant 1 à 24 heures, puis rincées par le solvant et chauffées sous vide pendant 4 heures à 50°C.In the case of a reaction in solution, the adhesion agent can be dissolved in an appropriate solvent, such as for example toluene, at a concentration of 10 -5 mol / L and 1 mol / L, preferably between 10 -3 and 10 -1 mol / L. In all cases, it is preferable that said solvent is anhydrous. Preferably, the adhesion agent is NCO-TMS. The large nanoparticles can then be immersed in the solution containing the adhesion agent for 1 to 24 hours, then rinsed with the solvent and heated under vacuum for 4 hours at 50 ° C.

Ces nanoparticules peuvent ensuite être resuspendues dans un solvant approprié, comme par exemple le toluène. A cette suspension est ajoutée la deuxième population de nanoparticules, dont la quantité respecte de préférence le ratio N décrit ci-après. Ce mélange peut être dispersé aux ultrasons et porté à reflux pendant une nuit.These nanoparticles can then be resuspended in an appropriate solvent, such as, for example, toluene. To this suspension is added the second population of nanoparticles, the amount of which preferably respects the ratio N described below. This mixture can be dispersed by ultrasound and brought to reflux overnight.

Le ratio N permettant aux petites nanoparticules de recouvrir entièrement les plus grandes nanoparticules (en une seule couche) répond préférentiellement à la formule suivante : N = π R 2 + R 1 2 R 2 2

Figure imgb0001
The N ratio allowing small nanoparticles to completely cover the largest nanoparticles (in a single layer) preferentially corresponds to the following formula: NOT = π R 2 + R 1 2 R 2 2
Figure imgb0001

Où R1 correspond au rayon des grandes nanoparticules et R2 au rayon des petites nanoparticules.Where R1 corresponds to the radius of large nanoparticles and R2 to the radius of small nanoparticles.

Dans un mode de réalisation préféré, on ajoute au minimum un ratio de N petites nanoparticules par grande nanoparticule pour préparer les nanoparticules framboises. En d'autres termes, dans ce mode de réalisation, on ajoute N fois plus de petites nanoparticules que de grandes nanoparticules.In a preferred embodiment, at least a ratio of N small nanoparticles per large nanoparticle is added to prepare the raspberry nanoparticles. In other words, in this embodiment, N times more small nanoparticles are added than large nanoparticles.

Eventuellement, une étape de purification peut être requise lorsque les petites nanoparticules ont été ajoutées en excès par rapport aux nanoparticules de plus gros diamètre. Dans ce cas la purification permet d'éliminer les petites nanoparticules qui ne sont pas fixées, afin qu'elles n'interfèrent pas avec le dépôt des nanoparticules framboises sur les surfaces.Optionally, a purification step may be required when the small nanoparticles have been added in excess compared to the nanoparticles of larger diameter. In this case, the purification makes it possible to eliminate the small nanoparticles which are not fixed, so that they do not interfere with the deposition of raspberry nanoparticles on the surfaces.

Il peut également être utile de purifier les nanoparticules framboises lorsqu'elles ont été formées dans un solvant qui n'est pas celui utilisé pour effectuer le dépôt sur la surface.It may also be useful to purify the raspberry nanoparticles when they have been formed in a solvent which is not that used to deposit on the surface.

Dans ce cas, il est possible de sécher les nanoparticules framboises pour les re-disperser dans un autre solvant.In this case, it is possible to dry the raspberry nanoparticles to re-disperse them in another solvent.

L'étape de purification a'3) peut, par exemple, être mise en œuvre en filtrant ou en centrifugeant les nanoparticules framboises formées. Un changement de solvant entre la préparation des nanoparticules framboises et leur dépôt peut également être envisagé. Les nanoparticules sont alors séchées par évaporation du solvant avant d'être dispersées dans un solvant propice à un dépôt (voir ci-après).The purification step a'3) can, for example, be carried out by filtering or centrifuging the raspberry nanoparticles formed. A change of solvent between the preparation of the raspberry nanoparticles and their deposition can also be envisaged. The nanoparticles are then dried by evaporation of the solvent before being dispersed in a solvent suitable for deposition (see below).

Les nanoparticules framboises préalablement constituées peuvent ensuite être déposées sur la surface à traiter (éventuellement préalablement traitées par un traitement physique et /ou avec un agent d'adhésion ou le TEOS, tel que décrit ci-dessus).The raspberry nanoparticles previously formed can then be deposited on the surface to be treated (possibly previously treated by a physical treatment and / or with an adhesion agent or TEOS, as described above).

Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de l'invention contient alors au moins les étapes :

  • a"0) Eventuellement, activation et pré-traitement de la surface à traiter tels que décrit ci-dessus,
  • a"1) Préparation des nanoparticules «framboises» selon le procédé décrit ci-dessus,
  • a"2) Dépôt des nanoparticules « framboises » sur la surface à traiter,
  • b) Réticulation de la surface recouverte des nanoparticules framboises à l'aide d'un agent réticulant, à basse température.
In a particular embodiment, the method of the invention then contains at least the steps:
  • a "0) Optionally, activation and pre-treatment of the surface to be treated as described above,
  • a "1) Preparation of the" raspberry "nanoparticles according to the process described above,
  • a "2) Deposit of" raspberry "nanoparticles on the surface to be treated,
  • b) Crosslinking of the surface covered with raspberry nanoparticles using a crosslinking agent, at low temperature.

Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de l'invention peut contenir une étape supplémentaire, après l'étape b), consistant à recouvrir la surface réticulée de nanoparticules non-assemblées. Ces nanoparticules supplémentaires sont ensuite de préférence réticulées à leur tour, l'étape b) est alors reproduite (cf. exemples 12, 16 et 18).In a particular embodiment, the method of the invention may contain an additional step, after step b), consisting in covering the crosslinked surface with unassembled nanoparticles. These additional nanoparticles are then preferably crosslinked in their turn, step b) is then reproduced (cf. examples 12, 16 and 18).

Ces nanoparticules non-assemblées peuvent être de n'importe quelle taille (petite ou grande). De préférence, elles ont un diamètre moyen compris entre 1 et 150nm, de manière encore plus préférée compris entre 5 et 80nm. A noter que, si la surface à traiter doit rester transparente, il ne faudra pas utiliser des NP de taille supérieure à 150nm.These unassembled nanoparticles can be of any size (small or large). Preferably, they have an average diameter between 1 and 150 nm, more preferably between 5 and 80 nm. Note that, if the surface to be treated must remain transparent, NPs larger than 150nm should not be used.

Les nanoparticules framboises et les nanoparticules non-assemblées peuvent être déposées de façon séquentielle ou simultanée sur les surfaces, pour améliorer les performances du revêtement (cf. exemple 12, protocole 2).The raspberry nanoparticles and the unassembled nanoparticles can be deposited sequentially or simultaneously on the surfaces, to improve the performance of the coating (cf. example 12, protocol 2).

Les étapes a"1) et a"2) décrites ci-dessus peuvent être réalisées de façon concomitante (les particules framboises se forment alors directement sur la surface) et/ou de façon répétée.Steps a "1) and a" 2) described above can be carried out concomitantly (the raspberry particles then form directly on the surface) and / or repeatedly.

Dépôt des nanoparticules isolées ou des nanoparticules framboises sur la surfaceDeposition of isolated nanoparticles or raspberry nanoparticles on the surface

Le dépôt des nanoparticules sur la surface à traiter (sous forme de populations distinctes ou de particules framboises) peut être réalisé par « dip-coating », « spin coating », « spray », « flow coating », ou encore par essuyage.The nanoparticles can be deposited on the surface to be treated (in the form of distinct populations or raspberry particles) can be carried out by “dip-coating”, “spin coating”, “spray”, “flow coating”, or even by wiping.

Par « dip coating », on entend un moyen de dépôt où la surface à traiter est immergée puis retirée d'une solution/suspension à une vitesse définie ( L.D. Landau, V.G. Levich,Acta physicochimica, URSS, 17, (1942), 42 ).By “ dip coating ” is meant a means of deposition where the surface to be treated is immersed and then removed from a solution / suspension at a defined speed ( LD Landau, VG Levich, Acta physicochimica, USSR, 17, (1942), 42 ).

Par « spin coating », on entend un moyen de dépôt où une solution/suspension est déposée sur la surface à recouvrir. Cette même surface est fixée sur une tournette qui la fait tourner à vitesse contrôlée qui permet à la solution suspension de s'y étaler et d'en mouiller la totalité ( D. Meyerhofer,J. Appl. Phys., 49, (1978), 3993 ).By " spin coating " means a deposition means where a solution / suspension is deposited on the surface to be covered. This same surface is fixed on a spinner which makes it rotate at a controlled speed which allows the suspension solution to spread there and to wet all of it ( D. Meyerhofer, J. Appl. Phys., 49, (1978), 3993 ).

Par « spray », on entend un moyen de dépôt où la solution/suspension est projetée en fines gouttelettes sur la surface à l'aide d'un moyen de propulsion comme par exemple un gaz. Le mélange vaporisé est projeté sur la surface de façon à en mouiller la totalité.By " spray " is meant a means of deposition where the solution / suspension is sprayed into fine droplets on the surface using a means of propulsion such as for example a gas. The vaporized mixture is sprayed onto the surface so as to wet all of it.

Par « flow coating » on entend un moyen de dépôt où la solution/suspension est versée sur la surface à recouvrir de façon à en mouiller la totalité.By “ flow coating ” is meant a means of deposition where the solution / suspension is poured onto the surface to be covered so as to wet all of it.

Par « essuyage », on entend un moyen de dépôt par lequel un tissu, papier ou pinceau, imprégné de la solution/suspension à déposer, est appliqué sur la surface à traiter. Le tissu ou papier est ensuite frotté de façon à mouiller la totalité de la surface.By " wiping " means a deposition means by which a fabric, paper or brush, impregnated with the solution / suspension to be deposited, is applied to the surface to be treated. The fabric or paper is then rubbed so as to wet the entire surface.

Dans un mode de réalisation particulier, les particules (isolées ou framboises) sont déposées sur les surfaces par dip-coating à une vitesse comprise entre 1 et 500 mm/min, de préférence comprise entre 5 et 150 mm/min avec une durée de trempage stationnaire comprise entre 0 et 300 minutes. De façon préférée, le dépôt est réalisé à température ambiante et permet d'obtenir des épaisseurs de couches comprises entre 50 et 1000 nm, et de préférence entre 100 et 500 nm. De manière préférée, les opérations de dip-coating sont répétées au moins deux fois, jusqu'à idéalement 5 fois, afin de renforcer la résistance du revêtement (sans affecter la transparence du matériau).In a particular embodiment, the particles (isolated or raspberries) are deposited on the surfaces by dip-coating at a speed between 1 and 500 mm / min, preferably between 5 and 150 mm / min with a soaking time stationary between 0 and 300 minutes. Preferably, the deposition is carried out at ambient temperature and makes it possible to obtain layer thicknesses between 50 and 1000 nm, and preferably between 100 and 500 nm. Preferably, the dip-coating operations are repeated at least twice, up to ideally 5 times, in order to reinforce the resistance of the coating (without affecting the transparency of the material).

Dans un autre mode de réalisation particulier, les particules (isolées ou framboises) sont déposées par spray sur les surfaces à recouvrir. De façon avantageuse, il suffit de procéder une seule fois à cette opération pour obtenir un revêtement superhydrophile ou superhydrophobe résistant (cf. exemples 15 et 19).In another particular embodiment, the particles (isolated or raspberries) are deposited by spray on the surfaces to be covered. Advantageously, it is sufficient to carry out this operation only once to obtain a resistant superhydrophilic or superhydrophobic coating (cf. examples 15 and 19).

Il est à noter que ces opérations ne nécessitent en aucune manière de chauffer les surfaces à plus de 100°C.It should be noted that these operations do not in any way require heating the surfaces to more than 100 ° C.

Pour réaliser ces opérations de recouvrement, les nanoparticules sont de préférence dispersées dans un solvant, constituant une « suspension ». Tout type de solvant peut être utilisé pour mettre en œuvre ces différents protocoles. Il est important de noter qu'aucune solubilisation n'est demandée, car les nanoparticules sont en suspension dans le solvant en question. Le solvant doit néanmoins permettre de mouiller correctement le matériau à recouvrir, ce qui est le cas de la plupart des liquides conventionnellement utilisés pour recouvrir des surfaces.To carry out these recovery operations, the nanoparticles are preferably dispersed in a solvent, constituting a "suspension". Any type of solvent can be used to implement these different protocols. It is important to note that no solubilization is required, because the nanoparticles are in suspension in the solvent in question. The solvent must nevertheless allow the material to be covered to be properly wetted, which is the case with most liquids conventionally used for coating surfaces.

Néanmoins, les inventeurs ont constaté que, dans certains cas, le choix du solvant influe sur l'efficacité du recouvrement et la rugosité obtenue (cf. exemple 4). Ainsi, dans un mode de réalisation préféré, la solution contenant les nanoparticules est une solution aqueuse ou une solution alcoolique. Dans un mode de réalisation encore plus préféré, les nanoparticules sont suspendues dans un solvant choisi parmi : l'eau, le méthanol, l'éthanol, l'isopropanol, le propan-1-ol, le butan-1-ol, le butan-2-ol, le tert-butanol et leurs mélanges.However, the inventors have found that, in certain cases, the choice of solvent influences the efficiency of the covering and the roughness obtained (cf. example 4). Thus, in a preferred embodiment, the solution containing the nanoparticles is an aqueous solution or an alcoholic solution. In an even more preferred embodiment, the nanoparticles are suspended in a solvent chosen from: water, methanol, ethanol, isopropanol, propan-1-ol, butan-1-ol, butan -2-ol, tert-butanol and their mixtures.

Dans un mode de réalisation préféré entre tous, les nanoparticules sont suspendues dans de l'éthanol, de l'isopropanol, du méthanol, du propan-1-ol, du butan-1-ol, du butan-2-ol, ou du tert-butanol.In a most preferred embodiment, the nanoparticles are suspended in ethanol, isopropanol, methanol, propan-1-ol, butan-1-ol, butan-2-ol, or tert-butanol.

Par ailleurs, il ressort des expériences réalisées par les inventeurs qu'une meilleure rugosité de surface est obtenue par dip-coating lorsque la concentration massique des nanoparticules est comprise entre environ 1015 et 1019 particules par litre, de préférence entre environ 2.1015 et 7.1018 particules par litre, pour l'une ou l'autre des populations de nanoparticules.Furthermore, it appears from the experiments carried out by the inventors that a better surface roughness is obtained by dip-coating when the mass concentration of the nanoparticles is between approximately 10 15 and 10 19 particles per liter, preferably between approximately 2.10 15 and 7.10 18 particles per liter, for one or other of the populations of nanoparticles.

Dans un mode de réalisation particulier, la concentration des nanoparticules est de 0,5% (m/v) pour des particules de 100nm, et de 0,25% (m/v) pour des particules de 15 nm (cf. exemple 3).In a particular embodiment, the concentration of the nanoparticles is 0.5% (m / v) for particles of 100 nm, and 0.25% (m / v) for particles of 15 nm (cf. example 3 ).

Dans un mode de réalisation particulier, le dépôt est réalisé par spray ou par electrospray. Dans ce mode de réalisation, les nanoparticules sont suspendues dans un solvant polaire (de préférence un alcool), à une concentration de nanoparticules comprise par exemple entre 1015 et 1019 nanoparticules par litre, que les nanoparticules soient déposées séquentiellement ou simultanément sur la surface.In a particular embodiment, the deposition is carried out by spray or by electrospray. In this embodiment, the nanoparticles are suspended in a polar solvent (preferably an alcohol), at a concentration of nanoparticles of for example between 10 15 and 10 19 nanoparticles per liter, whether the nanoparticles are deposited sequentially or simultaneously on the surface .

Etape b) : Réticulation de la surface recouverte de nanoparticulesStep b): Crosslinking of the surface covered with nanoparticles

La seconde étape du procédé de l'invention consiste à permettre la réticulation de la surface recouverte de nanoparticules à l'aide d'un agent réticulant, à basse température. Par « basse température », on entend ici une température qui n'excède pas 180°C. De préférence, cette température est comprise entre 10°C et 180°C, voire entre 10°C et 100°C.The second step of the process of the invention consists in allowing the crosslinking of the surface covered with nanoparticles using a crosslinking agent, at low temperature. By " low temperature " is meant here a temperature which does not exceed 180 ° C. Preferably, this temperature is between 10 ° C and 180 ° C, or even between 10 ° C and 100 ° C.

Dans le cadre de l'invention, l'étape de réticulation se fait préférentiellement à une température inférieure à 180°C, et de préférence inférieure à 100°C. Ceci permet d'appliquer le procédé de l'invention aux surfaces thermosensibles décrites ci-dessus.In the context of the invention, the crosslinking step is preferably carried out at a temperature below 180 ° C, and preferably below 100 ° C. This allows the method of the invention to be applied to the heat-sensitive surfaces described above.

Dans un mode de réalisation encore plus préféré, la réticulation a lieu sans avoir à chauffer la surface traitée. Dans ce cas, elle est donc réalisée à température ambiante (soit entre 15°C et 30°C). Cette réticulation peut être initiée par des moyens thermodynamiques ou radicalaires.In an even more preferred embodiment, the crosslinking takes place without having to heat the treated surface. In this case, it is therefore carried out at room temperature (between 15 ° C and 30 ° C). This crosslinking can be initiated by thermodynamic or radical means.

Comme démontré dans les exemples ci-dessous, il est possible, grâce au procédé de l'invention, d'obtenir des couches superhydrophiles ou superhydrophobes très résistantes sans avoir besoin de chauffer les surfaces à traiter. Cette caractéristique très importante distingue le procédé de l'invention des procédés décrits dans l'art antérieur.As demonstrated in the examples below, it is possible, thanks to the process of the invention, to obtain very resistant superhydrophilic or superhydrophobic layers without the need to heat the surfaces to be treated. This very important characteristic distinguishes the process of the invention from the processes described in the prior art.

Cette étape de réticulation permet de lier les particules à la surface, ainsi que les différentes particules entre elles. Ceci permet de rendre le traitement superhydrophile ou superhydrophobe de l'invention durable et résistant à des contraintes mécaniques et chimiques (cf. exemples 4, 6 et 7).This crosslinking step makes it possible to bond the particles to the surface, as well as the different particles between them. This makes it possible to make the superhydrophilic or superhydrophobic treatment of the invention durable and resistant to mechanical and chemical stresses (cf. examples 4, 6 and 7).

Plus précisément, cette étape consiste à mettre en contact la surface recouverte de nanoparticules ou de nanoparticules framboises avec un agent réticulant. Cette mise en contact peut être séquentielle (d'abord les nanoparticules, puis l'agent réticulant, cf. exemples 10 et 15) ou concomitante. Dans ce deuxième cas, il convient de préparer un mélange contenant les nanoparticules ou les nanoparticules framboises et l'agent réticulant (cf. exemples 16 à 19).More precisely, this step consists in bringing the surface covered with nanoparticles or raspberry nanoparticles into contact with a crosslinking agent. This contacting can be sequential (first the nanoparticles, then the crosslinking agent, cf. examples 10 and 15) or concomitant. In this second case, it is advisable to prepare a mixture containing the raspberry nanoparticles or nanoparticles and the crosslinking agent (cf. examples 16 to 19).

A noter, il est possible d'ajouter l'agent réticulant après chaque dépôt de nanoparticules, en alternance (cf. exemple 10), ou alors uniquement à la fin du procédé, après que toutes les nanoparticules ont été déposées (cf. exemple 4).Note, it is possible to add the crosslinking agent after each deposition of nanoparticles, alternately (cf. example 10), or then only at the end of the process, after all the nanoparticles have been deposited (cf. example 4 ).

Par dip-coating, l'épaisseur de la couche d'agent réticulant est liée à la durée de cette mise en contact. Il faut donc veiller à ce que cette mise en contact ne favorise pas le lissage de la surface (qui doit rester rugueuse).By dip-coating, the thickness of the crosslinking agent layer is linked to the duration of this contacting. Care must therefore be taken to ensure that this contact does not promote the smoothing of the surface (which must remain rough).

Les agents réticulants utilisables dans le contexte de l'invention peuvent être constitués du même élément que les nanoparticules comme les alkoxydes de Ti (par exemple le tetra-n-butyl titanate), ou les alkoxydes de Si (par exemple le tetra éthyle ortho-silicate - ou «TEOS»). On peut citer également les alkoxydes de zirconium, les alkoxydes d'aluminium et d'une façon plus générale, les alkoxydes des métaux de transition. Dans un mode de réalisation préféré, l'agent réticulant est le TEOS.The crosslinking agents which can be used in the context of the invention may consist of the same element as the nanoparticles such as the alkoxides of Ti (for example tetra-n-butyl titanate), or the alkoxides of Si (for example tetra ethyl ortho- silicate - or "TEOS"). Mention may also be made of zirconium alkoxides, aluminum alkoxides and, more generally, alkoxides of transition metals. In a preferred embodiment, the crosslinking agent is TEOS.

Le dépôt dudit agent réticulant est réalisé par exemple par dip-coating à une vitesse comprise entre 5 et 100 mm/min, avec une durée de trempage stationnaire comprise entre 0 et 300 minutes.The deposition of said crosslinking agent is carried out for example by dip-coating at a speed of between 5 and 100 mm / min, with a stationary soaking time of between 0 and 300 minutes.

L'agent réticulant (par exemple le TEOS) utilisé dans l'invention est contenu dans un mélange eau / alcool (de préférence eau/éthanol) acide.The crosslinking agent (for example TEOS) used in the invention is contained in a water / alcohol (preferably water / ethanol) acid mixture.

Dans un mode de réalisation préféré, l'agent réticulant (par exemple le TEOS) est déposé par spray dans ledit mélange eau / alcool (de préférence eau/éthanol ou eau/tert-butanol).In a preferred embodiment, the crosslinking agent (for example TEOS) is deposited by spray in said water / alcohol mixture (preferably water / ethanol or water / tert-butanol).

Lorsque le dépôt du TEOS est réalisé en milieu acide (7> pH > 0), l'hydrolyse est plus rapide que la condensation (cf Brinker C.J. et al, Thin Solid Films, Elsevier, 201 (1991) 97-108 ), ce qui libère l'ensemble des monomères pour la formation rapide de petites nanoparticules (unités polyédriques de quelques dizaines d'atomes) dont la taille ne dépasse pas un nanomètre. Ces nanoparticules s'agrègent ensuite pour former des amas polymériques ramifiés de faible densité, qui, à leur tour, s'agrègent. Ces amas restent en suspension sans précipiter, c'est le « sol ». Les amas occupent progressivement une fraction volumique de plus en plus importante jusqu'à une valeur proche de l'unité. La viscosité du milieu devient alors importante et le liquide finit par se figer : c'est la gélification. Macroscopiquement, cet assemblage s'achève par l'apparition d'une rigidité et d'une élasticité de type solide, provenant du « gel ». Solide, transparent, le gel obtenu est donc constitué d'un réseau polymérique de silice emprisonnant le solvant et éventuellement des amas encore en solution. Ce réseau présente une porosité dont la distribution s'échelonne de la taille des nanoparticules à celle des amas. Au-delà de la gélification, les réactions chimiques se poursuivent et modifient la distribution en taille des pores du gel.When TEOS is deposited in an acid medium (7>pH> 0), the hydrolysis is faster than the condensation (cf. Brinker CJ et al, Thin Solid Films, Elsevier, 201 (1991) 97-108 ), which frees all of the monomers for the rapid formation of small nanoparticles (polyhedral units of a few tens of atoms) whose size does not exceed one nanometer. These nanoparticles then aggregate to form low density branched polymeric clusters, which in turn aggregate. These clusters remain in suspension without precipitating, this is the "soil". The clusters gradually occupy an increasingly large volume fraction up to a value close to unity. The viscosity of the medium then becomes significant and the liquid ends up freezing: it is gelation. Macroscopically, this assembly ends with the appearance of rigidity and elasticity of the solid type, coming from the "gel". Solid, transparent, the gel obtained therefore consists of a polymeric network of silica trapping the solvent and possibly clumps still in solution. This network has a porosity whose distribution ranges from the size of the nanoparticles to that of the clusters. Beyond the gelation, the chemical reactions continue and modify the size distribution of the pores of the gel.

Lorsque le milieu contenant le TEOS est neutre ou modérément basique, la condensation des espèces siliciées est plus rapide que l'hydrolyse, le polymère est alors progressivement alimenté en monomères. L'étape de formation des unités élémentaires est une agrégation monomère - amas dont la cinétique est limitée. Ce mécanisme conduit à la formation de nanoparticules denses de silice. Celles-ci, de taille pouvant atteindre plusieurs centaines de nanomètres, sont chargées négativement. Les répulsions électrostatiques qui en résultent empêchent une nouvelle agrégation entre nanoparticules qui restent en suspension dans le solvant. L'ensemble nanoparticules - solvant constitue le « sol ». L'agrégation entre nanoparticules conduit à la gélification comme pour le système acide. Finalement, en milieu très basique (pH > 11), la dépolymérisation (rupture des ponts siloxanes) l'emporte et la silice est transformée en silicate soluble.When the medium containing TEOS is neutral or moderately basic, the condensation of the silicon species is faster than the hydrolysis, the polymer is then gradually supplied with monomers. The stage of formation of the elementary units is a monomer - cluster aggregation whose kinetics is limited. This mechanism leads to the formation of dense nanoparticles of silica. These, up to several hundred nanometers in size, are negatively charged. The resulting electrostatic repulsions prevent further aggregation between nanoparticles which remain in suspension in the solvent. The whole nanoparticles - solvent constitutes the "soil". Aggregation between nanoparticles leads to gelation as for the acid system. Finally, in a very basic medium (pH> 11), depolymerization (breaking of the siloxane bridges) prevails and the silica is transformed into soluble silicate.

Les présents inventeurs ont observé que cet assemblage de nanoparticules réalisé en milieu neutre ou basique est étonnamment moins stable que lorsque la réticulation est réalisée en milieu acide (cf. exemple 6).The present inventors have observed that this assembly of nanoparticles produced in a neutral or basic medium is surprisingly less stable than when the crosslinking is carried out in an acid medium (cf. example 6).

Dans un mode de réalisation préféré, le TEOS est donc déposé à pH acide (i.e., à pH<7, de préférence à pH<6) pour favoriser la stabilité et la résistance de la couche ainsi formée.In a preferred embodiment, the TEOS is therefore deposited at an acidic pH (i.e., at pH <7, preferably at pH <6) to promote the stability and the resistance of the layer thus formed.

Dans un mode de réalisation encore plus préféré, le TEOS est contenu dans une solution hydroalcoolique (par exemple un mélange eau/éthanol) ayant un pH compris entre 1 et 5, de préférence compris entre 1 et 3, de préférence égal à 2.In an even more preferred embodiment, the TEOS is contained in a hydroalcoholic solution (for example a water / ethanol mixture) having a pH of between 1 and 5, preferably between 1 and 3, preferably equal to 2.

Dans un autre mode de réalisation encore plus préféré, le TEOS utilisé pour réticuler les nanoparticules est à une concentration comprise entre 1 et 30 mM, de préférence entre 5 et 24 mM, de manière préférée entre toute, est de 10mM.In another even more preferred embodiment, the TEOS used to crosslink the nanoparticles is at a concentration between 1 and 30 mM, preferably between 5 and 24 mM, most preferably, is 10mM.

Dans un mode de réalisation préféré, les étapes de dépôt des nanoparticules (framboise ou non) et de dépôt de l'agent de réticulation sont concomitantes, car la surface est mise en contact avec un mélange contenant les particules et l'agent réticulant.In a preferred embodiment, the steps of depositing the nanoparticles (raspberry or not) and depositing the crosslinking agent are concomitant, since the surface is brought into contact with a mixture containing the particles and the crosslinking agent.

Dans un cas particulier, les nanoparticules au sein de ce mélange sont des nanoparticules framboises ayant préférentiellement une concentration comprise entre 1015 et 1018 NP par litre d'une solution de TEOS / HCl / EtOH / H2O dans un ratio de 1/x/ y/z. Dans ce cas :

  • x sera compris entre 0.1 et 10, préférentiellement entre 1 et 5,
  • y sera compris entre 0 et 5000, préférentiellement entre 1 et 1500,
  • z sera compris entre 0 et 5000, préférentiellement entre 1 et 1500.
In a particular case, the nanoparticles within this mixture are raspberry nanoparticles preferably having a concentration of between 10 15 and 10 18 NP per liter of a TEOS / HCl / EtOH / H 2 O solution in a ratio of 1 / X Y Z. In that case :
  • x will be between 0.1 and 10, preferably between 1 and 5,
  • will be between 0 and 5000, preferably between 1 and 1500,
  • z will be between 0 and 5000, preferably between 1 and 1500.

Dans un autre cas particulier, ledit mélange contient des nanoparticules NP100 et NP15 qui sont mises en suspension à des concentrations comprises entre 1015 et 1018 (NP100) et comprises entre 1018 et 1021 (NP15) par litre d'une solution de TEOS / HCl / EtOH / H2O dans un ratio de 1/ x/ y/z. Dans ce cas :

  • x sera compris entre 0.1 et 10, préférentiellement entre 1 et 5,
  • y sera compris entre 0 et 5000, préférentiellement entre 1 et 1500,
  • z sera compris entre 0 et 5000, préférentiellement entre 1 et 1500.
In another particular case, said mixture contains nanoparticles NP100 and NP15 which are suspended at concentrations between 10 15 and 10 18 (NP100) and between 10 18 and 10 21 (NP15) per liter of a TEOS / HCl / EtOH / H 2 O solution in a ratio of 1 / x / y / z. In that case :
  • x will be between 0.1 and 10, preferably between 1 and 5,
  • will be between 0 and 5000, preferably between 1 and 1500,
  • z will be between 0 and 5000, preferably between 1 and 1500.

Etape c) (facultative) : recouvrir les surfaces texturées avec un agent hydrophobeStep c) (optional): cover the textured surfaces with a hydrophobic agent

Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de l'invention contient une ultime étape consistant à recouvrir la surface texturée d'une couche de molécules organiques hydrophobes qui permettront de rendre la surface superhydrophobe.In a particular embodiment, the method of the invention contains a final step consisting in covering the textured surface with a layer of hydrophobic organic molecules which will make the surface superhydrophobic.

Cette étape est requise lorsque l'on souhaite obtenir une surface superhydrophobe et que les nanoparticules utilisées sont en silice et l'agent réticulant est un alkoxyde de Ti / Si.This step is required when it is desired to obtain a superhydrophobic surface and the nanoparticles used are made of silica and the crosslinking agent is a Ti / Si alkoxide.

Le dépôt de ces molécules organiques hydrophobes peut se faire par dip-coating, spin-coating, par les techniques d'évaporation bien connues de l'homme de l'art (PVD, CVD), par spray, ou encore par essuyage.The deposition of these hydrophobic organic molecules can be done by dip-coating, spin-coating, by evaporation techniques well known to those skilled in the art (PVD, CVD), by spray, or by wiping.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ces molécules organiques hydrophobes peuvent être des polymères hydrogénés, par exemple des polyéthylènes (PE) ou des polystyrènes (PS). Ces molécules peuvent également être des polymères totalement ou partiellement fluorés comme par exemple du polytetrafluoroethylène (PTFE), du polyfluorure de vinylidène (PVDF), ou encore des perfluoropolyethers (PFPE).In a preferred embodiment of the invention, these hydrophobic organic molecules can be hydrogenated polymers, for example polyethylenes (PE) or polystyrenes (PS). These molecules can also be totally or partially fluorinated polymers such as, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), or even perfluoropolyethers (PFPE).

Dans un autre mode de réalisation, il est également possible d'utiliser, en tant qu'agent hydrophobe, une molécule fixée par une réaction radicalaire sur la surface à traiter. Cette molécule peut par exemple être un aryle de diazonium porteur d'une chaine hydrophobe. Le groupement aryle, réagit avec la surface par l'intermédiaire de radicaux libres. Cette molécule laisse alors disponible sa chaine perfluorée, fluorée ou alkyle pour rendre la surface hydrophobe.In another embodiment, it is also possible to use, as hydrophobic agent, a molecule fixed by a radical reaction on the surface to be treated. This molecule can for example be a diazonium aryl carrying a hydrophobic chain. The aryl group reacts with the surface via free radicals. This molecule then leaves its perfluorinated, fluorinated or alkyl chain available to make the surface hydrophobic.

Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, ces molécules peuvent être de nature monomérique afin de permettre leur arrangement en monocouche auto-assemblées. Dans ce cas, leur formule générale sera A-B-C, dans laquelle :

  • A est un groupement favorisant l'adhésion de la couche sur la surface,
  • B est un linker, et
  • C est un groupement fonctionnel apportant un caractère hydrophobe et ou oléophobe à la couche formée.
In another preferred embodiment of the invention, these molecules can be of monomeric nature in order to allow their arrangement in self-assembled monolayer. In this case, their general formula will be ABC, in which :
  • A is a group promoting the adhesion of the layer to the surface,
  • B is a linker, and
  • It is a functional group providing a hydrophobic and or oleophobic character to the layer formed.

Dans un mode de réalisation préféré, le groupement A est choisi parmi :

  1. a) un groupement silane de formule :
    Figure imgb0002
    • dans laquelle R1, R2, et R3, représentent indépendamment l'un de l'autre un atome de chlore, de brome ou d'iode, un groupement hydroxyle OH, un groupement alkoxy (O-Alk) en C1-C10, tel que méthoxy (-O-CH3), éthoxy (O-C2H5), ou isopropoxy (-O-C3H7) ;
    • dans laquelle, de préférence, R1, R2, et R3 sont identiques et représentent un groupement alkoxy,
  2. b) un groupement thiol de formule -SH, ou
  3. c) un groupement phosphonate de formule :
    Figure imgb0003
    dans laquelle :
    • R4 est un atome d'hydrogène H, de fluor F ou un groupement OH, et
    • R5 est un atome d'hydrogène H, de fluor F ou un groupement PO3H2,
In a preferred embodiment, the group A is chosen from:
  1. a) a silane group of formula:
    Figure imgb0002
    • in which R1, R2 and R3 independently of one another represent a chlorine, bromine or iodine atom, a hydroxyl group OH, a C 1 -C 10 alkoxy group (O-Alk), such as methoxy (-O-CH 3 ), ethoxy (OC 2 H 5 ), or isopropoxy (-OC 3 H 7 );
    • in which, preferably, R1, R2, and R3 are identical and represent an alkoxy group,
  2. b) a thiol group of formula -SH, or
  3. c) a phosphonate group of formula:
    Figure imgb0003
    in which :
    • R4 is a hydrogen atom H, fluorine F or an OH group, and
    • R5 is a hydrogen atom H, fluorine F or a PO 3 H 2 group ,

Dans un mode de réalisation préféré, le groupement B est un groupement L-M où :

  • L est un groupement (CH2)m-X-, m étant un entier compris entre 0 à 100, de préférence compris entre 0 et 30, et X étant un groupement alkyle en C0-C100 saturé ou non, perfluoré ou partiellement fluoré, la chaîne alkyle pouvant être substituée ou interrompue par 0 à 10 groupements cycloalkyles ou aryles pouvant être perfluorés ou non ; X peut également être une simple liaison covalente, un groupement -(O-CH2-CH2)m', -(O-CH2-CH2-CH2)m', -(O-CH2-CH(CH3))m', -(O- CH(CH3)-CH2)m', m' étant un entier compris entre 0 et 100, de préférence compris entre 0 et 50, et
  • M est choisi parmi :
    1. a) une liaison chimique simple, un atome d'oxygène O, un atome de soufre S, ou un groupement S(CO), (CO)S, ou NR, (CO)NR, NR(CO), R étant un atome d'hydrogène ou un alkyle en C1-C10, ou
    2. b) les groupements suivants :
      Figure imgb0004
In a preferred embodiment, group B is an LM group where:
  • L is a group (CH 2 ) m -X-, m being an integer between 0 to 100, preferably between 0 and 30, and X being a C 0 -C 100 alkyl group, saturated or unsaturated, perfluorinated or partially fluorinated, the alkyl chain possibly being substituted or interrupted by 0 to 10 cycloalkyl or aryl groups being able to be perfluorinated or not; X can also be a single covalent bond, a group - (O-CH 2 -CH 2 ) m ' , - (O-CH 2 -CH 2 -CH 2 ) m' , - (O-CH 2 -CH (CH 3 )) m ' , - (O- CH (CH 3 ) -CH 2 ) m' , m 'being an integer between 0 and 100, preferably between 0 and 50, and
  • M is chosen from:
    1. a) a single chemical bond, an oxygen atom O, a sulfur atom S, or a group S (CO), (CO) S, or NR, (CO) NR, NR (CO), R being an atom hydrogen or C 1 -C 10 alkyl, or
    2. b) the following groups:
      Figure imgb0004

Dans un mode de réalisation préféré, le groupement C est choisi parmi un atome d'hydrogène, -(CF(CF3)CF2O)n-CF2-CF2-CF3, -(CF2CF(CF3)O)n-CF2-CF2-CF3,-(CF2CF2CF2O)n-CF2-CF2-CF3, -(CF2CF2O)nCF2-CF3, -CF(CF3)-O-(CF(CF3)CF2O)n-CF2-CF2-CF3, -CF(CF3)-O-(CF2CF(CF3)O)n-CF2-CF2-CF3, -CF(CF3)-O-(CF2CF2CF2O)n-CF2-CF2-CF3))-CF2-O-(CF2CF2O)n-CF2-CF3 ou CpF2p+1, dans lesquels n et p sont des entiers compris entre 1 et 100, de préférence entre 1 et 50.In a preferred embodiment, the group C is chosen from a hydrogen atom, - (CF (CF 3 ) CF 2 O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , - (CF 2 CF (CF 3 ) O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , - (CF 2 CF 2 CF 2 O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , - (CF 2 CF 2 O) n CF 2 -CF 3 , - CF (CF 3 ) -O- (CF (CF 3 ) CF 2 O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , -CF (CF 3 ) -O- (CF 2 CF (CF 3 ) O) n - CF 2 -CF 2 -CF 3 , -CF (CF 3 ) -O- (CF 2 CF 2 CF 2 O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 )) - CF 2 -O- (CF 2 CF 2 O) n -CF 2 -CF 3 or C p F 2p + 1 , in which n and p are integers between 1 and 100, preferably between 1 and 50.

Dans un mode de réalisation encore plus préféré, ces molécules hydrophobes ont une formule A-B-C dans laquelle :

  1. a) A est un groupement silane de formule :
    Figure imgb0005
    dans laquelle R1, R2, et R3, représentent indépendamment l'un de l'autre un atome de chlore, de brome ou d'iode, un groupement hydroxyle OH, un groupement alkoxy (O-Alk) en C1-C10, tel que méthoxy (-O-CH3), éthoxy (O-C2H5), ou isopropoxy (-O-C3H7) ;
  2. b) B est un groupement L-M où :
    • L est un groupement (CH2)m-X-, m étant un entier compris entre 0 à 100, de préférence compris entre 1 et 30, de manière encore plus préférée entre 1 et 10, et
    • M est un groupement NR, (CO)NR, NR(CO), R étant un atome d'hydrogène ou un alkyle en C1-C10,
    et
  3. c) C est un groupement -(CF(CF3)CF2O)n-CF2-CF2-CF3, -(CF2CF(CF3)O)n-CF2-CF2-CF3, -(CF2CF2CF2O)n-CF2-CF2-CF3, -(CF2CF2O)nCF2-CF3, -CF(CF3)-O-(CF(CF3)CF2O)n-CF2-CF2-CF3, -CF(CF3)-O-(CF2CF(CF3)O)n-CF2-CF2-CF3, -CF(CF3)-O-(CF2CF2CF2O)n-CF2-CF2-CF3, ,-CF2-O-(CF2CF2O)n-CF2-CF3 ou CpF2p+1-dans lesquels n et p sont des entiers compris entre 1 et 50, de préférence entre 1 et 30.
In an even more preferred embodiment, these hydrophobic molecules have a formula ABC in which:
  1. a) A is a silane group of formula:
    Figure imgb0005
    in which R1, R2 and R3 independently of one another represent a chlorine, bromine or iodine atom, a hydroxyl group OH, a C 1 -C 10 alkoxy group (O-Alk), such as methoxy (-O-CH 3 ), ethoxy (OC 2 H 5 ), or isopropoxy (-OC 3 H 7 );
  2. b) B is an LM group where:
    • L is a group (CH 2 ) m -X-, m being an integer between 0 to 100, preferably between 1 and 30, even more preferably between 1 and 10, and
    • M is a group NR, (CO) NR, NR (CO), R being a hydrogen atom or a C 1 -C 10 alkyl,
    and
  3. c) C is a group - (CF (CF 3 ) CF 2 O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , - (CF 2 CF (CF 3 ) O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , - (CF 2 CF 2 CF 2 O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , - (CF 2 CF 2 O) n CF 2 -CF 3 , -CF (CF 3 ) -O- (CF (CF 3 ) CF 2 O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , -CF (CF 3 ) -O- (CF 2 CF (CF 3 ) O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 , -CF (CF 3 ) -O- (CF 2 CF 2 CF 2 O) n -CF 2 -CF 2 -CF 3 ,, -CF 2 -O- (CF 2 CF 2 O) n -CF 2 -CF 3 or C p F 2p + 1 -in which n and p are integers between 1 and 50, preferably between 1 and 30.

Dans un mode de réalisation encore plus préféré, ces molécules hydrophobes ont pour formule développée :

Figure imgb0006
pour laquelle R représente un groupement alkyl en C1-C4, linéaire ou ramifié.In an even more preferred embodiment, these hydrophobic molecules have the structural formula:
Figure imgb0006
for which R represents a linear or branched C 1 -C 4 alkyl group.

Cette molécule, une fois déposée sur des surfaces ayant subi le protocole de l'invention, augmente l'hydrophobicité de celles-ci de manière très avantageuse (cf. mesures d'angles de contact de l'exemple 4).This molecule, once deposited on surfaces which have undergone the protocol of the invention, increases their hydrophobicity in a very advantageous manner (cf. measurements of contact angles in Example 4).

Il est préférable de déposer ces molécules en couche mince (i.e., en une couche dont l'épaisseur est inférieure à 20 nm, de façon préférée inférieure à 10 nm) afin de ne pas altérer la rugosité de la surface qui a été texturée par les étapes précédentes du procédé.It is preferable to deposit these molecules in a thin layer (ie, in a layer whose thickness is less than 20 nm, preferably less than 10 nm) so as not to alter the roughness of the surface which has been textured by the previous process steps.

Le choix des molécules organiques hydrophobes de l'étape c) et du groupement chimique qui permet leur liaison avec le matériau peut être un moyen d'assurer la durabilité de l'effet. La nature du groupement chimique en lien avec la surface permet de répondre de façon ciblée à l'application pour laquelle la surface est faite. Ainsi, il est connu qu'un silane présente une liaison covalente durable sur des surfaces de verre et qu'un bisphosphonate se fixe durablement sur des surfaces de TiO2. Inversement, un acide gras comme l'acide oléique ne présentera que des liaisons faibles avec ces mêmes surfaces qui seront détériorées par un simple frottement ou par un lavage détergent, détériorant par la même l'effet hydrophobe sans altérer la texturation du matériau.The choice of the hydrophobic organic molecules of step c) and of the chemical group which allows their bonding with the material can be a means of ensuring the durability of the effect. The nature of the chemical group in connection with the surface makes it possible to respond in a targeted manner to the application for which the surface is made. Thus, it is known that a silane exhibits a durable covalent bond on glass surfaces and that a bisphosphonate is permanently fixed on TiO 2 surfaces. Conversely, a fatty acid such as oleic acid will only have weak bonds with these same surfaces which will be deteriorated by a simple rubbing or by a detergent washing, deteriorating by the same the hydrophobic effect without altering the texturing of the material.

Dans un mode de réalisation préféré, si l'agent réticulant est un alkoxyde de silicium, alors des molécules hydrophobes à base de silane seront préférées.In a preferred embodiment, if the crosslinking agent is a silicon alkoxide, then silane-based hydrophobic molecules will be preferred.

Dans un autre mode de réalisation préféré, si l'agent réticulant est à base de titane, alors des molécules hydrophobes à base de bisphosphonate seront préférées.In another preferred embodiment, if the crosslinking agent is based on titanium, then hydrophobic molecules based on bisphosphonate will be preferred.

Dans tous les cas, un agent radicalaire porteur d'une fonction hydrophobe peut être utilisé.In all cases, a radical agent carrying a hydrophobic function can be used.

Utilisations du procédé de l'inventionUses of the inventive method

Le procédé de l'invention est avantageusement utilisé pour texturer des surfaces pour les rendre superhydrophiles et/ou superoléophiles ou pour les rendre superhydrophobes et/ou superoléophobes. Plus généralement, il peut être utilisé pour augmenter l'adhésion de liquide (superliquidophile) pour améliorer la visibilité en cas de condensation ou au contraire réduire l'adhésion de liquides, de solides ou de tout autre contaminant sur ces surfaces, ceci de façon durable.The process of the invention is advantageously used to texturize surfaces to make them superhydrophilic and / or superoleophilic or to make them superhydrophobic and / or superoleophobic. More generally, it can be used to increase the adhesion of liquid (superliquidophile) to improve visibility in the event of condensation or on the contrary reduce the adhesion of liquids, solids or any other contaminant on these surfaces, this in a sustainable way .

Le procédé de l'invention peut être appliqué à toute ou partie de la surface à traiter. Dans le cas où seulement une partie de la surface doit être rendue superhydrophobe/phile ou superoléophobe/phile, il est possible d'utiliser des masques, afin d'éviter le recouvrement de certaines parties de la surface par les nanoparticules et ainsi assurer des zones non fonctionnalisées par le revêtement superhydrophobe, en fin de procédé. Le masque peut être éliminé ou dégradé en fin de procédé par des techniques connues de l'homme de l'art. Une autre possibilité pour épargner des zones de la surface est de réaliser une projection localisée soit des nanoparticules, soit du revêtement hydrophobe. Dans une application industrielle, ceci a pour intérêt de rendre la surface préhensible après dépôt du traitement superhydrophobe.The method of the invention can be applied to all or part of the surface to be treated. In the case where only a part of the surface is to be made superhydrophobic / phile or superoleophobic / phile, it is possible to use masks, in order to avoid the covering of certain parts of the surface by the nanoparticles and thus ensure zones not functionalized by the superhydrophobic coating, at the end of the process. The mask can be removed or degraded at the end of the process by techniques known to those skilled in the art. Another possibility for sparing areas of the surface is to produce a localized projection of either nanoparticles or of the hydrophobic coating. In an application industrial, this has the advantage of making the surface grippable after deposition of the superhydrophobic treatment.

La présente demande décrit également toute surface superhydrophobe/phile et/ou superoléophobe/phile obtenue par le procédé de l'invention. Ces surfaces se distinguent de celles décrites dans l'art antérieur en ce qu'elles sont recouvertes d'au moins deux populations de nanoparticules de tailles différentes, et en ce qu'elles n'ont pas été chauffées au-delà de 80°C pour obtenir un revêtement durable et résistant. De telles surfaces sont de préférence constituées à plus de 50%, de préférence à plus de 75%, d'un matériau thermosensible, comme le polycarbonate (PC), le poly methylmethacrylate (PMMA), le polypropylène, le polyacétate de vinyle (PVA), le polyamide (PA), le Poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), les poly alcools vinyliques (PVAI), le polystyrène (PS), le polychlorure de vinyle (PVC) et les polyacrylonitriles (PAN) dont les températures de transition vitreuse sont nettement inférieures à 200°C.The present application also describes any superhydrophobic / phile and / or superoleophobic / phile surface obtained by the process of the invention. These surfaces are distinguished from those described in the prior art in that they are covered with at least two populations of nanoparticles of different sizes, and in that they have not been heated beyond 80 ° C. to obtain a durable and resistant coating. Such surfaces are preferably made up of more than 50%, preferably more than 75%, of a heat-sensitive material, such as polycarbonate (PC), poly methylmethacrylate (PMMA), polypropylene, polyvinyl acetate (PVA) ), polyamide (PA), Poly (ethylene terephthalate) (PET), polyvinyl alcohols (PVAI), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC) and polyacrylonitriles (PAN) whose temperatures glass transition temperatures are significantly lower than 200 ° C.

Les surfaces ainsi traitées peuvent être utilisées dans différentes applications, par exemple dans des équipements optiques ou optroniques (systèmes d'affichage, lentilles, hublots, lunettes, visière de protection, visière casque), les énergies renouvelables (panneaux solaires), les matériaux de constructions (fenêtres et portes), l'industrie automobile ou aérospatiale, les parebrises, les rétroviseurs ou les télécommunications (pour les radars par exemple).The surfaces thus treated can be used in different applications, for example in optical or optronic equipment (display systems, lenses, portholes, glasses, protective visor, helmet visor), renewable energies (solar panels), constructions (windows and doors), the automotive or aerospace industry, windshields, mirrors or telecommunications (for radars for example).

Les surfaces ainsi traitées peuvent être utilisées notamment dans des applications liquidophobes, l'anticorrosion, l'antigivre ou l'antisalissure dans des domaines industriels comme par exemple la cryogénie, l'aéronautique, l'éolien, ou encore le cycle.The surfaces thus treated can be used in particular in liquidophobic applications, anticorrosion, anti-icing or anti-fouling in industrial fields such as cryogenics, aeronautics, wind power, or even cycling.

Les surfaces ainsi traitées peuvent alternativement être utilisées notamment dans des applications liquidophiles, anti-condensation, anti-buée, mouillage.The surfaces thus treated can alternatively be used in particular in liquidophilic, anti-condensation, anti-fogging, wetting applications.

Légendes des figuresLegends of figures

  • La figure 1 propose des images obtenues par un microscope électronique à balayage (FEGSEM) des dépôts réalisés à partir du protocole de l'exemple 1 (dip-coating de la lame de verre dans une solution aqueuse de nanoparticules de silice de 60nm de diamètre puis greffage de molécules de silanes fluorés).The figure 1 offers images obtained by a scanning electron microscope (FEGSEM) of deposits made using the protocol of Example 1 (dip-coating of the slide glass in an aqueous solution of silica nanoparticles 60nm in diameter then grafting of fluorinated silane molecules).
  • La figure 2 propose des images de FEGSEM des dépôts préparés avec l'éthanol comme solvant dans le bain utilisé pour le dépôt par la technique de dip-coating (dip-coating de la lame de verre dans une solution de nanoparticules de silice de 60nm de diamètre puis greffage de molécules de silanes fluorés).The figure 2 offers FEGSEM images of deposits prepared with ethanol as solvent in the bath used for deposition by the dip-coating technique (dip-coating of the glass slide in a solution of silica nanoparticles 60nm in diameter then grafting of fluorinated silane molecules).
  • La figure 3 propose des images de FEGSEM des dépôts préparés par la technique de dip-coating à partir d'un mélange à 50% en volume de nanoparticules de Silice de 0̸=100 nm (0,5% massique dans l'eau) et 50% en volume de nanoparticules de Silice de 0̸=15 nm (0,5% massique dans l'eau).The figure 3 offers FEGSEM images of deposits prepared by the dip-coating technique from a mixture at 50% by volume of Silica nanoparticles of 0̸ = 100 nm (0.5% by mass in water) and 50% by volume of 0ice Silica nanoparticles = 15 nm (0.5% by mass in water).
  • La figure 4 propose des images FEGSEM des dépôts préparés par la technique de dip-coating séquentiel des nanoparticules de Silice de 100 nm et des nanoparticules de 15 nm.The figure 4 offers FEGSEM images of deposits prepared by the sequential dip-coating technique of 100 nm Silica nanoparticles and 15 nm nanoparticles.
  • La figure 5 propose des images de FEGSEM des dépôts préparés par la technique de dip-coating séquentiel des nanoparticules de Silice de 100 nm et des nanoparticules de 15 nm avec une étape intermédiaire de fonctionnalisation par l'APTES.The figure 5 offers FEGSEM images of deposits prepared by the sequential dip-coating technique of 100 nm Silica nanoparticles and 15 nm nanoparticles with an intermediate stage of functionalization by APTES.
  • La figure 6 propose des images de FEGSEM des dépôts préparés par la technique de dip-coating séquentiel à partir des solutions de nanoparticules de Silice de 100 nm et de nanoparticules de 15 nm avec une étape intermédiaire de fonctionnalisation par l'APTES, pour différentes concentrations des nanoparticules : (A) 100 nm : 0,5% massique dans l'eau ; 15 nm : 0,5% massique dans l'eau, (B) 100 nm : 0,5% massique dans l'eau ; 15 nm : 0,25% massique dans l'eau, (C) 100 nm : 1 % massique dans l'eau; 15 nm : 0,25% massique dans l'eau et (D) 100 nm : 1% massique dans l'eau ; 15 nm : 0,5% massique dans l'eau.The figure 6 offers FEGSEM images of deposits prepared by the sequential dip-coating technique from solutions of 100 nm Silica nanoparticles and 15 nm nanoparticles with an intermediate stage of functionalization with APTES, for different concentrations of nanoparticles: (A) 100 nm: 0.5% by mass in water; 15 nm: 0.5% by mass in water, (B) 100 nm: 0.5% by mass in water; 15 nm: 0.25% by mass in water, (C) 100 nm: 1% by mass in water; 15 nm: 0.25% by mass in water and (D) 100 nm: 1% by mass in water; 15 nm: 0.5% by mass in water.
  • La figure 7 propose des images de FEGSEM des dépôts préparés par la technique de dip-coating séquentiel à partir de suspensions de nanoparticules de Silice de 100 nm et de 15 nm dans l'éthanol. Une étape intermédiaire de fonctionnalisation par l'APTES a été réalisée.The figure 7 offers FEGSEM images of deposits prepared by the sequential dip-coating technique from suspensions of Silica nanoparticles of 100 nm and 15 nm in ethanol. An intermediate stage of functionalization by APTES was carried out.
  • La figure 8 décrit la transmittance des substrats de verre et des revêtements superhydrophobes réalisés en fonction de la longueur d'onde.The figure 8 describes the transmittance of glass substrates and superhydrophobic coatings produced as a function of the wavelength.
  • La figure 9 fournit des images obtenues par une caméra CCD, montrant (A) sur un revêtement superhydrophobe et transparent sans traitement TEOS : rayure avec la pointe, (B) sur un revêtement après traitement au TEOS : absence de rayure par la pointeThe figure 9 provides images obtained by a CCD camera, showing (A) on a superhydrophobic and transparent coating without TEOS treatment: scratch with the tip, (B) on a coating after TEOS treatment: absence of scratch by the tip
  • La Figure 10 décrit la caractérisation par FEGSEM d'un revêtement de nanoparticules non consolidé par l'agent réticulant (TEOS) ayant subi un test du ruban adhésif: la zone délimitée par un cadre indique la zone où le ruban adhésif a été arraché.The Figure 10 describes the characterization by FEGSEM of a coating of nanoparticles not consolidated by the crosslinking agent (TEOS) having undergone an adhesive tape test: the area delimited by a frame indicates the area where the adhesive tape has been torn off.
  • La figure 11 décrit la caractérisation par FEGSEM d'un revêtement de nanoparticules après l'étape de consolidation par le TEOS après le test du ruban adhésif: la zone délimitée par un cadre indique la zone où le ruban adhésif a été arraché.The figure 11 describes the characterization by FEGSEM of a coating of nanoparticles after the TEOS consolidation step after the adhesive tape test: the area delimited by a frame indicates the area where the adhesive tape was torn off.
  • La figure 12 décrit la caractérisation par FEGSEM d'un revêtement de nanoparticules après les étapes de consolidation par le TEOS et de recuit thermique, après le test du ruban adhésif: la zone délimitée par un cadre indique la zone où le ruban adhésif a été arraché.The figure 12 describes the characterization by FEGSEM of a coating of nanoparticles after the steps of consolidation by TEOS and thermal annealing, after the test of the adhesive tape: the area delimited by a frame indicates the area where the adhesive tape was torn off.
  • La figure 13 décrit la caractérisation par FEGSEM du test de frottement par un coton-tige réalisé sur un revêtement de nanoparticules, n'ayant pas subi l'étape de consolidation par le TEOS : la zone délimitée par un cadre indique la zone évaluée.The figure 13 describes the characterization by FEGSEM of the friction test with a cotton swab carried out on a coating of nanoparticles, which has not undergone the TEOS consolidation step: the zone delimited by a frame indicates the zone evaluated.
  • La figure 14 décrit la caractérisation par FEGSEM du test de frottement par un coton-tige réalisé sur un revêtement de nanoparticules, ayant subi une étape de consolidation par le TEOS : la zone délimitée par un cadre indique la zone évaluée.The figure 14 describes the characterization by FEGSEM of the friction test with a cotton swab carried out on a coating of nanoparticles, having undergone a consolidation step by TEOS: the zone delimited by a frame indicates the zone evaluated.
  • La figure 15 décrit la caractérisation par FEGSEM du test de frottement par un coton-tige réalisé sur un revêtement de nanoparticules, ayant subi les étapes de consolidation par le TEOS et un recuit thermique: la zone délimitée par un cadre indique la zone évaluée.The figure 15 describes the characterization by FEGSEM of the friction test with a cotton swab produced on a coating of nanoparticles, having undergone the steps of consolidation by TEOS and thermal annealing: the zone delimited by a frame indicates the zone evaluated.
  • La figure 16 fournit l'image d'un échantillon en verre ayant reçu un traitement superhydrophile sur la partie gauche et aucun traitement sur la partie droite. Ce verre a été refroidi à -20°C puis remis à l'atmosphère pour évaluer les effets de la condensation sur la transparence.The figure 16 provides the image of a glass sample having received a superhydrophilic treatment on the left and no treatment on the right. This glass was cooled to -20 ° C and then returned to the atmosphere to assess the effects of condensation on transparency.
ExemplesExamples 1. Protocole de dépôt de particules d'une taille1. Protocol for depositing particles of a size

Après nettoyage par un détergent d'une surface de verre, des molécules de 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES) ont été adsorbées par évaporation pendant 10 minutes dans un dessiccateur sous vide (pression = 8 mBar). L'angle de contact observé pour ces surfaces à l'équilibre après fonctionnalisation et dépôt de particules est de l'ordre de 40°.After cleaning with a detergent of a glass surface, molecules of 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES) were adsorbed by evaporation for 10 minutes in a desiccator under vacuum (pressure = 8 mBar). The contact angle observed for these surfaces at equilibrium after functionalization and deposition of particles is of the order of 40 °.

Les particules sont ensuite déposées à la surface par la technique d'immersion retrait (dip-coating) en suivant l'ordre d'étapes suivantes :

  • Préparation d'une suspension de particules (diamètre de 60 nm, 6 mg/mL) dans de l'eau,
  • Dip coating (DC) de la lame de verre dans la suspension de nanoparticules de silice (Vitesse de retrait : 10 mm/min à 100 mm/min),
  • Greffage de molécules de silanes fluorés (schéma 1) pendant 18 heures dans un dessiccateur sous vide à une pression de 8 mbar,
  • Recuit pendant 1 heure à 90°C.
    Figure imgb0007
The particles are then deposited on the surface by the dip-coating technique in the following order of steps:
  • Preparation of a suspension of particles (diameter of 60 nm, 6 mg / mL) in water,
  • Dip coating (DC) of the glass slide in the suspension of silica nanoparticles (Withdrawal speed: 10 mm / min to 100 mm / min),
  • Grafting of fluorinated silane molecules (diagram 1) for 18 hours in a vacuum desiccator at a pressure of 8 mbar,
  • Annealed for 1 hour at 90 ° C.
    Figure imgb0007

La caractérisation par FEGSEM des dépôts obtenus lorsque les nanoparticules de silice sont suspendues dans de l'eau est reportée sur la figure 1.The characterization by FEGSEM of the deposits obtained when the silica nanoparticles are suspended in water is reported on the figure 1 .

Les résultats de cette caractérisation montrent que les nanoparticules de Silice sont distribuées de manière aléatoire sur la surface du verre avec la formation d'ilots de particules par endroit sans ordre apparent. On peut remarquer aussi que la densité des particules sur la surface du verre varie très peu avec la vitesse de retrait.The results of this characterization show that the Silica nanoparticles are distributed randomly over the surface of the glass with the formation of particle islands in places in no apparent order. It can also be noted that the density of the particles on the surface of the glass varies very little with the speed of removal.

Afin de remédier au problème d'agglomération des nanoparticules, l'interaction particule-solvant a été modulée en remplaçant l'eau par l'éthanol dans le bain utilisé pour le dépôt par la technique de dip-coating.In order to remedy the agglomeration problem of nanoparticles, the particle-solvent interaction was modulated by replacing water with ethanol in the bath used for deposition by the dip-coating technique.

Les résultats de la caractérisation FEGSEM de ces dépôts sont présentés sur la figure 2.The results of the FEGSEM characterization of these deposits are presented on the figure 2 .

L'analyse des résultats montre que l'utilisation de l'éthanol comme solvant pour les nanoparticules permet d'obtenir des particules distribuées de façon aléatoire à la surface du verre mais mieux dispersées, et avec très peu d'agrégats.Analysis of the results shows that the use of ethanol as a solvent for nanoparticles makes it possible to obtain particles distributed randomly on the surface of the glass but better dispersed, and with very few aggregates.

Après fonctionnalisation de ces substrats avec les molécules de silane fluorées pendant 18 heures, les angles de contact à l'équilibre observés après une heure de recuit à 90°C sont de 140°.After functionalization of these substrates with the fluorinated silane molecules for 18 hours, the equilibrium contact angles observed after one hour of annealing at 90 ° C. are 140 °.

Ceci montre qu'en adoptant une seule taille de nanoparticules, il n'est pas possible d'obtenir des surfaces dont l'angle est supérieur à 150° dans les conditions du test.This shows that by adopting a single size of nanoparticles, it is not possible to obtain surfaces whose angle is greater than 150 ° under the conditions of the test.

Dans ce cas, aucune résistance mécanique n'a été obtenue (détérioration du coating au premier frottement du fait de l'absence de réticulant car les nanoparticules déposées ont été traitées directement après dépôt par l'agent hydrophobe).In this case, no mechanical resistance was obtained (deterioration of the coating on first friction due to the absence of crosslinking agent because the nanoparticles deposited were treated directly after deposition by the hydrophobic agent).

En complément, une expérience identique a été menée avec des particules de 100nm et l'ajout de TEOS avant l'évaporation du silane -PFPE. Les résultats obtenus pour cette surface sont présentés dans le tableau ci-dessous. Matériau AC (°) Test 9-1 (perte d'angle de contact en °)* verre 137 40 * voir conditions expérimentales de l'exemple 9 In addition, an identical experiment was carried out with 100nm particles and the addition of TEOS before the evaporation of the silane -PFPE. The results obtained for this surface are presented in the table below. Material AC (°) Test 9-1 (loss of contact angle in °) * glass 137 40 * see experimental conditions of example 9

Le résultat de cet exemple montre la faible tenue du revêtement avec une formulation ne contenant qu'une population de particule.The result of this example shows the poor resistance of the coating with a formulation containing only one particle population.

2. Protocole de dépôt de nanoparticules de deux tailles différentes2. Protocol for depositing nanoparticles of two different sizes

Dans cet exemple, les surfaces ont été lavées et traitées par l'APTES selon le protocole reporté pour la préparation du substrat dans le cas du dépôt d'une seule taille de nanoparticules (cf. exemple 1).In this example, the surfaces were washed and treated with APTES according to the protocol reported for the preparation of the substrate in the case of the deposition of a single size of nanoparticles (cf. example 1).

Le dépôt par la technique de dip-coating a été réalisé avec des populations de nanoparticules de silice de deux diamètres moyens différents : Les nanoparticules de 100 nm (NP100) possédant une distribution de taille comprise entre 70 et 100 nm de diamètre et les nanoparticules de 15 nm (NP15) possédant une distribution de taille comprise entre 10 et 15 nm de diamètre. La vitesse de retrait est de 40 mm/min. Le greffage des surfaces avec les molécules superhydrophobes a été réalisé pendant 18 heures dans un dessiccateur sous vide. Le recuit a été réalisé pendant 1 heure à 90°C.The deposition by the dip-coating technique was carried out with populations of silica nanoparticles of two different average diameters: Nanoparticles of 100 nm (NP100) having a size distribution between 70 and 100 nm in diameter and nanoparticles of 15 nm (NP15) with a size distribution between 10 and 15 nm in diameter. The withdrawal speed is 40 mm / min. The grafting of the surfaces with the superhydrophobic molecules was carried out for 18 hours in a vacuum desiccator. Annealing was carried out for 1 hour at 90 ° C.

2.1.2.1. Dépôt simultané, à volume égal des nanoparticules de Silice de diamètre 100 nm et 15 nmSimultaneous deposition, at equal volume of Silica nanoparticles with a diameter of 100 nm and 15 nm

Après le dépôt d'une couche d'APTES (cf exemple1), les substrats en verre ont été plongés dans une solution de nanoparticules de silice contenant un mélange à volume égal de nanoparticules de 100 nm (0,5% de concentration massique) et de nanoparticules de 15 nm (0,5% de concentration massique) dans l'eau. La caractérisation par FEGSEM des dépôts obtenus est présentée sur la figure 3.After the deposition of a layer of APTES (see example 1), the glass substrates were immersed in a solution of silica nanoparticles containing a mixture with equal volume of nanoparticles of 100 nm (0.5% by mass concentration) and 15 nm nanoparticles (0.5% mass concentration) in water. The characterization by FEGSEM of the deposits obtained is presented on the figure 3 .

La figure 3 montre la présence des deux tailles de nanoparticules de Silice sur la surface du verre, celles de 15 nm sont beaucoup plus nombreuses que celles de 100 nm. Ces images montrent également un faible taux de recouvrement de la surface. Nous remarquons que la réalisation d'un revêtement de nanoparticules en une seule étape par dip-coating en mélangeant les deux tailles de nanoparticules à volume et à concentration massique égales ne conduit pas à des surfaces superhydrophobes. L'angle de contact observé à l'équilibre après 18 h d'exposition à la molécule de silane fluoré est de 128° et la transmittance est de 100% par rapport à la référence verre.The figure 3 shows the presence of the two sizes of Silica nanoparticles on the glass surface, those of 15 nm are much more numerous than those of 100 nm. These images also show a low coverage rate of the surface. We note that the realization of a coating of nanoparticles in a single step by dip-coating by mixing the two sizes of nanoparticles at equal volume and mass concentration does not lead to superhydrophobic surfaces. The contact angle observed at equilibrium after 18 h of exposure to the fluorinated silane molecule is 128 ° and the transmittance is 100% relative to the glass reference.

2.2.2.2. Dépôt séquentiel des nanoparticules de Silice de diamètre de 100 nm et 15 nmSequential deposition of Silica nanoparticles with a diameter of 100 nm and 15 nm

Après le dépôt d'une couche d'APTES (cf exemple1), un premier dépôt par la technique de dip-coating (vitesse de retrait = 40 mm/min) dans une solution contenant des nanoparticules de 100 nm (0,5% de concentration massique) dans de l'eau a été réalisé. Après séchage des substrats, un second dépôt par la technique de dip-coating (vitesse de retrait = 40 mm/min) a été réalisé avec des nanoparticules de Silice de 15 nm (0,5% de concentration massique) dans de l'eau. La caractérisation par FEGSEM des dépôts préparés est présentée sur la figure 4.After the deposition of a layer of APTES (see example 1), a first deposition by the dip-coating technique (withdrawal speed = 40 mm / min) in a solution containing 100 nm nanoparticles (0.5% of mass concentration) in water was performed. After drying of the substrates, a second deposition by the dip-coating technique (withdrawal speed = 40 mm / min) was carried out with 15 nm silica nanoparticles (0.5% by mass concentration) in water . The characterization by FEGSEM of the prepared deposits is presented on the figure 4 .

A la suite du dépôt séquentiel, on peut remarquer la coexistence des deux tailles de nanoparticules de silice sur la surface du substrat en verre avec plus de nanoparticules de grande taille qui recouvrent la surface. Parallèlement, on peut noter l'absence de petites particules à la surface des grosses. Par ailleurs, la figure 4 montre l'existence d'une double échelle de rugosité. Pour ces structures l'angle de contact à l'équilibre observé après 18 h d'exposition à la molécule de silane fluoré est de l'ordre de 150° et la transmittance est de 100%.Following the sequential deposition, one can notice the coexistence of the two sizes of silica nanoparticles on the surface of the glass substrate with more large nanoparticles which cover the surface. At the same time, we can note the absence of small particles on the surface of the large ones. In addition, the figure 4 shows the existence of a double roughness scale. For these structures, the contact angle at equilibrium observed after 18 h of exposure to the fluorinated silane molecule is of the order of 150 ° and the transmittance is 100%.

2.3.2.3. Dépôt séquentiel des nanoparticules de Silice de diamètre 100 nm et 15 nm avec une étape intermédiaire de fonctionnalisation de la surface avec des molécules d'APTES.Sequential deposition of Silica nanoparticles with a diameter of 100 nm and 15 nm with an intermediate stage of functionalization of the surface with APTES molecules.

De la même manière que dans le protocole utilisé pour les deux dépôts précédents, les substrats de verres ont été d'abord lavés puis fonctionnalisés avec les molécules d'APTES. Un premier dépôt par la technique de dip-coating (vitesse de retrait = 40 mm/min) a été réalisé en utilisant une solution contenant des nanoparticules de 100 nm (0,5% de concentration massique) dans de l'eau.In the same way as in the protocol used for the two previous deposits, the glass substrates were first washed and then functionalized with the APTES molecules. A first deposition by the dip-coating technique (withdrawal speed = 40 mm / min) was carried out using a solution containing 100 nm nanoparticles (0.5% mass concentration) in water.

Après séchage du substrat, une étape supplémentaire de fonctionnalisation des substrats a été réalisée avec les molécules d'APTES sous vide dans un dessiccateur pendant 10 minutes.After drying of the substrate, an additional stage of functionalization of the substrates was carried out with the molecules of APTES under vacuum in a desiccator for 10 minutes.

Après cette étape, un second cycle de dépôt a été réalisé par la technique de dip-coating (vitesse de retrait = 40 mm/min) en utilisant une solution aqueuse de nanoparticules de Silice de 15 nm (0,5% de concentration massique).After this step, a second deposition cycle was carried out by the dip-coating technique (removal speed = 40 mm / min) using an aqueous solution of 15 nm Silica nanoparticles (0.5% mass concentration) .

La caractérisation par FEGSEM des dépôts obtenus est présentée sur la figure 5.The characterization by FEGSEM of the deposits obtained is presented on the figure 5 .

Les images de FEGSEM de la figure 5 montrent qu'une meilleure rugosité est obtenue pour ce troisième procédé. En effet, en introduisant une étape intermédiaire de fonctionnalisation par l'APTES, l'adhésion entre les grosses et les petites particules a été augmentée. Ceci a permis d'obtenir des particules en forme de framboises avec les petites particules qui couvrent la surface des grosses particules. L'angle de contact observé à l'équilibre pour ces dépôts après 18 h d'exposition à la molécule de silane fluoré est supérieur à 150° et la transmittance est de 100% (dans les longueurs d'ondes visibles).FEGSEM images from the figure 5 show that better roughness is obtained for this third process. Indeed, by introducing an intermediate stage of functionalization by APTES, the adhesion between large and small particles has been increased. This made it possible to obtain raspberry-shaped particles with the small particles which cover the surface of the large particles. The contact angle observed at equilibrium for these deposits after 18 h of exposure to the fluorinated silane molecule is greater than 150 ° and the transmittance is 100% (in the visible wavelengths).

3. Protocole de dépôt de nanoparticules de deux tailles différentes - effet de la concentration des particules3. Protocol for depositing nanoparticles of two different sizes - effect of particle concentration

En conservant le protocole expérimental de l'exemple 2.3, nous avons fait varier la concentration des nanoparticules de silice de 15 nm, tout en conservant la concentration massique des nanoparticules de 100 nm égale à 0,5% de concentration massique.Keeping the experimental protocol of Example 2.3, we varied the concentration of the silica nanoparticles by 15 nm, while keeping the mass concentration of the nanoparticles of 100 nm equal to 0.5% mass concentration.

Pour assurer une meilleure adhésion entre les nanoparticules et entre les nanoparticules et le substrat, et ainsi améliorer les propriétés mécaniques des dépôts, un dépôt sol-gel de silice a été réalisé avant le dépôt de la couche hydrophobe. Ce dépôt a été réalisé également par la technique de dip-coating (vitesse de retrait = 40 mm/min, trempage = 2 heures).To ensure better adhesion between the nanoparticles and between the nanoparticles and the substrate, and thus improve the mechanical properties of the deposits, a sol-silica gel deposition was carried out before the deposition of the hydrophobic layer. This deposition was also carried out by the dip-coating technique (removal speed = 40 mm / min, soaking = 2 hours).

Les images de FEGSEM des dépôts préparés sont présentées sur la figure 6.The FEGSEM images of the prepared deposits are presented on the figure 6 .

La figure 6 montre que lorsque la concentration d'une taille de nanoparticules augmente, le recouvrement de la surface augmente. On peut distinguer deux situations :

  1. a) quand la concentration des nanoparticules de 100 nm augmente, le recouvrement du substrat augmente.
  2. b) quand la concentration des nanoparticules de 15 nm augmente, le recouvrement des plus grosses nanoparticules augmente.
The figure 6 shows that when the concentration of a nanoparticle size increases, the surface coverage increases. We can distinguish two situations:
  1. a) when the concentration of nanoparticles of 100 nm increases, the covering of the substrate increases.
  2. b) when the concentration of the nanoparticles of 15 nm increases, the overlap of the larger nanoparticles increases.

De ces expériences, il ressort que la meilleure rugosité de surface est obtenue avec une concentration massique de 0,5% et 0,25% pour, respectivement, des suspensions de nanoparticules de 100 nm et de 15 nm.From these experiments, it appears that the best surface roughness is obtained with a mass concentration of 0.5% and 0.25% for, respectively, nanoparticle suspensions of 100 nm and 15 nm.

4. Protocole de dépôt de nanoparticules de deux tailles différentes - effet du solvant et de l'agent réticulant4. Protocol for depositing nanoparticles of two different sizes - effect of the solvent and the crosslinking agent

Les nanoparticules s'agglomèrent lorsque l'eau est utilisée comme solvant. En conservant le protocole expérimental de l'exemple 2.3, nous avons fait varier la nature du solvant (eau et éthanol). Nous avons également rajouté (ou pas) une phase de réticulation par du TEOS avant le dépôt de la couche finale hydrophobe.Nanoparticles agglomerate when water is used as a solvent. Keeping the experimental protocol of Example 2.3, we varied the nature of the solvent (water and ethanol). We have also added (or not) a crosslinking phase with TEOS before the deposition of the hydrophobic final layer.

Le dépôt de TEOS est réalisé par dip-coating (vitesse = 20 mm/min), avec une durée de trempage de 2 heures. La solution utilisée est un mélange de TEOS (1 volume) et d'ammoniaque (8 volumes) dans l'éthanol.TEOS is deposited by dip-coating (speed = 20 mm / min), with a soaking time of 2 hours. The solution used is a mixture of TEOS (1 volume) and ammonia (8 volumes) in ethanol.

La figure 7 montre les images de FEGSEM des dépôts élaborés.The figure 7 shows the FEGSEM images of the developed repositories.

Ces résultats comparés à ceux de l'exemple 2.3. montrent que les particules ont un aspect moins agrégé, une fois déposées sur la surface, lorsque le dépôt est réalisé dans l'éthanol comme solvant.These results compared to those of Example 2.3. show that the particles have a less aggregated appearance, once deposited on the surface, when the deposit is carried out in ethanol as solvent.

La mesure de l'angle de contact a été réalisée à chacune des étapes du procédé mentionnées dans cet exemple. Une surface de verre non traitée donne des angles de contact avec l'eau de l'ordre de 20°. L'angle de contact maximal que l'on peut atteindre par la fonctionnalisation des surfaces planes de verre avec la molécule silane fluorée du schéma 1 est de l'ordre de 110°. Après l'étape de texturation de la surface de verre par les différents dépôts de nanoparticules, sans dépôt de TEOS, et après dépôt des mêmes molécules fluorées cet angle est de l'ordre de 150°. Après le dépôt de TEOS et des molécules fluorées, l'angle de contact à l'équilibre atteint 155° et le revêtement est superhydrophobe.The measurement of the contact angle was carried out at each of the process steps mentioned in this example. An untreated glass surface gives contact angles with water of the order of 20 °. The maximum contact angle that can be reached by functionalizing flat glass surfaces with the fluorinated silane molecule in diagram 1 is of the order of 110 °. After the step of texturing the glass surface by the different nanoparticle deposits, without TEOS deposit, and after depositing the same fluorinated molecules this angle is of the order of 150 °. After the deposition of TEOS and fluorinated molecules, the contact angle at equilibrium reaches 155 ° and the coating is superhydrophobic.

Il ressort des résultats obtenus dans cet exemple que la rugosité de surface est meilleure lorsque le dépôt est réalisé avec une concentration massique de 0,5% en nanoparticules de 100 nm et de 0,25% en nanoparticules de 15 nm dans l'éthanol comme solvant. Par ailleurs, les angles de contact sont légèrement plus élevés lorsque le dépôt de l'agent réticulant (TEOS) est réalisé.It appears from the results obtained in this example that the surface roughness is better when the deposition is carried out with a mass concentration of 0.5% in nanoparticles of 100 nm and 0.25% in nanoparticles of 15 nm in ethanol as solvent. Furthermore, the contact angles are slightly higher when the deposition of the crosslinking agent (TEOS) is carried out.

5. Transparence5. Transparency

La transparence est traduite par une transmittance élevée proche de 100%. Pour le revêtement de l'exemple 2.3, un spectre de transmission dans les longueurs d'ondes visibles a été réalisé. Une transmittance de 100% a été mesurée par rapport à la référence de verre (figure 8). Ce résultat est attendu, puisque la rugosité des revêtements est inférieure à 100 nm.The transparency is translated by a high transmittance close to 100%. For the coating of Example 2.3, a transmission spectrum in the visible wavelengths was produced. A transmittance of 100% was measured relative to the glass reference ( figure 8 ). This result is expected, since the roughness of the coatings is less than 100 nm.

6. Méthodes de réticulation du TEOS : 6. TEOS crosslinking methods : 6.1 Comparaison entre des surfaces réticulées par TEOS en milieu acide et en milieu basique - test de tenu au ruban adhésif.6.1 Comparison between surfaces crosslinked by TEOS in an acid medium and in a basic medium - adhesive tape test.

Le revêtement testé est similaire à celui décrit dans l'exemple 2.3. Il est consolidé avec soit :

  • un dépôt de TEOS en solution basique par dip-coating (vitesse = 40 mm/min), avec une durée de trempage de 2 heures. La solution utilisée est alors un mélange de TEOS et d'ammoniaque dans l'eau,
  • un dépôt de TEOS en solution acide par dip-coating (vitesse = 20 mm/min), avec une durée de trempage de 2 heures. La solution utilisée est alors un mélange de TEOS et d'HCl dans un mélange eau/éthanol à pH 2.
The coating tested is similar to that described in Example 2.3. It is consolidated with either:
  • deposition of TEOS in basic solution by dip-coating (speed = 40 mm / min), with a soaking time of 2 hours. The solution used is then a mixture of TEOS and ammonia in water,
  • deposition of TEOS in acid solution by dip-coating (speed = 20 mm / min), with a soaking time of 2 hours. The solution used is then a mixture of TEOS and HCl in a water / ethanol mixture at pH 2.

En conditions basiques, les résultats montrent que, avec ou sans recuit thermique, le revêtement superhydrophobe obtenu ne résiste pas au test du ruban adhésif. A l'issue du test, aucune particule n'est visible sur la surface.Under basic conditions, the results show that, with or without thermal annealing, the superhydrophobic coating obtained does not withstand the test of the adhesive tape. At the end of the test, no particles are visible on the surface.

A contrario, après traitement en milieu acide, la surface ne montre aucune dégradation liée à la force adhésive du ruban et, après le test, le film de nanoparticules reste intégralement appliqué à la surface. Conversely, after treatment in an acid medium, the surface shows no degradation linked to the adhesive strength of the tape and, after the test, the film of nanoparticles remains fully applied to the surface.

6.2 Optimisation de la concentration en TEOS utilisé en milieu acide6.2 Optimization of the TEOS concentration used in an acid medium

Protocole succinct :

  1. 1) Prélavage
  2. 2) 5 DC de NP100
  3. 3) 3 DC de TEOS
  4. 4) 1 DC de NP15
  5. 5) 1 DC de TEOS
  6. 6) Silane
Concentration en TEOS (mM) AC (°) Test 9-3 (perte d'angle de contact en °)* 8 149 -28 10 145 -10 12 147 -13 24 146 -10 80 128 -9 * voir conditions expérimentales de l'exemple 9 Brief protocol:
  1. 1) Prewash
  2. 2) 5 DC of NP100
  3. 3) 3 DC of TEOS
  4. 4) 1 DC of NP15
  5. 5) 1 CD of TEOS
  6. 6) Silane
TEOS concentration (mM) AC (°) Test 9-3 (loss of contact angle in °) * 8 149 -28 10 145 -10 12 147 -13 24 146 -10 80 128 -9 * see experimental conditions of example 9

Conclusion : Dans ces conditions expérimentales données, la valeur de concentration optimale en TEOS est comprise entre 10 et 24 mM. Conclusion: Under these given experimental conditions, the optimal TEOS concentration value is between 10 and 24 mM.

7. Résistance à la rayure7. Scratch resistance

Afin de caractériser les propriétés mécaniques des revêtements réalisés et plus précisément leur résistance à la rayure, nous avons utilisé un profilomètre optique muni d'une pointe de diamant de rayon 12,5 µm. Avec cette pointe, nous avons appliqué au substrat une charge maximale de 15 mg. Cette charge correspond à une force de 147,1 µN soit une pression de 3061 g/cm2.In order to characterize the mechanical properties of the coatings produced and more precisely their scratch resistance, we used an optical profilometer fitted with a diamond tip with a radius of 12.5 µm. With this tip, we applied a maximum load of 15 mg to the substrate. This charge corresponds to a force of 147.1 µN, i.e. a pressure of 3061 g / cm 2 .

Dans ce cas, les échantillons ont été préparés selon le protocole de l'exemple 6. Le TEOS a été déposé en conditions acides.In this case, the samples were prepared according to the protocol of Example 6. The TEOS was deposited under acidic conditions.

Sans le dépôt de TEOS, les revêtements réalisés se rayent facilement. Mais avec ce dépôt, et grâce aux liaisons Si-O-Si, ces revêtements restent intacts après avoir appliqué une pression maximale avec la pointe en diamant (figure 9).Without the TEOS deposit, the coatings produced can be easily scratched. But with this deposit, and thanks to the Si-O-Si bonds, these coatings remain intact after applying maximum pressure with the diamond tip ( figure 9 ).

8. Tenue du revêtement au test de ruban adhésif8. Resistance of the coating to the adhesive tape test

Dans ce test, un ruban adhésif double face a été collé sur le revêtement et a été retiré d'un coup sec. Ce test du « ruban adhésif » est utilisé pour tester l'adhérence des films de nanoparticules sur la surface du verre. Dans cet exemple, aucune des surfaces n'a été traitée par un composé hydrophobe pour minimiser l'effet antiadhésif du revêtement superhydrophobe et pour modéliser l'adhésion des particules au matériau.In this test, double-sided adhesive tape was stuck on the coating and was removed with a sharp blow. This "tape" test is used to test the adhesion of nanoparticle films to the surface of the glass. In this example, none of the surfaces were treated with a hydrophobic compound to minimize the non-stick effect of the superhydrophobic coating and to model the adhesion of the particles to the material.

Une fois le test du « ruban adhésif » effectué, les surfaces sont observées en FEGSEM et une comparaison est faite entre les zones ayant subi l'arrachement et les zones non testées. Les surfaces évaluées sont les suivantes :

  1. a) Dépôt selon l'exemple 2.3. sans ajout d'un agent réticulant
  2. b) Dépôt selon l'exemple 2.3. avec ajout d'un agent réticulant (TEOS en milieu acide)
  3. c) Dépôt selon l'exemple 2.3. avec ajout d'un agent réticulant (TEOS en milieu acide) et recuit à 80°C pendant 6 heures.
Once the “adhesive tape” test has been carried out, the surfaces are observed in FEGSEM and a comparison is made between the zones having undergone the tearing and the zones not tested. The areas evaluated are as follows:
  1. a) Deposit according to example 2.3. without adding a crosslinking agent
  2. b) Deposit according to example 2.3. with addition of a crosslinking agent (TEOS in acid medium)
  3. c) Deposit according to example 2.3. with the addition of a crosslinking agent (TEOS in an acid medium) and annealing at 80 ° C for 6 hours.

a) Dépôt selon l'exemple 2.3. sans ajout d'un agent réticulanta) Deposit according to example 2.3. without adding a crosslinking agent

Dans le cas d'un revêtement préparé selon le protocole de l'exemple 2.3. et n'ayant pas subi l'étape de consolidation par le TEOS, le film de nanoparticules colle facilement au ruban adhésif (figure 10). Le zoom réalisé sur la figure 10B, montre une zone dépourvue de particules (dans le cadre), alors que la zone non-évaluée présente un arrangement des particules identiques aux exemples précédents.In the case of a coating prepared according to the protocol of Example 2.3. and not having undergone the TEOS consolidation step, the nanoparticle film easily sticks to the adhesive tape ( figure 10 ). The zoom made on the figure 10B , shows an area devoid of particles (in the frame), while the non-evaluated area presents an arrangement of particles identical to the previous examples.

b) Dépôt selon l'exemple 2.3. avec ajout d'un agent réticulant (TEOS en milieu acide) b) Deposit according to example 2.3. with addition of a crosslinking agent (TEOS in acid medium)

Dans un autre essai, le protocole de l'exemple 2.3. a été mis en œuvre et les surfaces ont ensuite été réticulées par ajout de TEOS. Les résultats du test du ruban adhésif sur cet échantillon (figures 11A et 11B) montrent une très bonne résistance du film de nanoparticules à la force adhésive du ruban car le film de nanoparticules reste toujours appliqué à la surface après le test.In another test, the protocol of example 2.3. was implemented and the surfaces were then crosslinked by adding TEOS. The results of the tape test on this sample ( Figures 11A and 11B ) show a very good resistance of the nanoparticle film to the adhesive force of the tape because the nanoparticle film always remains applied to the surface after the test.

c) Dépôt selon l'exemple 2.3. avec ajout d'un agent réticulant (TEOS en milieu acide) et recuit à 80°C pendant 6 heures. c) Deposit according to example 2.3. with the addition of a crosslinking agent (TEOS in an acid medium) and annealing at 80 ° C for 6 hours.

Dans un troisième test, un recuit supplémentaire de 6 h à 80°C a été appliqué à une surface ayant subi le même recouvrement que sur la figure 11. Les résultats reportés sur la figure 12 montrent que l'étape de recuit n'apporte pas d'amélioration majeure à la résistance des films de nanoparticules vis-à-vis de la figure 11.In a third test, an additional annealing of 6 h at 80 ° C was applied to a surface having undergone the same covering as on the figure 11 . The results reported on the figure 12 show that the annealing step does not bring any major improvement in the resistance of the films of nanoparticles with respect to the figure 11 .

9. Tenue du revêtement au test de frottements par un coton-tige imbibé d'isopropanol9. Resistance of the coating to the friction test by a cotton swab soaked in isopropanol

Ce test de frottement permet d'évaluer la résistance mécanique des surfaces ayant reçu un revêtement superhydrophobe. Il consiste à appliquer plusieurs types de frottements à la surface et d'évaluer l'évolution de l'angle de contact sur ces surfaces après la phase de frottements. Les tests réalisés sont :

  • Test 9-1 : Application de 100 frottements à sec avec un chiffon doux fixé sur une masse de 500g répartie sur 1cm2
  • Test 9-2 : Application de 100 frottements à sec avec un chiffon doux fixé sur une masse de 1000g répartie sur 1cm2
  • Test 9-3 : Application de 100 frottements avec un coton imbibé d'isopropanol fixé sur une masse de 100g répartie sur 1cm2
  • Test 9-4 : Application de 100 frottements avec un coton imbibé d'isopropanol fixé sur une masse de 500g répartie sur 1cm2
This friction test makes it possible to evaluate the mechanical resistance of the surfaces having received a superhydrophobic coating. It consists in applying several types of friction to the surface and evaluating the evolution of the contact angle on these surfaces after the friction phase. The tests carried out are:
  • Test 9-1: Application of 100 dry rubs with a soft cloth fixed on a mass of 500g distributed over 1cm 2
  • Test 9-2: Application of 100 dry rubs with a soft cloth fixed on a mass of 1000g distributed over 1cm 2
  • Test 9-3: Application of 100 rubs with a cotton soaked in isopropanol fixed on a mass of 100g distributed over 1cm 2
  • Test 9-4: Application of 100 rubs with a cotton pad soaked in isopropanol fixed on a mass of 500g distributed over 1cm 2

Le test 9-3 a été appliqué sur les surfaces de l'exemple 8, à savoir :

  1. a) Dépôt selon l'exemple 2.3. sans ajout d'un agent réticulant,
  2. b) Dépôt selon l'exemple 2.3. avec ajout d'un agent réticulant (TEOS en milieu acide),
  3. c) Dépôt selon l'exemple 2.3. avec ajout d'un agent réticulant (TEOS en milieu acide) et recuit à 80°C pendant 6 heures.
Test 9-3 was applied to the surfaces of Example 8, namely:
  1. a) Deposit according to example 2.3. without adding a crosslinking agent,
  2. b) Deposit according to example 2.3. with the addition of a crosslinking agent (TEOS in an acid medium),
  3. c) Deposit according to example 2.3. with the addition of a crosslinking agent (TEOS in an acid medium) and annealing at 80 ° C for 6 hours.

Une fois le frottement effectué, les surfaces sont observées en FEGSEM et une comparaison est faite entre les zones ayant subi le frottement et les zones non frottées.Once the friction has been carried out, the surfaces are observed in FEGSEM and a comparison is made between the zones having undergone the friction and the zones not rubbed.

a) Dépôt selon l'exemple 2.3. sans ajout d'un agent réticulanta) Deposit according to example 2.3. without adding a crosslinking agent

Lorsqu'un revêtement est formé uniquement de nanoparticules de Silice sans consolidation par le TEOS, les nanoparticules partent facilement au frottement avec le coton tige (figure 13).When a coating is formed only of silica nanoparticles without consolidation by TEOS, the nanoparticles easily leave with friction with the cotton swab ( figure 13 ).

b) Dépôt selon l'exemple 2.3. avec ajout d'un agent réticulant (TEOS en milieu acide)b) Deposit according to example 2.3. with addition of a crosslinking agent (TEOS in acid medium)

Dans un autre essai, le protocole de l'exemple 2.3. a été mis en œuvre et les surfaces ont ensuite été réticulées par ajout de TEOS. La caractérisation par FEGSEM des revêtements préparés est présentée sur la figure 14. On peut constater que l'étape de consolidation par le TEOS apporte une nette amélioration des films de nanoparticules à la résistance au test de frottement par le tige-coton imbibée d'ispopropanol.In another test, the protocol of example 2.3. was implemented and the surfaces were then crosslinked by adding TEOS. The characterization by FEGSEM of the prepared coatings is presented on the figure 14 . It can be seen that the step of consolidation by TEOS brings a marked improvement in the films of nanoparticles to the resistance to the friction test by the cotton swab soaked in isopropanol.

c) Dépôt selon l'exemple 2.3. avec ajout d'un agent réticulant (TEOS en milieu acide) et recuit à 80°C pendant 6 heures.c) Deposit according to example 2.3. with the addition of a crosslinking agent (TEOS in an acid medium) and annealing at 80 ° C for 6 hours.

Dans un troisième test, un recuit supplémentaire de 6 h à 80°C a été appliqué à une surface ayant subi le même recouvrement que sur la figure 14. Les résultats reportés sur la figure 15 montrent que l'étape de recuit n'apporte pas d'amélioration majeure à la résistance des films de nanoparticules vis-à-vis de la figure 14.In a third test, an additional annealing of 6 h at 80 ° C was applied to a surface having undergone the same covering as on the figure 14 . The results reported on the figure 15 show that the annealing step does not bring any major improvement in the resistance of the films of nanoparticles with respect to the figure 14 .

Par conséquent, cette étape de recuit peut être éliminée de notre procédé de préparation des films de nanoparticules.Consequently, this annealing step can be eliminated from our process for preparing nanoparticle films.

10. Protocole de dépôt de nanoparticules de deux tailles différentes sans primaire d'accrochage de type Amino silane10. Protocol for depositing nanoparticles of two different sizes without an Amino silane bonding primer

  1. a. Après nettoyage par un détergent d'une surface de verre, un premier dépôt par la technique de dip-coating (vitesse de retrait = 100 mm/min) est réalisé en utilisant une solution contenant des nanoparticules de 100 nm (0,5% de concentration massique) dans l'alcool. Cette étape est reproduite 5 fois. Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure.at. After cleaning with a detergent of a glass surface, a first deposition by the dip-coating technique (removal speed = 100 mm / min) is carried out using a solution containing nanoparticles of 100 nm (0.5% of mass concentration) in alcohol. This step is repeated 5 times. The parts are dried at 80 ° C for one hour.
  2. b. Un dépôt de TEOS en solution acide par dip-coating (vitesse = 100 mm/min), avec une durée de trempage de 2 heures est réalisé. La solution utilisée est un mélange de TEOS et d'HCl (1 équivalent /5 équivalents) dans un mélange eau/alcool à pH 2. La concentration du TEOS dans ce bain est de 10mM. Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure.b. Deposition of TEOS in acid solution by dip-coating (speed = 100 mm / min), with a soaking time of 2 hours is carried out. The solution used is a mixture of TEOS and HCl (1 equivalent / 5 equivalents) in a water / alcohol mixture at pH 2. The concentration of TEOS in this bath is 10 mM. The parts are dried at 80 ° C for one hour.
  3. c. Un second cycle de dépôt est réalisé par la technique de dip-coating (vitesse de retrait=100 mm/min) en utilisant une solution dans l'alcool de nanoparticules de silice de 15 nm (0,5% de concentration massique). Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure.vs. A second deposition cycle is carried out by the dip-coating technique (withdrawal speed = 100 mm / min) using a solution in alcohol of 15 nm silica nanoparticles (0.5% by mass concentration). The parts are dried at 80 ° C for one hour.
  4. d. Un dépôt de TEOS en solution acide par dip-coating (vitesse = 100 mm/min), avec une durée de trempage de 2 heures est réalisé. La solution utilisée est un mélange de TEOS et de HCl (1 équivalent/5 équivalents) dans un mélange eau/alcool à pH 2. La concentration du TEOS dans ce bain est de 10mM. Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure.d. Deposition of TEOS in acid solution by dip-coating (speed = 100 mm / min), with a soaking time of 2 hours is carried out. The solution used is a mixture of TEOS and HCl (1 equivalent / 5 equivalents) in a water / alcohol mixture at pH 2. The concentration of TEOS in this bath is 10 mM. The parts are dried at 80 ° C for one hour.
  5. e. Greffage de molécules de silanes fluorés pendant 18 heures dans un dessiccateur sous vide, recuit pendant 1 heure à 80°C.e. Grafting of fluorinated silane molecules for 18 hours in a vacuum desiccator, annealing for 1 hour at 80 ° C.
MatériauMaterial AC (°)AC (°) Angle de glissement (°)Sliding angle (°) Test 9-1 (perte en °)Test 9-1 (loss in °) Test 9-2 (perte en °)Test 9-2 (loss in °) Test 9-3 (perte en °)Test 9-3 (loss in °) Test 9-4 (perte en °)Test 9-4 (loss in °) Verre 1Glass 1 147147 -- 88 99 1212 1111 Verre 2Glass 2 150150 77 -- -- 1414 --

Ces résultats montrent que l'effet superhydrophobe est atteint par ce protocole et que la résistance mécanique et chimique est élevée.These results show that the superhydrophobic effect is achieved by this protocol and that the mechanical and chemical resistance is high.

11. Préparation de particules framboises11. Preparation of raspberry particles

Pour les besoins de nos essais, plusieurs familles de particules « framboises » ont été synthétisées sur la base de particules de grandes tailles en silice sur lesquelles ont été greffé un groupement chimique. Ces particules sont ensuite mises en contact avec des particules de plus petite taille en silice. Les groupements réactifs présentés sont les amines ( Langmuir 2011, 27, 4594 ), les époxydes ( Nano Lett. 2005, 5, 2298 ) et les isocyanates.For the purposes of our tests, several families of "raspberry" particles were synthesized on the basis of large silica particles on which a chemical group was grafted. These particles are then brought into contact with smaller particles of silica. The reactive groups presented are the amines ( Langmuir 2011, 27, 4594 ), epoxides ( Nano Lett. 2005, 5, 2298 ) and isocyanates.

1) NPF(amine)1) MFN (amine)

Dans un ballon anhydre de 100 mL équipé d'un réfrigérant sont introduits sous argon les NP100 (1g) et 50 mL d'Ethanol (EtOH). Le mélange est plongé dans un bain aux US pendant 30 min. L'APTMS (450 µL) est ensuite introduit à la seringue et le milieu réactionnel est chauffé à reflux pendant une nuit. Le milieu réactionnel est refroidi à température ambiante (t.a.). Après concentration sous vide, les particules sont mises en suspension dans 50 mL de toluène. Le mélange est centrifugé à 3000 tr/min pendant 10 min. Le surnageant est jeté. Cette opération est réitérée trois fois. Les particules sont ensuite séchées sous vide à 50°C pendant plusieurs heures. Ces particules sont ensuite appelée particules NP100-NH2NP100 (1g) and 50 ml of Ethanol (EtOH) are introduced into an anhydrous 100 ml flask equipped with a condenser. The mixture is immersed in a bath in the US for 30 min. The APTMS (450 μL) is then introduced into the syringe and the reaction medium is heated at reflux overnight. The reaction medium is cooled to room temperature (t.a.). After concentration under vacuum, the particles are suspended in 50 ml of toluene. The mixture is centrifuged at 3000 rpm for 10 min. The supernatant is discarded. This operation is repeated three times. The particles are then dried under vacuum at 50 ° C for several hours. These particles are then called NP100-NH2 particles.

Dans un ballon anhydre de 100 mL équipé d'un réfrigérant sont introduits sous argon les NP100-NH2 (500 mg), les NP15 (315 mg) et 40 mL d'EtOH. Le mélange est plongé dans un bain aux US pendant 30 min, puis le milieu réactionnel est agité une nuit à 50°C. Le mélange est refroidi à t.a.. De l'éthanol est introduit afin de préparer une solution à 0.5 % massique.NP100-NH2 (500 mg), NP15 (315 mg) and 40 ml of EtOH are introduced into an anhydrous 100 ml flask equipped with a condenser. The mixture is immersed in a bath in the US for 30 min, then the reaction medium is stirred overnight at 50 ° C. The mixture is cooled to r.t. Ethanol is introduced in order to prepare a solution at 0.5% by mass.

2) NPF(époxyde)2) NPF (epoxy)

Dans un ballon anhydre de 100 mL équipé d'un réfrigérant sont introduits sous argon les NP100 (1g) et 50 mL de toluène. Le mélange est plongé dans un bain aux US pendant 30 min. Le silane époxyde (530 µL) est ensuite introduit à la seringue et le milieu réactionnel est chauffé à 50°C pendant une nuit. Le milieu réactionnel est refroidi à t.a.. Le mélange est centrifugé à 3000 tr/min pendant 10 min. Le surnageant est jeté. Cette opération est réitérée trois fois. Les particules sont ensuite séchées sous vide à 50°C pendant plusieurs heures. Ces particules sont ensuite appelée particules NP100-epoxydeNP100 (1 g) and 50 ml of toluene are introduced into an anhydrous 100 ml flask equipped with a condenser. The mixture is immersed in a bath in the US for 30 min. The epoxy silane (530 μL) is then introduced into the syringe and the reaction medium is heated to 50 ° C. overnight. The reaction medium is cooled to r.t. The mixture is centrifuged at 3000 rpm for 10 min. The supernatant is discarded. This operation is repeated three times. The particles are then dried under vacuum at 50 ° C for several hours. These particles are then called NP100-epoxide particles.

Dans un ballon anhydre de 100 mL équipé d'un réfrigérant sont introduits sous argon les NP100-époxyde (970 mg), les NP15 (620 mg) et 20 mL de DMF (diméthylformamide). Le mélange est plongé dans un bain aux US pendant 30 min, puis le milieu réactionnel est chauffé à reflux pendant une nuit. Le mélange est refroidi à t.a.. Le mélange est centrifugé à 3000 tr/min pendant 10 min. Le surnageant est jeté. Les particules sont ensuite séchées sous vide à 50°C pendant plusieurs heures.NP100-epoxide (970 mg), NP15 (620 mg) and 20 ml of DMF (dimethylformamide) are introduced into an anhydrous 100 ml flask equipped with a condenser. The mixture is immersed in a bath in the US for 30 min, then the reaction medium is heated at reflux overnight. The mixture is cooled to r.t. The mixture is centrifuged at 3000 rpm for 10 min. The supernatant is discarded. The particles are then dried under vacuum at 50 ° C for several hours.

3) NPF(isocyanate)3) NPF (isocyanate)

Dans un ballon anhydre de 100 mL équipé d'un réfrigérant sont introduits sous argon les NP100 (1g) et 30 mL de toluène. Le mélange est plongé dans un bain aux US pendant 30 min. Le silane isocyanate (490 mg) est ensuite introduit à la seringue et le milieu réactionnel est agité pendant une nuit à t.a. Le mélange est centrifugé à 3000 tr/min pendant 10 min. Le surnageant est jeté. Cette opération est réitérée trois fois. Les particules sont ensuite séchées sous vide à 50°C pendant plusieurs heures. Ces particules sont ensuite appelée particules NP100-NCO.NP100 (1g) and 30 ml of toluene are introduced into an anhydrous 100 ml flask equipped with a condenser. The mixture is immersed in a bath in the US for 30 min. The silane isocyanate (490 mg) is then introduced into the syringe and the reaction medium is stirred overnight at r.t. The mixture is centrifuged at 3000 rpm for 10 min. The supernatant is discarded. This operation is repeated three times. The particles are then dried under vacuum at 50 ° C for several hours. These particles are then called NP100-NCO particles.

Dans un ballon anhydre de 100 mL équipé d'un réfrigérant sont introduits sous argon les NP100-NCO (760 mg), les NP15 (480 mg) et 15 mL de toluène. Le mélange est plongé dans un bain aux US pendant 30 min, puis le milieu réactionnel est agité une nuit à reflux. Le mélange est refroidi à t.a.. Le solvant est évaporé et les particules sont ensuite séchées sous vide à 50°C pendant plusieurs heures.NP100-NCO (760 mg), NP15 (480 mg) and 15 ml of toluene are introduced into an anhydrous 100 ml flask equipped with a condenser. The mixture is immersed in a bath in the US for 30 min, then the reaction medium is stirred overnight at reflux. The mixture is cooled to r.t. The solvent is evaporated and the particles are then dried under vacuum at 50 ° C for several hours.

12 : Dépôt des particules framboise sur des lames de verre12: Deposit of raspberry particles on glass slides

Plusieurs protocoles différents ont été employés pour déposer les particules sur des surfaces en verre. Plusieurs variations ont été introduites au protocole de l'exemple 9 pour réaliser ces surfaces. Il s'agit notamment du nombre de trempages dans le TEOS (3 trempages) et du dépôt des nanoparticules de 15 nm suivi d'un dépôt de TEOS (non réalisé dans le protocole 1, réalisé dans le protocole 2) réalisé après le dépôt des NPF.Several different protocols have been used to deposit particles on glass surfaces. Several variations were introduced to the protocol of Example 9 to achieve these surfaces. These include the number of dips in TEOS (3 dips) and the deposition of 15 nm nanoparticles followed by a deposition of TEOS (not performed in protocol 1, performed in protocol 2) performed after the deposition of MFN.

Les NPF utilisées dans cet exemple sont celles préparées dans l'exemple 11.The MFNs used in this example are those prepared in Example 11.

Brièvement les conditions expérimentales sont résumées ci-dessous : Protocole 1 : Protocole 2 : Prélavage Prélavage 5 DC de NPF 5 DC de NPF 3 DC de TEOS (10 mM) 3 DC de TEOS (10 mM) Silane 1 DC de NP15 1 DC de TEOS Silane Briefly the experimental conditions are summarized below: Protocol 1: Protocol 2: Prewash Prewash 5 NPF DC 5 NPF DC 3 DC of TEOS (10 mM) 3 DC of TEOS (10 mM) Silane 1 NP15 DC 1 CD of TEOS Silane

Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure après chaque étape de dip coating et deux heures après dépôt du silane NPF Protocole AC (°) Test 9-3 (perte en °) Amino 1 145 Pas stable 2 143 Pas stable Epoxyde 1 143 26 2 143 23 Isocyanate 1 134 16 2 134 17 The parts are dried at 80 ° C. for one hour after each dip coating step and two hours after depositing the silane. NPF Protocol AC (°) Test 9-3 (loss in °) Amino 1 145 Not stable 2 143 Not stable Epoxy 1 143 26 2 143 23 Isocyanate 1 134 16 2 134 17

Les surfaces recouvertes de particules framboise présentent toutes des angles de contact de l'ordre de 134° à 145°. Après abrasion seules les particules « Amino » ne sont pas stables. Elles se dégradent dès le premier cycle d'abrasion. Toutes les autres particules présentent des tenues intermédiaires. Ceci montre que les liaisons électrostatiques créées entre les différentes populations de particules par les groupements amines ne sont pas suffisantes pour assurer une résistance du matériau formé.The surfaces covered with raspberry particles all have contact angles of the order of 134 ° to 145 °. After abrasion only the "Amino" particles are not stable. They degrade from the first abrasion cycle. All the other particles have intermediate holdings. This shows that the electrostatic bonds created between the different populations of particles by the amine groups are not sufficient to ensure resistance of the material formed.

13: Activation des matières polymères par UV-ozone13: Activation of polymeric materials by UV-ozone

Les pièces polymériques comme le PMMA sont peu mouillantes lorsqu'elles ne subissent pas un traitement d'activation. Ceci ne permet pas un bon étalement des solutions de nanoparticules ou de TEOS pour ensuite avoir un recouvrement uniforme des surfaces. Certaines surfaces ont donc été rendue mouillantes par une activation sous UV-ozone. L'appareil utilisé pour l'activation UV/ozone est le Procleaner™ Plus de Bioforce Nanosciences. La puissance nominale est de 14.76 mW/cm2 à 1 cm de la source. L'intensité lumineuse est distribuée à 2% à 185 nm et à 45% à 254 nm. Avant utilisation, l'appareil est mis en préchauffe pendant 10 minutes. L'échantillon de PMMA, préalablement lavé par un détergent aqueux et séché, est exposé à 2,5 cm de la source UV pendant 10 minutes.Polymeric parts such as PMMA have little wetting when they do not undergo an activation treatment. This does not allow good spreading of the nanoparticle or TEOS solutions and then having a uniform covering of the surfaces. Certain surfaces have therefore been made wetting by activation under UV-ozone. The device used for UV / ozone activation is the Procleaner ™ Plus from Bioforce Nanosciences. The nominal power is 14.76 mW / cm 2 to 1 cm from the source. The light intensity is distributed at 2% at 185 nm and at 45% at 254 nm. Before use, the device is preheated for 10 minutes. The PMMA sample, previously washed with an aqueous detergent and dried, is exposed to 2.5 cm from the UV source for 10 minutes.

L'angle de contact d'une goutte d'eau de 1 µL sur le PMMA passe d'environ 80° avant activation à 20° après activation.The contact angle of a drop of water of 1 µL on the PMMA goes from approximately 80 ° before activation to 20 ° after activation.

14 : Activation des matières polymères par plasma atmosphérique14: Activation of polymeric materials by atmospheric plasma

Les pièces polymériques comme le PMMA sont peu mouillantes lorsqu'elles ne subissent pas un traitement d'activation. Ceci ne permet pas un bon étalement des solutions de nanoparticules ou de TEOS pour ensuite avoir un recouvrement uniforme des surfaces. Certaines surfaces ont donc été rendue mouillantes par une activation par un plasma atmosphérique. L'appareil utilisé pour l'activation plasma est l'ULS spot (Acxys Technologies). Le plasma est alimenté par air comprimé sous 4 bars. Le plasma est activé sous une puissance de 800 W. Les substrats (PMMA ou PC) à traiter sont balayés à une vitesse de 200 mm/s avec un pas de 4 mm. Deux applications ont été dispensées. L'angle de contact d'une goutte d'eau de 1 µL passe d'environ 80° à 20°.Polymeric parts such as PMMA have little wetting when they do not undergo an activation treatment. This does not allow good spreading of the nanoparticle or TEOS solutions and then having a uniform covering of the surfaces. Certain surfaces have therefore been made wetting by activation by atmospheric plasma. The device used for plasma activation is the ULS spot (Acxys Technologies). The plasma is supplied by compressed air at 4 bars. The plasma is activated at a power of 800 W. The substrates (PMMA or PC) to be treated are scanned at a speed of 200 mm / s with a step of 4 mm. Two applications were provided. The contact angle of a 1 µL drop of water changes from approximately 80 ° to 20 °.

15 : Dépôt des particules par spray15: Deposit of particles by spray 15-1 Sur verre15-1 On glass

Les conditions de préparation des surfaces est similaire à l'exemple 10. Les mêmes solutions ont été préparées et utilisées. Les solutions de nanoparticules (NP100 et NP15) ont ensuite été pulvérisées à l'aide d'un atomiseur de 50mL placé à 15 cm de la surface en position verticale.The conditions for surface preparation are similar to Example 10. The same solutions were prepared and used. The nanoparticle solutions (NP100 and NP15) were then sprayed using a 50mL atomizer placed 15cm from the surface in an upright position.

Le protocole utilisé est le suivant :

  • Prélavage
  • 5 sprays de NP100
  • 1 spray de TEOS (10 mM)
  • 1 spray de NP15
  • 1 spray de TEOS
  • Silane
The protocol used is as follows:
  • Prewash
  • 5 NP100 sprays
  • 1 TEOS spray (10 mM)
  • 1 spray of NP15
  • 1 TEOS spray
  • Silane

Un recuit à 80°C est réalisé pendant 1 heure après chaque étape de spray et 2 heures après dépôt de l'agent hydrophobe.Annealing at 80 ° C. is carried out for 1 hour after each spray step and 2 hours after deposition of the hydrophobic agent.

Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau ci-après : Matériau AC (°) Angle de glissement (°) Test 9-3 (perte en °) Verre 151 16 16 The results obtained are presented in the table below: Material AC (°) Sliding angle (°) Test 9-3 (loss in °) Glass 151 16 16

Ce résultat montre qu'il est possible d'obtenir une surface texturée sur du verre à l'aide de ce procédé en réalisant le dépôt successif de différentes populations de particules. Ce résultat montre également que ce traitement superhydrophobe présente de bonnes caractéristiques de résistance mécanique.This result shows that it is possible to obtain a textured surface on glass using this method by carrying out the successive deposition of different populations of particles. This result also shows that this superhydrophobic treatment has good mechanical strength characteristics.

Les conditions de préparation des surfaces est similaire à l'exemple 10. Les mêmes solutions ont été préparées et utilisées.The conditions for surface preparation are similar to Example 10. The same solutions were prepared and used.

Le PMMA est au préalable activé par UV-Ozone et recouvert d'une couche primaire de TEOS telle que définie à l'exemple 20.PMMA is previously activated by UV-Ozone and covered with a primary layer of TEOS as defined in Example 20.

Les solutions de nanoparticules (NP100 et NP15) ont ensuite été pulvérisées à l'aide d'un atomiseur de 50mL placé à 15 cm de la surface en position verticale.The nanoparticle solutions (NP100 and NP15) were then sprayed using a 50mL atomizer placed 15cm from the surface in an upright position.

Le protocole utilisé est le suivant :

  • Prélavage
  • Activation UV-ozone
  • 1 DC de TEOS
  • 5 sprays de NP100
  • 1 spray de TEOS
  • 1 spray de NP15
  • 1 spray de TEOS
  • Silane
The protocol used is as follows:
  • Prewash
  • UV-ozone activation
  • 1 CD of TEOS
  • 5 NP100 sprays
  • 1 TEOS spray
  • 1 spray of NP15
  • 1 TEOS spray
  • Silane

Les pièces sont séchées à 80°C pendant deux heures après le dip coating de TEOS, une heure après chaque étape de spray et deux heures après dépôt du silane Matériau AC (°) Test 9-3 (perte en °) PMMA 146° 20° The parts are dried at 80 ° C for two hours after the TEOS dip coating, one hour after each spray step and two hours after depositing the silane. Material AC (°) Test 9-3 (loss in °) PMMA 146 ° 20 °

16 : Dépôt simultané d'un mélange de différentes tailles de particules et de TEOS par dip coating16: Simultaneous deposition of a mixture of different particle sizes and TEOS by dip coating

L'exemple 10 décrit un dépôt séquentiel des NP100, du TEOS puis des NP15 et du TEOS. Dans le présent exemple, le procédé a été raccourci en mélangeant les particules à la solution de TEOS.Example 10 describes a sequential deposition of NP100, TEOS then NP15 and TEOS. In the present example, the process has been shortened by mixing the particles with the TEOS solution.

Plusieurs variantes ont été réalisées. Il s'agit notamment du nombre de trempages dans le TEOS (échantillons A : 3 trempages ; échantillons B : 5 trempages) et du dépôt des nanoparticules de 15nm suivi d'un dépôt de TEOS (non réalisé dans le protocole 1, réalisé dans le protocole 2) réalisé après le dépôt des nanoparticules en solution dans le TEOS.Several variations have been made. These include the number of dips in TEOS (samples A: 3 dips; samples B: 5 dips) and the deposit of 15nm nanoparticles followed by a deposition of TEOS (not carried out in protocol 1, carried out in protocol 2) carried out after the deposition of the nanoparticles in solution in TEOS.

Brièvement les conditions expérimentales sont résumées ci-dessous :Briefly the experimental conditions are summarized below:

Protocole 1 Protocol 1

  1. 1) Prélavage1) Prewash
  2. 2) Mélange des {NP100 + NP15 + solution de TEOS (à 10 mM)} = Solution 1 2) Mixing of {NP100 + NP15 + TEOS solution (at 10 mM)} = Solution 1
  3. 3) Dip Coating dans la Solution 1 : 3 DC (A) et 5 DC (B) 3) Dip Coating in Solution 1: 3 DC (A) and 5 DC (B)
  4. 4) Silane4) Silane
Protocole 2 :Protocol 2 :

  1. 1) Prélavage1) Prewash
  2. 2) Mélange des {NP100 + NP15 + solution de TEOS (à 10 mM)} = Solution 1 2) Mixing of {NP100 + NP15 + TEOS solution (at 10 mM)} = Solution 1
  3. 3) Dip Coating dans la Solution 1 : 3 DC (A) et 5 DC (B) 3) Dip Coating in Solution 1: 3 DC (A) and 5 DC (B)
  4. 4) 1 DC NP154) 1 DC NP15
  5. 5) 1 DC TEOS5) 1 DC TEOS
  6. 6) Silane6) Silane

Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure après chaque étape de dip coating et deux heures après dépôt du silane Conditions expérimentales AC (°) Test 9-3 (perte en °) A1 154 20 A2 154 14 B1 157 16 B2 157 13 The parts are dried at 80 ° C. for one hour after each dip coating step and two hours after depositing the silane. Experimental conditions AC (°) Test 9-3 (loss in °) A1 154 20 A2 154 14 B1 157 16 B2 157 13

Ces résultats montrent un effet superhydrophobe et une bonne résistance mécanique et chimique des surfaces obtenues par ce procédé.These results show a superhydrophobic effect and good mechanical and chemical resistance of the surfaces obtained by this process.

17 : Dépôt simultané d'un mélange de différentes tailles de particules et de TEOS par spray17: Simultaneous deposition of a mixture of different particle sizes and TEOS by spray

Les conditions de préparation des surfaces est similaire à l'exemple 16. Les mêmes solutions ont été préparées et utilisées.The surface preparation conditions is similar to Example 16. The same solutions were prepared and used.

Le PMMA est au préalable activé par UV-Ozone et recouvert d'une couche primaire de TEOS telle que définie à l'exemple 20.PMMA is previously activated by UV-Ozone and covered with a primary layer of TEOS as defined in Example 20.

Brièvement les conditions expérimentales sont résumées ci-dessous :Briefly the experimental conditions are summarized below:

ProtocoleProtocol

  1. 1) Prélavage/Activation et dépôt de la couche préliminaire de TEOS 1) Prewash / Activation and deposition of the preliminary layer of TEOS
  2. 2) Mélange des {NP100 + NP15 + solution de TEOS (à 10 mM)} = Solution 1 2) Mixing of {NP100 + NP15 + TEOS solution (at 10 mM)} = Solution 1
  3. 3) Spray Coating de la Solution 1 : 3 sprays (A) et 5 sprays (B) 3) Spray Coating of Solution 1: 3 sprays (A) and 5 sprays (B)
  4. 4) Silane4) Silane

La solution 1 a été pulvérisée à l'aide d'un atomiseur de 50mL placé à 15 cm de la surface en position verticale.Solution 1 was sprayed using a 50mL atomizer placed 15cm from the surface in an upright position.

Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure après chaque étape de spray et deux heures après dépôt du silane Matériau protocole AC (°) Test 9-3 (perte en °) Verre A 139 7 Verre B 146 13 PMMA A 152 25 PMMA B 148 20 The parts are dried at 80 ° C for one hour after each spray step and two hours after depositing the silane Material protocol AC (°) Test 9-3 (loss in °) Glass AT 139 7 Glass B 146 13 PMMA AT 152 25 PMMA B 148 20

Ces résultats montrent la faisabilité d'un dépôt par spray de différentes populations de nanoparticules sur différents supports. Le revêtement obtenu présente les mêmes caractéristiques de résistance, quel que soit le nombre de sprays utilisés.These results show the feasibility of spray deposition of different populations of nanoparticles on different supports. The coating obtained has the same resistance characteristics, regardless of the number of sprays used.

18 : Dépôt simultané d'un mélange de particules framboises et de TEOS par dip-coating18: Simultaneous deposition of a mixture of raspberry particles and TEOS by dip-coating

Pour cet exemple, les particules « NPF isocyanate » et les particules « NPF Amino »préparées à l'exemple 11 ont été utilisées. Celles-ci ont été mélangées à une solution de TEOS puis elles ont été déposées sur des surfaces de verre par le protocole décrit ci-dessous.For this example, the “NPF isocyanate” particles and the “NPF Amino” particles prepared in Example 11 were used. These were mixed with a TEOS solution and then they were deposited on glass surfaces by the protocol described below.

Protocole 1 :Protocol 1 :

  1. 1) Prélavage1) Prewash
  2. 2) Mélange des {NPF (à 0.5% massique) dans la solution de TEOS (à 10 mM)} = Solution 1 2) Mixing of {NPF (at 0.5% by mass) in the TEOS solution (at 10 mM)} = Solution 1
  3. 3) 5 Dip-Coating Solution 13) 5 Dip-Coating Solution 1
  4. 4) Silanisation4) Silanization
Protocole 2 :Protocol 2 :

  1. 1) Prélavage1) Prewash
  2. 2) Mélange des {NPF (à 0.5% massique) dans la solution de TEOS (à 10 mM)} = Solution 1 2) Mixing of {NPF (at 0.5% by mass) in the TEOS solution (at 10 mM)} = Solution 1
  3. 3) 5 DipCoating Solution 13) 5 DipCoating Solution 1
  4. 4) 1 DipCoating NP154) 1 DipCoating NP15
  5. 5) 1 DipCoating TEOS5) 1 DipCoating TEOS
  6. 6) Silanisation 6) Silanization

Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure après chaque étape de dip coating et deux heures après dépôt du silane NPF Conditions expérimentales AC (°) Test 9-3 (perte en °) Amino 1 143 36 2 143 18 Isocyanate 1 151 10 2 153 12 The parts are dried at 80 ° C. for one hour after each dip coating step and two hours after depositing the silane. NPF Experimental conditions AC (°) Test 9-3 (loss in °) Amino 1 143 36 2 143 18 Isocyanate 1 151 10 2 153 12

Ces résultats montrent que le procédé utilisant des NPF isocyanate est nettement plus performant que celui utilisant des NPF amino car les angles de contact sont supérieurs de 8 à 10 ° et que leur résistance au frottement est plus grande. Dans le cas des NPF isocyanate, l'ajout d'une population supplémentaire de NP15 n'améliore pas significativement la stabilité du revêtement alors qu'il est nécessaire pour les NPF Amino.These results show that the process using isocyanate NPFs is clearly more efficient than that using amino NPFs because the contact angles are greater by 8 to 10 ° and that their resistance to friction is greater. In the case of isocyanate NPFs, the addition of an additional NP15 population does not significantly improve the stability of the coating whereas it is necessary for Amino NPFs.

Dans ce dernier cas, la stabilité est due à l'accumulation de couches de particules et non à la stabilité des NPF Amino elles-mêmes.In the latter case, the stability is due to the accumulation of particle layers and not to the stability of the Amino NPFs themselves.

19 : Dépôt simultané d'un mélange de particules framboises et de TEOS par spray19: Simultaneous deposition of a mixture of raspberry particles and TEOS by spray

Les conditions de préparation des surfaces est similaire à celles de l'exemple 16. Les mêmes solutions ont été préparées et utilisées. Le PMMA est au préalable activé par UV-Ozone et recouvert d'une couche primaire de TEOS telle que définie à l'exemple 20. Les nanoparticules framboises utilisées sont des nanoparticules isocyanates telles que préparées à l'exemple 11.The surface preparation conditions are similar to those of Example 16. The same solutions were prepared and used. PMMA is previously activated by UV-Ozone and covered with a primary layer of TEOS as defined in Example 20. The raspberry nanoparticles used are isocyanate nanoparticles as prepared in Example 11.

Brièvement les conditions expérimentales sont résumées ci-dessous :Briefly the experimental conditions are summarized below:

Protocole :Protocol:

  1. 1) Prélavage /Activation et dépôt de la couche préliminaire de TEOS 1) Prewash / Activation and deposition of the preliminary layer of TEOS
  2. 2) Mélange des {NPF (à 0.5% massique) dans la solution de TEOS (à 10 mM)} = Solution 1 2) Mixing of {NPF (at 0.5% by mass) in the TEOS solution (at 10 mM)} = Solution 1
  3. 3) Spray Coating de la Solution 1 : 3 sprays (A) et 5 sprays (B) 3) Spray Coating of Solution 1: 3 sprays (A) and 5 sprays (B)
  4. 4) Silane4) Silane

La solution 1 a été pulvérisée à l'aide d'un atomiseur de 50mL placé à 15 cm de la surface en position verticale.Solution 1 was sprayed using a 50mL atomizer placed 15cm from the surface in an upright position.

Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure après chaque étape de spray et deux heures après dépôt du silane. Matériau protocole AC (°) Test 9-3 (perte en °) Verre A 154 24 Verre B 153 25 PMMA A 154 31 PMMA B 153 24 The parts are dried at 80 ° C. for one hour after each spray step and two hours after depositing the silane. Material protocol AC (°) Test 9-3 (loss in °) Glass AT 154 24 Glass B 153 25 PMMA AT 154 31 PMMA B 153 24

Ces résultats montrent la faisabilité d'un dépôt par spray de nanoparticules framboises sur différents supports. Le revêtement obtenu présente les mêmes caractéristiques de résistance, quel que soit le nombre de sprays utilisés et quel que soit le matériau.These results show the feasibility of spray deposition of raspberry nanoparticles on different supports. The coating obtained has the same resistance characteristics, whatever the number of sprays used and whatever the material.

20 : Dépôt d'un primaire d'accrochage TEOS sur des polymères20: Deposit of a TEOS bonding primer on polymers

Après une activation UV-ozone telle que décrite dans l'exemple 13, des plaques de PMMA (55 cm2) sont immergées dans des solutions de TEOS à des concentrations de (A) 10mM, (B) 80mM, (C) 250mM dans un mélange eau-alcool.After UV-ozone activation as described in Example 13, PMMA plates (5 5 cm 2 ) are immersed in TEOS solutions at concentrations of (A) 10mM, (B) 80mM, (C) 250mM in a water-alcohol mixture.

Dans un deuxième temps, les plaques sont utilisées pour y déposer un revêtement hydrophobe (protocole 1) ou superhydrophobe (protocole 2) selon les modes opératoires suivants :Secondly, the plates are used to deposit a hydrophobic (protocol 1 ) or superhydrophobic (protocol 2 ) coating thereon according to the following procedures:

Protocole 1 :Protocol 1 :

  1. 1) Prélavage et activation UV-ozone1) Pre-wash and UV-ozone activation
  2. 2) dépôt du primaire TEOS par dip coating à des concentrations de (A) 10mM, (B) 80mM, (C) 250mM2) deposition of TEOS primer by dip coating at concentrations of (A) 10mM, (B) 80mM, (C) 250mM
  3. 3) Silane3) Silane
Protocole 2 :Protocol 2:

  1. 1) Prélavage et activation UV-ozone1) Pre-wash and UV-ozone activation
  2. 2) dépôt du primaire TEOS par dip coating à une concentration de (B) 80mM2) deposition of the TEOS primer by dip coating at a concentration of (B) 80mM
  3. 3) dépôt de particules par dip coating selon la procédure de l'exemple 103) deposition of particles by dip coating according to the procedure of Example 10
  4. 4) Silane4) Silane

Les pièces sont séchées à 80°C pendant une heure après chaque étape de dip coating et deux heures après dépôt du silane. Protocole AC (°) Test 9-3 (perte en °) A1 117 31 B1 116 5 C1 117 5 B2 144 13 The parts are dried at 80 ° C for one hour after each dip coating step and two hours after depositing the silane. Protocol AC (°) Test 9-3 (loss in °) A1 117 31 B1 116 5 C1 117 5 B2 144 13

Ces résultats montrent que, sans particules sur la surface (protocole 1), il est possible de déposer une couche hydrophobe sur du PMMA préalablement traité par une couche primaire de TEOS. Ce TEOS doit avoir une concentration suffisante pour permettre une bonne tenue du revêtement sur la surface. Dans cet exemple, la tenue pour une concentration en TEOS de 10 mM est plus faible qu'à des concentrations supérieures. Cependant, le seul dépôt d'une couche primaire d'accrochage suivi de la fonctionnalisation par une couche hydrophobe n'est pas suffisant pour obtenir la propriété superhydrophobe (angle de contact inférieur à 130°).These results show that, without particles on the surface (protocol 1), it is possible to deposit a hydrophobic layer on PMMA previously treated with a primary layer of TEOS. This TEOS must have a sufficient concentration to allow a good resistance of the coating on the surface. In this example, the resistance for a TEOS concentration of 10 mM is lower than at higher concentrations. However, the mere deposition of a primary bonding layer followed by functionalization by a hydrophobic layer is not sufficient to obtain the superhydrophobic property (contact angle less than 130 °).

Les résultats du protocole 2 montrent quant à eux qu'il est possible d'obtenir des surfaces superhydrophobes sur du PMMA préalablement traité par une couche primaire de TEOS. Dans cet exemple, le protocole 2 donne des résultats similaires à ceux obtenus pour du verre (cf. exemple 10).The results of protocol 2 show that it is possible to obtain superhydrophobic surfaces on PMMA previously treated with a primary layer of TEOS. In this example, protocol 2 gives results similar to those obtained for glass (cf. example 10).

21 : Dépôt d'un revêtement superhydrophile sur du verre21: Depositing a superhydrophilic coating on glass

Dans cet exemple, les particules « NPF isocyanate » préparées à l'exemple 11 ont été utilisées selon un procédé similaire à celui de l'exemple 18 à l'exception du dépôt de la couche hydrophobe finale qui n'a pas été réalisé.In this example, the “NPF isocyanate” particles prepared in Example 11 were used according to a process similar to that of Example 18 with the exception of the deposition of the final hydrophobic layer which was not carried out.

Celles-ci ont été mélangées à une solution de TEOS puis elles ont été déposées sur des surfaces de verre par le protocole décrit ci-dessous.These were mixed with a TEOS solution and then they were deposited on glass surfaces by the protocol described below.

Protocole :Protocol:

  1. 1) Prélavage1) Prewash
  2. 2) Mélange de {NPF (0.5% massique) dans la solution de TEOS à 10 mM} = Solution 1 2) Mixture of {NPF (0.5% by mass) in the 10 mM TEOS solution} = Solution 1
  3. 3) 5 Dip-Coatings Solution 13) 5 Dip-Coatings Solution 1
  4. 4) Séchage de 1 heure à température ambiante (condition A) ou à 80°C (condition B)4) 1 hour drying at room temperature (condition A ) or at 80 ° C (condition B )
MatériauMaterial Conditions expérimentalesExperimental conditions AC (°)AC (°) VerreGlass AAT <5°<5 ° BB <5°<5 °

L'effet superhydrophile et antibuée est illustré dans la figure 16, où l'image montre un verre refroidi à -20°C qui reste transparent sur la partie traitée alors qu'il est troublé par la condensation sur la partie non traitée.The superhydrophilic and anti-fog effect is illustrated in the figure 16 , where the image shows a glass cooled to -20 ° C which remains transparent on the treated part while it is disturbed by condensation on the untreated part.

La caractéristique superhydrophile est également clairement montrée par les angles de contact proches de 0°.The superhydrophilic characteristic is also clearly shown by the contact angles close to 0 °.

Claims (15)

  1. A process for coating surfaces comprising at least the steps:
    a) Depositing at least two nanoparticle populations, of different sizes, on a surface to be treated, and
    b) Crosslinking the nanoparticle-coated surface using an acidic hydroalcoholic solution containing a transition metal alkoxide, preferably tetraethyl orthosilicate (TEOS), as crosslinking agent,
    said process not involving heating said surface above 180°C.
  2. The process according to claim 1, characterized in that said nanoparticle populations are mixed with the solution containing said crosslinking agent before being deposited on said surface.
  3. The process according to any one of claims 1 and 2, characterized in that step a) contains the following substeps:
    a1) Treating a first nanoparticle population with an adhesion agent,
    a2) Contacting this first nanoparticle population with one or more other nanoparticle populations,
    a3) Optionally, purifying the particles thus formed,
    a4) Depositing the particles formed in steps a2) or a3) on said surface.
  4. The process according to claim 3, characterized in that said adhesion agent is an isocyanate or epoxy compound, preferably an isocyanate silane compound or an epoxy silane compound.
  5. The process according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said surface consists of a transparent material, preferably glass, silica or polycarbonate.
  6. The process according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said surface consists of a heat-sensitive material, preferably chosen from polycarbonate, polyurethane, poly-methacrylate (PMMA), polypropylene, polyvinyl acetate (PVA), polyamides (PA), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl alcohols (PVAI), polystyrenes (PS), polyvinyl chlorides (PVC) or polyacrylonitriles (PAN).
  7. The process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that one of the two nanoparticle populations has a diameter of between 50 and 200 nm, and the other a diameter of between 5 and 50 nm, and preferably consist of silicon, germanium, alumina, titanium, oxides or alloys thereof, or of polycarbonate.
  8. The process according to any one of claims 1 to 7, characterized in that said surface is activated by an ozone, UV or plasma treatment prior to the deposition of said nanoparticles.
  9. The process according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the deposition of said nanoparticles and/or the deposition of the solution containing the crosslinking agent is carried out by dip-coating, spin-coating, spraying, flow-coating or wiping, preferably by spraying.
  10. The process according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said surface is covered with a layer of hydrophobic organic molecules, preferably perfluorinated organic molecules, for example the organic molecules of formula:
    Figure imgb0010
    where R represents a linear or branched C1-C4 alkyl group.
  11. The process according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the crosslinking step b) is carried out at room temperature.
  12. Use of the process as described in any one of claims 1 to 11, for texturing surfaces to render them superhydrophobic.
  13. Use of the process as described in one of claims 1 to 11, for coating surfaces of spectacle glasses, portholes, windows, visors, lenses, glass panes, solar panels, windshields, rear-view mirrors or radars.
  14. Use of an acidic hydroalcoholic solution containing at least two nanoparticle populations of different sizes and a transition metal alkoxide, for texturing surfaces to make them superhydrophilic or superhydrophobic.
  15. Use according to claim 14, characterized in that said hydroalcoholic solution is applied to said surfaces by spraying.
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