ES2613500T3 - Material compuesto de vidrio o cerámica de vidrio, así como procedimiento para su obtención - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la obtención de un material compuesto con al menos dos capas, en especial de un material compuesto de vidrio o cerámica de vidrio con apariencia decorativa, que comprende los pasos: - aplicación de una capa sobre un substrato, que está constituido por sol-gel y/o polisiloxano, - aplicación de un punzón de estampado, - endurecimiento durante un proceso de estampado por medio de luz UV, - separación del punzón de estampado, - aplicación de una capa de apariencia metálica sobre la capa estructurada.

Description

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En otra forma de realización, la capa decorativa se genera a través de esmaltes. Los esmaltes pueden contener pigmentos de apariencia metálica, o generar capas metálicas de manera reactiva.

Los pigmentos de apariencia metálica son partículas que reflejan la luz. Son preferentes metales nobles, como oro, plata, rodio, platino, iridio, metales como cinc, hierro, níquel, manganeso, cromo, cobre, pigmentos reflectantes, que contienen aluminio, mica, o pigmentos de efecto (a modo de ejemplo de la firma Merck Iriodina), o grafito.

En otra forma de realización la capa de apariencia metálica se obtiene a través de pinturas cerámicas. Las pinturas cerámicas son conocidas por el especialista, y contienen, por ejemplo, disolventes, fundentes y pigmentos.

En un perfeccionamiento de la invención, el índice de refracción de la capa sol-gel está adaptado al índice de refracción del substrato, en especial del substrato de vidrio o cerámica de vidrio, y se diferencia en menos de 0,3, preferentemente menos de 0,2.

El material compuesto según la invención puede estar orientado al observador de dos maneras.

En una forma de realización, la unión de capas se encuentra tras el substrato, es decir, por ejemplo en un electrodoméstico no en el lado delantero, sino en el lado del substrato opuesto al observador.

Con esta forma de realización de la invención se genera una apariencia extraordinaria, ya que se produce la impresión de que la capa que comprende metal está estructurada, y el vidrio no lo está. A modo de ejemplo, se puede generar la apariencia de una placa de acero refinado revestida con vidrio.

También se puede obtener la impresión de una superficie metálica negra pulida.

A tal efecto, el substrato debía ser transparente, y el índice de refracción de la capa sol-gel se debía diferenciar del índice de refracción del substrato en menos de 0,3.

Esta forma de realización con una capa que comprende un metal en el reverso tiene la ventaja de que la estructura está protegida de contactos mecánicos. Por consiguiente, se deben plantear requisitos menores en las propiedades mecánicas. Además, también son posibles capas gruesas de apariencia metálica, por ejemplo constituidas por un esmalte, ya que la capa puede rellenar la estructura de la capa sol-gel sin destruir la apariencia óptica de la estructura. Por lo demás, se pueden aplicar capas adicionales sobre la capa de apariencia metálica, como por ejemplo barreras de difusión, pinturas cerámicas o basadas en silicona.

En otra forma de realización, la unión de capas se encuentra sobre el lado delantero del substrato. Con esta disposición, además de la propiedad óptica especial, también se puede realizar la propiedad háptica, a modo de ejemplo de acero refinado pulido. También en el caso de esta disposición se pueden aplicar capas adicionales sobre la capa de apariencia metálica, como por ejemplo capas antiarañazos, barreras de difusión, capas AR, o similares.

A tal efecto debía estar presente una capa decorativa delgada, que sigue la estructura de la capa sol-gel y no llena la misma.

En esta forma de realización de la invención se aplica preferentemente una capa protectora transparente sobre la capa de apariencia decorativa, que sirve para una estabilidad mecánica y/o química mejorada.

Con esta forma de realización de la invención se puede imitar la apariencia de una pluralidad de estructuras decorativas diferentes. No se interfiere en el aspecto de la capa debido a la superficie especular del substrato, o debido a su coloración.

En una forma de realización, la unión de capas está constituida de modo que la primera capa presenta una capa solgel estampada con una estructura de acero refinado pulida, y la segunda capa es una capa decorativa metálica. Preferentemente se emplea un acero refinado estable térmicamente.

En todas las formas de realización citadas, la superficie del substrato puede estar tratada previamente. Según definición, se entiende por un tratamiento previo una limpieza, una activación superficial, agentes adhesivos o capas de agentes adhesivos.

Descripción de los dibujos

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La figura se debe explicar más detalladamente a continuación con referencia a los dibujos fig. 1 a fig. 6. Con referencia a las figuras fig. 1 a fig. 4 se debe explicar más detalladamente la obtención de un material compuesto, representándose esquemáticamente los pasos de obtención en las figuras.

La fig. 1 muestra un material compuesto 1, que comprende un substrato 2 sobre el cual está aplicada una capa solgel 3 por secciones.

Como se representa en la fig.2, la capa sol-gel 3 se estructura por medio de una herramienta de estampado 4, que se imprime sobre la capa.

La capa sol-gel estructurada 3 está representada en la fig. 3. Preferentemente, la estuctura es similar a la estructura de una superficie de acero refinado pulida.

Acto seguido, como se representa en la fig. 4, se aplica una capa metálica 5 sobre la capa sol-gel estructurada 3 a través de un procedimiento de bombardeo iónico en fase gaseosa, y se produce un revestimiento con apariencia metálica.

Como herramienta de estampado se puede emplear, a modo de ejemplo, un punzón de estampado.

La capa sol-gel se puede aplicar sobre un substrato de vidrio o cerámica de vidrio, a modo de ejemplo, por medio de revestimiento líquido. La capa de sol gel comprende preferentemente partículas amorfas y/o híbridas y/o cristalinas. A través de las partículas y el sol se puede poner a disposición una adaptación de índice de refracción de la capa al substrato 2, o sobre otras capas superpuestas (no representadas).

La capa sol-gel 3 se aplica preferentemente por medio de un procedimiento de serigrafía. De este modo se pueden escotar zonas que no se deben estructurar, y las zonas que se requieren, por ejemplo, para una pantalla o una superficie de mando, no están provistas de la capa sol-gel, y en estas zonas se suprime un control complejo de imperfecciones de capa, inhomogeneidades y/o suciedades.

En una forma de realización de la invención, la capa sol-gel 3 se endurece previamente, en especial por medio de un proceso fotoquímico.

La herramienta de estampado 4 está configurada preferentemente como punzón de estampado, que se imprime continuamente, en especial como rodillo o como punzón de estampado superficial, sobre la capa sol-gel bajo una presión definida. En una forma de realización de la invención, durante la impresión se endurece la capa sol-gel 3, en especial por vía térmica o fotoquímica. En especial si se emplea un sol relativamente fluido, el punzón de estampado no se debe imprimir con una fuerza especialmente elevada, sino que el sol se extiende casi por sí mismo en la estructura del punzón de estampado. En tanto entre punzón de estampado y sol se formen burbujas, éstas se pueden eliminar por medio de un cilindro o por medio de vacío.

Como estructura por la que se entiende en especial un relieve superficial tridimensional entran en consideración estructuras tanto periódicas, como también estadísticas, en especial líneas, superficies pulidas, capas dispersivas de la luz, superficies decapadas, estructuras sirven para una mejor háptica, así como cuerpos geométricos sencillos, como pirámides, pirámides invertidas, cubos, esferas, etc.

En una forma de realización especial, la capa sol-gel estructurada coincide estructuralmente con capas precipitadas posteriormente, en especial para las capas que contienen metal aplicadas según la invención, así como, opcionalmente, otras capas sucesivas.

La capa sol-gel estructurada 3, que está provista de una capa metálica 5, se endurece, entre otras cosas según estabilidad a la temperatura de producto final requerida, a temperaturas de 50 a 1000ºC, preferentemente de 100 a 800ºC.

La estructura se conserva incluso si se queman completamente componentes orgánicos de la capa sol-gel.

La profundidad de la estructura en relación con la estructura de la herramienta de estampado desciende según temperatura y sol-gel empleado, que contiene en especial partículas, entre un 0 y un 60 %. En caso necesario, esto se puede compensar empleándose una herramienta de estampado que presenta una profundidad estructural más elevada que la profundidad estructural que se pretende propiamente.

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Como precursores sol-gel se pueden emplear en especial alcoxisilanos funcionalizados con epoxi o metacrilato, en especial hidrolizados y condensados. Cargados con nanopartículas, en especial nanopartículas de SiO2, que se añaden especialmente como dispersión alcohólica, se puede obtener una contracción por debajo de un 25 %.

Esencialmente son preferentes partículas configuradas en forma de fibras, muy especialmente partículas de SiO2, con un diámetro de 5 a 15 mm, y una longitud de 5 a 150 nm. En otras formas de realización se pueden emplear también mezclas de partículas esencialmente esféricas de diferente tamaño de 5 a 125 nm.

La capa de apariencia metálica 5 se puede aplicar, a modo de ejemplo, a través de un procedimiento de precipitación, como precipitación en fase líquida, CVD o PVD, o también como esmalte metálico. La capa metálica 5 se aplica preferentemente por medio de un proceso de bombardeo iónico en fase gaseosa. Las capas metálicas aplicadas en el procedimiento de vacío se pueden aplicar tanto en toda su superficie, como también solo parcialmente. En este caso, en el proceso de bombardeo iónico en fase gaseosa se enmascaran zonas no revestidas, por ejemplo por medio de esmalte o por medio de un filtro. Los esmaltes de apariencia metálica están constituidos casi siempre por resinas alquídicas, en las que están presentes pigmentos metálicos, o pinturas cerámicas, que contienen fundentes, además de los componentes colorantes. Tales esmaltes o sistemas de esmalte se aplican preferentemente a través de serigrafía.

En una forma de realización según la invención, esta capa de esmalte puede estar constituida por pinturas de abrillantado, como se describen, por ejemplo, en el documento US 2007/0056961 o el documento DE 102008020895.

En especial también es concebible que la capa metálica se aplique también sobre zonas no estructuradas, y se pueda producir una superficie especular brillante en las mismas.

El material compuesto según la invención está previsto en especial para campanas extractoras, paneles de mando, puertas de hornos, hornos de vapor, microondas, frentes de cocina, como cubiertas de protección en cocinas, para elementos de vidrio de pequeños aparatos eléctricos, en especial tostadores, como superficies de cocción, ventanillas de chimenea, pero también para aplicaciones en arquitectura, acristalamientos, extractores, acristalamientos de edificios, tabiques, puertas, revestimientos de suelo, muebles y electrónica de consumo, como por ejemplo ordenadores, teléfonos móviles, pantallas, y en la construcción de automóviles o en la construcción de aviones, como por ejemplo para aplicaciones decorativas en el interior de automóviles, como para el salpicadero de automóviles, etc. Como material estratificado de la capa sol-gel se emplea preferentemente SiO2 amorfo o polímero híbrido, posiblemente con fracciones de óxidos metálicos o metálicos mixtos amorfos y/o nanocristalinos amorfos, como por ejemplo TiO2, ZrO2, 8YSZ, Al2O3, CeO2, ZnO, ITO, o sus derivados polímeros híbridos.

En una forma de realización especial, también se pueden emplear nanopartículas no oxídicas y/o parcialmente oxídicas, como por ejemplo MgF2, CaF2, Mg2OF2, SiC, SiOC, SiN, SiON.

En una forma de realización, la disolución de revestimiento se basa en precursores sol-gel amorfos o cristalinos, en dispersión molecular o coloidal, o polímeros híbridos, de silicio, titanio, circonio, aluminio, cinc, magnesio, calcio y/o estaño, en especial SiORxRy, TiORxYy, ZrORxXy, AlORxYy, ZnORxYy, MgORxXy, CaORxXy y/o SnORxX.

Como polímero híbrido endurecible por UV se puede emplear un precursor de alcoxisilano hidrolizado y condensado, con uno o varios grupos funcionales orgánicos reticulables por UV, en especial glicidiloxipropiltrietoxisilano o metacriloxipropiltrimetoxisilano.

Este precursor se emplea como aglutinante para nanopartículas, en especial nanopartículas oxídicas, muy especialmente nanopartículas de SiO2.

Prefrentemente se emplean nanopartículas que se unen con un aglutinante, cuyo grado de condensación asciende a más de un 60 %. La fracción volumétrica de nanopartículas es preferentemente mayor que un 30 %, de modo especialmente preferente mayor que un 50 %.

En una forma de realización especial se emplea un sistema de dos componentes. En este caso, un componente está constituido por silano hidrolizado con funcionalización orgánica, a modo de ejemplo un hidrolizado de tetraalcoxisilano y glicildiloxipropiltrialcoxisilano reducido en disolvente. Un segundo componente adicional está constituido por las nanopartículas de óxido metálico y/u óxido semimetálico, con un fotoiniciador en un disolvente de punto de ebullición elevado.

Antes de empleo, ambos componentes se mezclan en proporción correspondiente, y son utilizables durante > 24 hora.

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La capa sol-gel endurecida térmicamente, que se ha endurecido en especial con una temperatura de más de 200ºC, es micro-y mesoporosa, y tiene una porosidad abierta de un 1 a un 50 %. En el caso de un tratamiento térmico con una temperatura aún más elevada, a modo de ejemplo 500ºC, la capa es mesoporosa, con un diámetro de poros entre 2 – 10 nm.

Las capas según la invención tienen simultáneamente un efecto barrera frente a la difusión. El efecto barrera se puede intensificar aún mediante aplicación de una capa adicional, como por ejemplo SiO2 o SixNy, con el método de precipitación conocido por el especialista. Además de serigrafía, para la aplicación de la capa sol-gel 3 se pueden emplear impresión por tampón, revestimiento por inmersión, aplicación por rodillos, inundación, pulverización, u otras tecnologías de revestimiento de líquido. En una primera forma de realización de la invención, el primer paso de endurecimiento durante el proceso de estampado se efectúa térmicamente en un intervalo de temperaturas de 50 a 150ºC. En una forma de realización, el endurecimiento se efectúa durante el proceso de estampado por medio de luz UV.

Un endurecimiento definitivo, o bien una cochura de la primera capa estructurante se efectúa en un intervalo de temperaturas de 50 a 1000ºC, preferentemente 450 a 740ºC.

La herramienta de estampado se diseña preferentemente con una fuerza de presión entre 0,1 y 5 bar. En este caso, se ha mostrado especialmente ventajoso un despliegue de la herramienta de estampado comenzando por un lado. El estampado puede tener lugar bajo vacío para reducir el peligro de formación de burbujas.

A la disolución de revestimiento de líquido se pueden añadir compuestos que tengan una acción desecante o humectante.

Antes del revestimiento del substrato, éste se puede tratar previamente, a modo de ejemplo, por medio de un imprimador, para obtener una mayor adherencia de la capa sol-gel.

En la fig.5 se representa un material compuesto 1 en vista superior.

Sobre un substrato de vidrio está aplicada como ribete 6 una capa estructurada con apariencia metálica.

También se puede aplicar una inscripción 7 como referencia de origen o como parte de un indicador de temperatura

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La fig. 6 muestra esquemáticamente un diagrama de flujo con los pasos de procedimiento esenciales.

En primer lugar se aplica una capa sol-gel. La capa sol-gel aplicada se estructura por medio de un punzon de estampado en el caso de endurecimiento simultáneo con luz UV. Acto seguido se separa el punzón de estampado, y a continuación se endurece térmicamente el material compuesto. Finalmente se aplica una capa de acero refinado por medio de un procedimiento de bombardeo iónico en fase gaseosa. En caso dado, se pueden aplicar otras capas adicionales.

A modo de ejemplo, un material compuesto según la invención se puede obtener en detalle de la siguiente manera.

Ejemplo 1

En un recipiente se dispone GPTES (glicidiloxipropiltrietoxisilano) con TEOS (tetraetoxisilano), y se hidroliza con agua, en la que está disuelto PTSH (ácido paratoluenosulfónico). A modo de ejemplo, se pueden emplear 0,08 mol de GPTES, 0,02 mol de TEOS, 2,3 g de agua y 0,344 g de PTSH.

Tras agitación se añade a este hidrolizado una dispersión alcohólica de nanopartículas de SiO2 de forma irregular en isopropanol. A modo de ejemplo, se pueden emplear 110 g de una dispersión con un 15 % de partículas.

A modo de ejemplo, las nanopartículas tienen una forma de fibra con un diámetro de 5 a 15 nm, y una longitud de 30 a 150 nm.

A esta disolución se añade monoetiléter de etilenglicol (por ejemplo 13 g), y el disolvente muy volátil se elimina en el evaporador rotativo (por ejemplo a 100 mbar y 50ºC de temperatura de baño).

Al sol de estampado producido de este modo se añade a continuación un fotoiniciador (por ejemplo 0,6 g del fotoiniciador catiónico Irgacure 250 en 1 g de monoetileéter de etilenglicol).

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A esta disolución se añaden 20 g de monometiléter de tripropilenglicol, y el disolvente muy volátil se elimina en el evaporador rotatorio a 100 mbar y 50ºC de temperatura de baño.

Al sol de estampado se añade a continuación 1,0 g del fotoiniciador catiónico Irgacure 250 en 1 g de monoetiléter de etilenglicol.

5 Por medio de serigrafía bajo empleo de un tejido en 140, con el sistema de esmalte se pueden aplicar capas estructuradas por un lado sobre cerámica de vidrio transparente. Además de zonas estructuradas en toda su superficie se realizan también zonas con elementos estructurales con anchuras de línea de 0,5 mm, 1 mm, 10 mm.

Tras secado del disolvente por medio de radiación IR se aplica un punzón de estampado de silicona estructurado (PDMS), y a continuación se endurece por medio de una lámpara UV a través del sello de estampado. Tras

10 separación del punzón de estampado, la estructura del punzón de estampado se ha transferido al esmalte funcionalizado con nanopartículas.

Las capas se endurecen ahora térmicamente a una temperatura de 700ºC durante 4 minutos. El grosor de capa final asciende a 3 µm.

A continuación se aplica una pintura de abrillantado negra de al menos 50 nm de grosor por medio de un 15 procedimiento de serigrafía bajo empleo de un tamiz en 140.

Como capa antiarañazos, a continuación se aplica por medio de serigrafía otra capa protectora de una resina de metilpolisiloxano pigmentada, disuelta en acetato de carbitol. Esta capa se endurece a 230ºC durante 1 hora.

En especial, mediante la invención se pueden generar de modo muy sencillo revestimientos estables mecánica y térmicamente con apariencia metálica pulida sobre un substrato de vidrio.

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