WO2005110937A2 - Substrat a revetement photocatalytique - Google Patents

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WO2005110937A2
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Mauricette Rondet
Eric Mattmann
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Saint-Gobain Glass France
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Definitions

  • the present invention relates to at least partially transparent substrates provided with a photocatalytic coating, the process for obtaining such a coating, the products obtained and the various applications of said products. It relates more particularly to substrates having both an anti-reflection functionality and a photocatalytic coating.
  • the coatings according to the invention thus make it possible to confer new functionalities on the materials which support them, in particular by combining anti-fouling, fungicidal or bactericidal properties with properties for reducing light reflection.
  • the substrates according to the present invention are transparent or semi-transparent substrates, of mineral or organic nature, such as glasses or glass-ceramics or different rigid or flexible polymers.
  • a coating has an anti-reflection functionality when it has a lower reflection factor than that of the uncoated substrate.
  • the physical principle common to these coatings consists in creating different interfaces giving rise to multiple reflections which will mainly interfere in a destructive way.
  • Such coatings intended for ophthalmic lenses are for example described in patent application FR 2 721 720. They can be rudimentary, consisting of a single layer of dielectric materials whose optical thickness (that is to say the product of the geometric thickness by the refractive index of the material) is equal to ⁇ / 4, ⁇ being a wavelength averaged in the visible range, therefore around 550nm. In this case, a low light reflection factor is obtained only for an incidence of the quasi-normal light rays.
  • Anti-reflection coatings can also be more complex and include at least 3 or 4 layers in order to improve these aesthetic aspects. They can also be required to meet demanding specifications in terms of mechanical or thermomechanical resistance or abrasion resistance.
  • Patent application FR 2 841 894 thus describes anti-reflective coatings intended for glazings which have to undergo bending treatments, therefore high mechanical stresses at high temperatures. These coatings consist of a stack of at least four layers, alternating layers having a high refractive index and layers having a low index, each layer also having a well defined optical thickness.
  • Titanium oxide in particular when it is crystallized, at least partially, in the crystallographic form "anatase", makes it possible, under the effect of radiation, in particular ultraviolet rays, to catalyze the oxidation by radical reactions, and therefore the degradation , organic molecules.
  • the underlying physical mechanism is the creation of an electron-hole pair under the effect of radiation whose energy is greater than or equal to the energy "gap" between the valence and conduction bands of titanium oxide.
  • These coatings described for example in application EP 850 204, also have photo-induced hydrophilicity properties which give the material self-cleaning functionalities.
  • the hydrophilic surface makes it easy to clean both organic residues and mineral dust, for example by rainwater.
  • the photocatalytic titanium oxide coatings can be formed by different deposition methods, for example by the vapor deposition method (CVD, as described in the above-mentioned application EP 850 204), by the sputtering method (the application FR 2 814 094 presents a particular method), or by “sol-gel” type processes.
  • the titanium oxide can be partly introduced in the form of crystallized particles of nanometric size embedded in an inorganic or organic binder as described in application FR 2 738 812, or it can be created in situ as in application FR 2 814 094 mentioned above.
  • Another means consists in depositing by sol-gel process a coating of the mesoporous type comprising titanium oxide at least partially crystallized, in particular in the form of perfectly discernible particles.
  • This particular process described in application FR 2 838 734, makes it possible to confer on the product obtained an increased photocatalytic activity.
  • An example of a combination of the two anti-fouling and anti-reflection functionalities in the same material is described in document EP-A-1 291 331, in which layers of titanium oxide less than 100 nanometers thick deposited by magnetron process overcome layers of layers. After deposition, obtaining the anatase phase, which improves the photoinduced hydrophilicity properties, is favored by a heat treatment between 100 and 250 ° C.
  • the stacks described have very large variations in the reflection properties as a function of the thickness of the photocatalytic coating, which means that said thickness must be controlled extremely precisely during the deposition of said coating.
  • most of the stacks described contain at least one metallic layer, which has the effect of greatly reducing the light transmission of the coated substrate.
  • the proposed stacks in particular those not comprising a metallic layer, have a reflection spectrum very dependent on the wavelength and in particular reflection values very much greater than the reflection of uncoated glass for lengths 400nm and / or 700nm wave.
  • the invention therefore aims to overcome these drawbacks and to provide a material allowing the rapid elimination of organic soiling, in external and internal conditions, and a low reflection factor over the widest range of wavelengths possible.
  • Another object of the invention is to provide a material such that the photocatalytic coating can be deposited by an economical process.
  • the invention also aims to provide a material having good chemical and mechanical resistance.
  • the main object of the invention is a transparent or semi-transparent substrate having on at least a portion of at least one of its faces a photocatalytic coating based on titanium oxide, the set of deposited coatings conferring an anti- reflections to said substrate.
  • an anti-reflective coating is called a coating which confers, for the coated face, a light reflection factor lower than that imparted by one face of the uncoated substrate.
  • the coating according to the invention advantageously has a strong photocatalytic activity, defined as being an activity, under external irradiation conditions (k ext ), expressed in degradation rate of stearic acid, greater than or equal to 1.10 "2 crr ⁇ Vmin.
  • the overall light reflection factor for the face coated with the material is preferably less than or equal to 80%, in particular 60%, and even 40%, or even 20% or 15% of the reflection factor of one face of the substrate.
  • the reflection value of a coated face is lower than the reflection value of a face of the uncoated substrate over the entire range 400-800nm , corresponding to the wavelength range of visible radiation.
  • the reflection factor of each face is approximately 4%.
  • the coating according to the invention allows so get prefer ily a reflection factor per side less than or equal to 3.2%, especially 2.4%, or even 1.6%, and even 0.8 or 0.6%.
  • the overall reflection factor in the case of a soda-lime-glass substrate can therefore be less than or equal to 1.2%.
  • the substrate can be mineral in nature, for example glass or ceramic glass, or organic in nature.
  • plastics such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polypropylene, polyurethane, polyvinylbutyral, poly (ethylene glycol terephthalate), poly (butylene glycol terephthalate), resin ionomer such as ethylene / (meth) acrylic copolymer neutralized by a polyamine, cycloolefinic copolymer such as ethylene / norbornene or ethylene / cyclopentadiene, polycarbonate / polyester copolymer, ethylene / vinyl acetate copolymer and similar, alone or in mixtures.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • PC polypropylene
  • polyurethane polyvinylbutyral
  • poly (ethylene glycol terephthalate) poly (butylene glycol terephthalate)
  • resin ionomer such as ethylene / (meth) acrylic copolymer neutralized by a polyamine, cycloo
  • substrates obtained by polymerization of bis (allyl carbonate) of diethylene glycol sold under the trademark CR-39 ® from PPG Industries Inc.
  • polymer-based substrates (meth ) allylic or (meth) acrylic are particularly those obtained from monomers or prepolymers derived from bisphenol-A, used alone or in admixture with other copolymerizable monomers, based on poly (thio) urethane, or also based on polystyrene or diallylphthalate resin.
  • the photocatalytic coating has a refractive index of less than 2, preferably less than 1, 9, or even 1, 8, and in particular less than 1 , 7, or even 1, 6. In a particularly preferred manner, the refractive index of the photocatalytic coating is even less than or equal to 1.5.
  • the power average UVA radiation (in the wavelength range 315-400nm) is for example around 50W for an irradiated surface of 1 m 2 ; it drops to less than 2W / m 2 indoors, in particular due to the filtering power of the glazing.
  • the substrate according to the invention is therefore preferably coated with a photocatalytic layer whose activity under external irradiation conditions (k ext ), expressed in degradation rate of stearic acid, is greater than or equal to 1.10 "2 , in particular 2.10 "2 , even 3.10 " 2 crr ⁇ Vmin, and even 3.5.10 "2 crr ⁇ Vmin.
  • the photocatalytic layer advantageously has, under internal irradiation conditions, an activity (k int ), expressed as a percentage by mass of stearic acid degraded after 2 hours of irradiation, greater than 15%, in particular greater than 20%, and preferably greater than 30%, even 40%, and even 50%.
  • the rate of degradation of stearic acid expresses the rate of decrease of the area of the stretching vibration bands (also called “stretching") of the CH 2 -CH 3 groups measured by infrared Fourier transform spectroscopy (FTIR) in conditions which will be detailed later.
  • FTIR infrared Fourier transform spectroscopy
  • the photocatalytic coating is characterized by a mesoporous structure, preferably produced by a sol-gel type process, comprising titanium oxide at least partially crystallized, in particular in anatase form and / or rutile.
  • the mesoporous structure makes it possible to significantly increase the specific surface of the material, thus considerably increasing the photocatalytic activity.
  • porous mineral materials therefore of low density, generally have a low refractive index, the lower the higher the porosity.
  • the term "mesoporous” here refers to pores with diameters between 2 and 50 nm.
  • the mesoporous structure is based on at least one compound of at least one of the elements Si, W, Sb, Ti, Zr, Ta, V, B, Pb, Mg, Al, Mn, Co, Ni, Sn, Zn, In, Fe and Mo, if necessary in covalent bond with elements such as O, S, N, C.
  • the mesoporous structure with the exception of titanium oxide, preferably consists mainly of silica (SiO 2 ) in order to impart a low overall refractive index to the coating according to the invention.
  • the mesoporous structure contains silica
  • a coating having a Ti / Si atomic ratio preferably between 0.25 and 2, in particular between 0.6 and 1, 2, or even substantially equal to 1.
  • Coatings with low Ti / Si ratios do not in fact have the desired photocatalytic properties, while high Ti / Si ratios give the material high refractive indices.
  • the network of pores advantageously obtained using organic structuring agents, preferably has an order at medium or long distance (a few nanometers to a few micrometers).
  • the at least partially crystallized titanium oxide is, for example, incorporated into the mesoporous structure in the form of perfectly discernible particles.
  • nanoparticles with diameters between 0.5 and 100 nm, in particular between 1 and 80 nm, themselves made up of clusters of elementary grains or crystallites with diameters between 0.5 and 10 nm.
  • the term "diameter” is to be taken here in the broad sense, it is more an assessment of the size of the nanoparticle or of the crystallite. The shape of this one can approach a sphere, or an elongated shape in grain of rice or a completely random shape.
  • the whole of the mesoporous structure incorporating the titanium oxide is essentially solid, capable of cohesion, of mechanical strength and of excellent abrasion resistance.
  • the mesoporous structure is capable of being exclusively composed of titanium or of a titanium compound such as its oxide, in particular crystallized in anatase and / or rutile form. It has been found that the titanium oxide thus incorporated exerts its photocatalytic activity to an exceptionally high degree. So residual ultraviolet radiation after passing through single or multiple glazing, or residual ultraviolet radiation from indoor electric lighting is sufficient for the substrate according to this preferred mode of the invention for it to degrade a residue organic, and so that it is then entrained in a relatively uniform liquid film which is formed if necessary on the substrate rendered hydrophilic by the radiation.
  • the coating of the invention therefore combines the functionality of degradation of organic residues - by photocatalysis - and evacuation of organic and mineral residues - hydrophilic / oleophilic character - under the effect of any liquid, such as condensation.
  • the high performance provided by this preferred embodiment of the invention may be attributable at least in part to the interconnection of the pore network, allowing good accessibility of pollution towards the titanium oxide particles, as well as good diffusion in the coating of photogenerated species on the surface of these particles.
  • the abrasion resistance and the durability of photocatalytic activity to such a high degree are excellent.
  • a monolayer film or a multilayer stack is interposed between the substrate and the photocatalytic coating so as to more effectively reduce the light reflection factor of the substrate according to the invention.
  • the multilayer stack preferably does not include a metallic layer, in particular based on silver, titanium or platinum. The presence of these layers in fact greatly reduces the light transmission of the coated substrate. The inventors have also demonstrated that their presence generates low mechanical and chemical resistance.
  • the coating thus interposed is preferably composed of thin layers of dielectric material with alternately strong and weak refractive indices successively comprising: a first layer 1 with a high index, of refractive index ni of between 1, 8 and 2.3 and of geometric thickness ei between 5 and 50 nm, a second low index layer 2, with refractive index n 2 between 1.35 and 1.65, of geometric thickness e 2 between 10 and 60 nm, a third high index layer 3, with index of refraction n 3 between 1, 8 and 2.5, of geometric thickness e 3 between 40 and 150 nm,
  • the photocatalytic coating based on titanium oxide then constitutes a fourth layer, placed on layer 3.
  • its geometric thickness e 4 is preferably between 40 and 150 nm.
  • the term "layer” is understood to mean either a single layer or a superposition of layers where each of them respects the indicated refractive index and where the sum of their geometric thicknesses also remains the value indicated for the layer in question.
  • the layers are made of dielectric material, in particular of the oxide, nitride or oxynitride type of a metallic or semiconductor element.
  • At least one of them is modified so as to be at least a little conductive, for example by doping a metal oxide, this for example to give the anti-reflective stack also a function antistatic.
  • These preferential thickness and refractive index criteria make it possible to obtain a broadband antireflection effect of low light reflection, (that is to say such that the coated face has a reflection value less than the value of reflection of one side of the uncoated substrate over the entire 400-800nm range), also having a neutral shade in transmission and good aesthetics in reflection, regardless of the angle of incidence at which the substrate thus coated is observed.
  • the most suitable materials for constituting the first and / or third layer of the stack, having a high index are based on metal oxide (s) chosen from titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), or mixed oxides of several of these oxides, for example mixed tin oxides- zinc (Sn x Zn y O z ), mixed oxides of zinc-titanium (TiZnO x ) or silicon-titanium (Si x Ti y O z .), or titanium-zirconium (Ti x Zr (i -X ) O 2 ).
  • metal oxide s chosen from titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), or mixed oxides of several of these oxides, for example mixed tin oxides- zinc (Sn x Zn y O
  • nitride chosen from silicon nitride (Si 3 N) and / or aluminum nitride (AIN), or a mixed silicon / zirconium nitride (SiZrN x ). All these materials can optionally be doped to improve their chemical and / or mechanical and / or electrical resistance properties.
  • the most suitable materials for constituting the second layer of the stack A, having a low index, are based on silicon oxide, oxynitride and / or silicon oxycarbide or also based on a mixed oxide silicon and aluminum. Such a mixed oxide tends to have better durability, in particular chemical, than pure SiO 2 (an example is given in patent EP-791 562).
  • the respective proportions of the two oxides can be adjusted to obtain the expected improvement in durability without greatly increasing the refractive index of the layer.
  • the stack on which the photocatalytic coating is deposited is preferably formed according to the teachings of the patent FR 2 841,894 incorporated here for reference.
  • the coating or stack interposed between the substrate and said photocatalytic coating is advantageously optimized so that variations in the thickness of the Photocatalytic coating, inherent in this type of process, does not significantly affect the value of the light reflection factor.
  • the coated substrate is advantageously such that the range of the thickness range of said photocatalytic coating for which the reflectance of the coated substrate remains less than the reflection factor of the uncoated substrate (even less than 80%, 60%, or even 40% of this value) represents at least 15%, even 25% and even 30% or 50% of the median value of this range.
  • the advantage of this embodiment lies in greater simplicity of deposition, the control of the thickness need not be extremely precise. This advantage is particularly accentuated when the photocatalytic coating is obtained by the sol-gel process, for which the fine control of the thickness and obtaining a perfectly homogeneous thickness are difficult.
  • Another object of the invention relates to the process for obtaining a substrate as described above, this process successively comprising the following steps:
  • a “sol” comprising at least one precursor of the material constituting the mesoporous structure of the coating and at least one organic structuring agent diluted in a solvent
  • the soil preferably contains at least one oxide precursor, for example a hydrolyzable compound such as an alkoxide or a halide, and advantageously at least one silica precursor (SiO 2 ), such as, for example, tetraethoxysilane (TEOS ) or tetramethoxysilane (TMOS).
  • oxide precursor for example a hydrolyzable compound such as an alkoxide or a halide
  • silica precursor SiO 2
  • the silica precursors preferably represent the majority, even all of the precursors of the material constituting the mesoporous structure. It can also contain at least one precursor of titanium oxide, such as titanium tetrabutoxide or titanium tetraethoxide.
  • the structuring agent is advantageously chosen from cationic surfactants, preferably of the quaternary ammonium type such as cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), or nonionic, such as di-block or tri-block copolymers based for example on oxide ethylene or propylene.
  • CTAB cetyltrimethylammonium bromide
  • nonionic such as di-block or tri-block copolymers based for example on oxide ethylene or propylene.
  • the addition of the organic structuring agent can also be carried out after the stages of preparation and ripening of the soil, this last stage allowing a preliminary condensation of the precursor favoring the structuring of the coating of condensed oxide on the support surface in large areas. dimension.
  • Advantageous conditions for ripening include maintaining the soil at a temperature of 40 to 60 ° C for a period of 30 min to 24 hours, the curing time being shorter the higher the temperature.
  • the solvents used are preferably alcohols, in particular ethanol which has the advantage of being non-toxic.
  • the application of the sol to the substrate can be carried out by the sol-gel deposition techniques well known to those skilled in the art, such as those described in patent application EP-A-850 204 already mentioned and incorporated here as reference, for example: - spin-coating (deposition on a rotating substrate),
  • the substrates to be coated forming a narrow cavity (or "cell") delimited by two substantially parallel faces filled with the soil to be deposited then emptied in a controlled manner
  • the substrate is made of plastic
  • a particularly preferred embodiment of the invention consists in operating a consolidation of the coating at temperatures between 50 and 80 ° C, and, successively or simultaneously, in not eliminating said organic structuring agent thermally, but by through irradiation, for example under ultraviolet radiation.
  • the presence of titanium oxide with photocatalytic properties then proves capable of rapidly degrading all of the structuring agents.
  • the inventors have discovered an additional advantage to these treatments carried out at low temperature, which give the coatings a greater porosity, and therefore a higher photocatalytic activity.
  • Layers or stacks of functional layers can also be interposed between the substrate according to the invention and the layers with anti-reflection and photocatalytic function.
  • These may be layers with an antistatic or thermal function (low-emissivity, anti-sun ”) in particular chosen based on a conductive material of the metal type (for example silver) or of the doped metal oxide type such as ITO-doped indium oxide, ZAO aluminum-doped zinc oxide, tin oxide doped with a halogen such as fluorine or with antimony. It may also be layers having a hardness making them suitable for performing anti-scratch or anti-abrasion functions, which are particularly useful in the case of ophthalmic lenses. These layers can be organic or inorganic layers, or alternatively organic / inorganic layers.
  • hard abrasion-resistant coatings obtained by curing a composition containing colloidal silica, optionally a crosslinking catalyst and a hydrolyzate or a mixture of hydrolysates of compound (s) silane (s) such as epoxidized aikoxysilanes and / or fluorinated alkylsilanes and / or non-epoxidized silanes.
  • abrasion-resistant layers are preferably deposited on or under a primary organic or hybrid anti-shock layer, preferably based on polysiloxane.
  • the sub-layer is preferably based on silica (for example obtained by a sol-gel process), or can be constituted by the anti-scratch or anti-abrasion layer described in the preceding paragraph.
  • the sublayer is preferably based on silicon oxycarbide.
  • the substrate according to the invention can also be a glazing unit having electrically controlled variable optical properties, such as electrochromic glazing units, liquid crystal glazing units making it possible to pass from a transparent state to a translucent state, or even glazing units made illuminating by the interposition of a rare gas which can be the site of luminescent discharges, or of light-emitting diodes.
  • the invention also relates to the use of such coated substrates as glazing, museum or shop windows, aquarium panes, panes for interior or urban furniture, ophthalmic lenses, panes for display screens, panes for panels solar heat and / or electricity producers, glazing for land, water or air motor vehicles, mirrors, in particular for mirrors, headlight optics for cars, lighting devices.
  • the present invention will be better understood on reading the detailed description below of nonlimiting exemplary embodiments.
  • a substrate of clear silica-soda-lime glass 4mm thick and marketed by Saint-Gobain Glass under the trade name SGG Planilux ® produced by the float process is coated on both sides by cathode sputtering process assisted by magnetic field ( said process
  • Magnetic of the following three-layer stack: Glass / Si 3 N 4 / SiO 2 / TiO 2 20.2nm 22.1 nm 95.9nm (the same stack is present on the opposite side)
  • the first layer has a refractive index of 2.04 at 550 nm.
  • these values are respectively 1.48 and 2.33 at 550 nm.
  • a photocatalytic coating with a mesoporous structure is formed on both sides of the material obtained.
  • the liquid treatment composition is obtained by mixing, in a first step, 22.3 ml of tetraethoxysilane, 22.1 ml of absolute ethanol, 9 ml of HCl in demineralized water until the solution becomes clear (pH final 1, 25), then placing the flask in a water bath at 60 ° C for 1 h.
  • the samples are then subjected to a heat treatment at 250 ° C for 2 hours in order to consolidate the mesoporous coating and to remove the solvent and the organic structuring agent.
  • the pores of the coating thus formed have a size of 4-5 nm. It is verified by SIMS analysis (Secondary Ion Mass Spectroscopy) of the coating with a mesoporous structure that the Ti / Si atomic ratio is exactly identical to that of the starting liquid composition. This Ti / Si ratio is chosen equal to 1.
  • SIMS analysis also makes it possible to verify that the nanoparticles are distributed homogeneously in the three dimensions of the coating.
  • the thickness e 4 of the photocatalytic coating in nm is measured from SIMS profiles and SEM (scanning electron microscope) images and is equal to 72 nm.
  • the multilayer stack interposed under this coating is optimized so that the light reflection factor of the final material is slightly affected by modifications in the thickness of the photocatalytic coating.
  • the thickness of the photocatalytic coating can vary from 60 to 100 nm.
  • the refractive index of this coating is measured by ellipsometry techniques well known to those skilled in the art. It is 1.54 at 550 nm
  • the reflection measurements are carried out using a UV-visible spectrophotometer.
  • the values of light reflection factors (R ⁇ _) and colorimetric parameters (a *, b *) are calculated between 380 and 780nm from an experimental reflection spectrum under quasi-normal incidence by taking the illuminant D65 as references as defined by standard ISO / CIE 10526 and the observer CIE 1931 as defined by standard ISO / CIE 10527.
  • the measurement of the photocatalytic activity is carried out as follows: cutting of samples of 5x5 cm 2 , - cleaning of the samples for 45 minutes under UV irradiation and under oxygen scanning, measurement of the infrared spectrum by FTIR for wave numbers between 4000 and 400 cm ⁇ 1 , to constitute a reference spectrum, - deposition of stearic acid : 60 microliters of a solution of stearic acid dissolved at a rate of 5 g / L in methanol is deposited by spin-coating on the sample, measurement of the infrared spectrum by FTIR, measurement of the area of the elongation bands of the CH links 2 -CH 3 between 3000 and 2700cm "1 , - exposure to UVA type radiation: the power received by the sample, respectively about 35 W / m 2 and 1.4 W / m 2 to simulate exposure outdoors or indoors, is controlled by a photoelectric cell in the wavelength range 315-400nm.
  • the nature of the lamps is also different depending on the lighting conditions: fluorescent tubes warm white reference Philips T12 for indoor exposure, UV lamps Philips Cleo Performance for outdoor exposure, followed by photodegradation of the stearic acid layer after successive exposure durations of 10 minutes by measuring the area of the elongation bands of the CH 2 -CH 3 bonds between 3000 and 2700 cm ⁇ 1 .
  • the photocatalytic activity under external conditions k ext is defined by the slope, expressed in cm "1 . min "1 , from the right representing the area of the elongation bands of the CH 2 -CH 3 links between 3000 and 2700cm " 1 in depending on the duration of UV exposure, for a duration between 0 and 30 minutes.
  • the photocatalytic activity under internal conditions k int is defined as the mass percentage of degraded stearic acid (calculated from the infrared spectrum) after two hours of illumination.
  • the light reflection factor R ⁇ _ is equal to 1%.
  • the color parameters (a *, b *) are equal to (0.0), which indicates a perfectly neutral shade.
  • the reflection of a coated face is therefore 12.5% of the reflection of a face of the bare substrate.
  • the photocatalytic coating here consists of a layer of TiO 2 obtained by sputtering process.
  • the light reflection is 15.8%, which means that the treated face has a light reflection factor of about 11.8%, or almost three times the reflection of a face of the uncoated substrate.
  • This coating cannot therefore be qualified as anti-reflection within the meaning of the present invention, even if it is thus qualified in the application from which it originates.
  • a polycarbonate-based substrate is used here, intended for the manufacture of ophthalmic lenses, of index 1, 586 and coated with an abrasion-resistant coating obtained by curing a solution composed of colloidal silica and a hydrolyzate of 'epoxidized alkoxysilane.
  • This substrate is coated with a photocatalytic layer under conditions similar to those detailed in Example 1.
  • the differences from the conditions of Example 1 are as follows: the consolidation treatment and removal of the solvent and the structuring agent cannot be carried out at high temperature due to the low temperature resistance of the substrate. These treatments are therefore replaced by a thermal consolidation treatment carried out at 60 ° C for 3 hours under UV irradiation. This last step thus makes it possible to degrade the structuring agent thanks to the photocatalytic action of titanium oxide, the Ti / Si ratio is 0.25
  • the abrasion-resistant coating also has the advantage of preventing any degradation of the polycarbonate substrate by photocatalysis.
  • the index of the photocatalytic layer is 1.39 to 550 nm, its thickness is approximately 100 nm.
  • the light reflection factor of a coated face is 1.05%, i.e.
  • This example uses the same conditions as Example 3, with the only difference that the Ti / Si ratio is 2.
  • the index of the photocatalytic coating is 1.61 at 550 nm, and the light reflection factor of the material is 9.72%, which is higher than the reflectance of the uncoated substrate.
  • the increase in the titanium content in the photocatalytic coating has in fact resulted in an increase in the refractive index detrimental to the possibility of obtaining an anti-reflection functionality.
  • This example reproduces the conditions of Example 4, but with insertion between the photocatalytic coating and the abrasion-resistant coating of a stack of layers obtained by evaporation under vacuum.
  • This stack comprises a first layer based on zirconium and titanium oxides, a second layer based on silica, a third layer based on titanium oxide according to the following configuration: Polycarbonate / ZrTiO x / SiO 2 / TiO 2 36nm 15nm 56nm
  • a light reflection factor R ⁇ _ equal to 1.21%
  • the reflection of a coated face therefore represents 12.5% of the reflection of a face of the bare substrate.
  • This substrate is thus particularly suitable for being used as ophthalmic lenses. It has the joint advantages very strong photocatalytic activity indoors and outdoors, for example ensuring rapid disappearance of fingerprints, low light reflection and a relatively neutral shade.
  • the Ti / Si ratio is 0.25.
  • the refractive index of the photocatalytic coating is 1.39 to 550 nm, and its thickness is equal to 97 nm. This latter quantity can however vary between 70 and 120 nm without greatly affecting the light reflection factor, which represents a range of variation the extent of which is more than 50% relative to the median value of this range.
  • the thicknesses of the layers of the stack interposed between the substrate and the photocatalytic coating are:
  • the substrate is made of extra-clear printed glass sold by Saint-Gobain Glass under the brand SGG Albarino ® . Only one side of the substrate is treated.
  • the Ti / Si ratio is equal to 2.
  • the refractive index of the photocatalytic coating is then equal to 1.61 to 550 nm, and its thickness is equal to 83 nm. This latter quantity can however vary between 70 and 100 nm without greatly affecting the light reflection factor, which represents a range of variation the extent of which is 35% relative to the median value of this range.
  • the thicknesses of the layers of the stack interposed between the substrate and the photocatalytic coating are:
  • the reflection factor of the coated face is 0.6%, or 15% of the reflection factor of one face of the uncoated substrate. Since the photocatalytic layer has a high Ti / Si ratio, its activity is extremely intense. This glass is used for the production of photovoltaic panels.
  • Example 2 differs from Example 1 by the nature of the stack interposed between the substrate and the photocatalytic coating, and possibly by the Ti / Si ratio.
  • This stack consists of the following layers:
  • the third layer is here made of silicon nitride in place of titanium oxide.
  • the purpose of this modification is to improve the resistance of the stack to thermomechanical stresses occurring during the quenching or bending steps.
  • Table 1 describes the operating conditions and the results obtained for these three examples.
  • the quantity ⁇ e 4 represents the range of values of e 4 for which the value of the reflection factor remains substantially lower than that of the bare substrate.
  • the extent of this range represents respectively 74%, 50% and 35% of the median value of the range.
  • the reflection factors of the coated faces are respectively 12.5%, 12.5% and 20% of the value of the reflection factor of an uncoated face.
  • the reflection value of a coated face remains lower than the reflection value of a face of the uncoated substrate over the entire 400-800nm range.

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Abstract

L'invention a pour objet un substrat transparent ou semi-transparent possédant sur au moins une partie d'au moins une de ses faces un revêtement photocatalytique à base d'oxyde de titane caractérisé en ce que la face revêtue possède un facteur de réflexion lumineuse inférieur à celui d'une face du substrat non-revêtu. L'invention concerne également les procédés d'obtention d'un tel substrat ainsi que les utilisations dudit substrat.

Description

SUBSTRAT A REVETEMENT PHOTOCATALYTIQUE
La présente invention se rapporte à des substrats au moins partiellement transparents munis d'un revêtement photocatalytique, au procédé d'obtention d'un tel revêtement, aux produits obtenus et aux différentes applications desdits produits. Elle concerne plus particulièrement des substrats possédant à la fois une fonctionnalité anti-reflet et un revêtement photocatalytique. Les revêtements selon l'invention permettent ainsi de conférer de nouvelles fonctionnalités aux matériaux qui les supportent, en combinant notamment des propriétés anti-salissures, fongicides ou bactéricides à des propriétés de diminution de la réflexion lumineuse. Les substrats selon la présente invention sont des substrats transparents ou semi-transparents, de nature minérale ou organique, tels que des verres ou vitrocéramiques ou différents polymères rigides ou souples. Dans des domaines aussi divers que les vitrages pour vitrines ou comptoirs, les vitrages pour automobile comme les pare-brise, ou encore les lentilles ophtalmiques, est apparu depuis quelques années un besoin de diminution de la réflexion lumineuse. Ce besoin est motivé par des raisons essentiellement esthétiques, dans le cas notamment des vitrines de magasin ou de musée, lorsqu'il s'agit de mettre en valeur les objets situés derrière ces vitrines, ou encore dans le cas des lentilles ophtalmiques. Dans ce dernier cas, l'utilisation de couches anti-reflets se révèle primordiale car du fait de la diminution constante de l'épaisseur des verres, des polymères à fort indice de réfraction (et donc à fort facteur de réflexion) sont de plus en plus employés. Des raisons de sécurité peuvent également motiver le besoin de diminution de la réflexion lumineuse des substrats transparents : c'est par exemple le cas pour les vitrages pour automobile, notamment les pare-brise, afin d'éviter au conducteur d'être gêné par les réflexions parasites pouvant être importantes particulièrement dans le cas de tableaux de bord de couleurs claires. Le besoin peut enfin être motivé par des raisons fonctionnelles, par exemple dans le cas des vitrages recouvrant les cellules photovoltaïques de panneaux solaires produisant de l'électricité. Dans ce cas, toute augmentation de la transmission du vitrage (par exemple en diminuant l'intensité des rayons réfléchis) génère un gain énergétique important. Des revêtements divers ont été mis au point pour répondre à cette attente, tant dans le cas des substrats minéraux que des substrats organiques. Ils sont destinés à diminuer le facteur de réflexion lumineuse d'un substrat donné, voire à l'annuler dans certains cas. De manière générale, on considère qu'un revêtement possède une fonctionnalité anti-reflets lorsqu'il présente un facteur de réflexion plus faible que celui du substrat non-revêtu. Le principe physique commun à ces revêtements consiste à créer différentes interfaces donnant naissance à des réflexions multiples qui vont interférer majoritairement de manière destructive. De tels revêtements destinés aux lentilles ophtalmiques sont par exemple décrits dans la demande de brevet FR 2 721 720. Ils peuvent être rudimentaires, constitués d'une seule couche de matériaux diélectriques dont l'épaisseur optique (c'est-à-dire le produit de l'épaisseur géométrique par l'indice de réfraction du matériau) est égale à λ/4, λ étant une longueur d'ondes moyennée dans le domaine du visible, donc autour de 550nm. Dans ce cas, on n'obtient un facteur de réflexion lumineuse faible que pour une incidence des rayons lumineux quasi-normale. Pour les autres incidences, des couleurs en réflexion variant avec l'angle d'incidence ou d'observation témoignent du caractère seulement partiellement destructif des interférences créées. Les revêtements anti-reflets peuvent également être plus complexes et comprendre au moins 3 ou 4 couches afin d'améliorer ces aspects esthétiques. Ils peuvent aussi être amenés à répondre à des cahiers des charges exigeants en termes de résistance mécanique ou thermomécanique ou de résistance à l'abrasion. La demande de brevet FR 2 841 894 décrit ainsi des revêtements anti-reflets destinés à des vitrages devant subir des traitements de bombage, donc des sollicitations mécaniques fortes à des températures élevées. Ces revêtements sont constitués d'un empilement d'au moins quatre couches, alternant des couches possédant un fort indice de réfraction et des couches possédant un faible indice, chaque couche ayant en outre une épaisseur optique bien définie. L'inconvénient majeur de ce type de revêtements provient du fait que leur effet optique est extrêmement affecté par les salissures, notamment de nature organique. En d'autres termes, il est apparu que ces revêtements antireflets rendent beaucoup plus visibles les salissures, même lorsqu'elles présentent une épaisseur très faible, car elles modifient le trajet optique des rayons réfléchis en ajoutant des interfaces non-désirées, perturbant ainsi les effets interférentiels. Ainsi les pollutions organiques du type « traces de doigt » sont-elles particulièrement révélées par les revêtements anti-reflets, par exemples sur des verres de lunette ou des comptoirs de magasins. Parallèlement aux recherches menées sur les revêtements anti-reflets, on assiste depuis moins de dix ans à l'émergence de revêtements antisalissures, principalement basés sur l'activité photocatalytique de l'oxyde de titane. L'oxyde de titane, notamment lorsqu'il est cristallisé, au moins partiellement, sous la forme cristallographique « anatase », permet, sous l'effet de rayonnements, notamment ultraviolets, de catalyser l'oxydation par réactions radicalaires, et donc la dégradation, de molécules organiques. Le mécanisme physique sous-jacent est la création d'une paire électron-trou sous l'effet de rayonnements dont l'énergie est supérieure ou égale au « gap » énergétique entre les bandes de valence et de conduction de l'oxyde de titane. Ces revêtements, décrits par exemple dans la demande EP 850 204, présentent également des propriétés d'hydrophilie photo-induite conférant au matériau des fonctionnalités auto-nettoyantes. La surface rendue hydrophile permet en effet un nettoyage aisé, aussi bien des résidus organiques que des poussières minérales, par exemple par l'eau de pluie. Cette hydrophilie confère également au matériau un effet anti-buée, l'eau ayant tendance à napper le matériau sous la forme d'un film transparent plutôt qu'à former des gouttelettes. Les revêtements d'oxyde de titane photocatalytique peuvent être formés par différents procédés de dépôt, par exemple par le procédé de dépôt en phase vapeur (CVD, tel que décrit dans la demande EP 850 204 susmentionnée), par le procédé de pulvérisation cathodique (la demande FR 2 814 094 en présente une méthode particulière), ou par des procédés de type « sol-gel ». L'oxyde de titane peut être en partie introduit sous forme de particules cristallisées de taille nanométrique noyées dans un liant minéral ou organique comme décrit dans la demande FR 2 738 812, ou il peut être créé in situ comme dans la demande FR 2 814 094 susmentionnée. Un autre moyen consiste à déposer par procédé sol-gel un revêtement du type mésoporeux comprenant de l'oxyde de titane au moins partiellement cristallisé, notamment sous forme de particules parfaitement discernables. Ce procédé particulier, décrit dans la demande FR 2 838 734, permet de conférer au produit obtenu une activité photocatalytique accrue. Un exemple de combinaison des deux fonctionnalités anti-salissure et anti-reflet dans un même matériau est décrit dans le document EP-A-1 291 331 , dans lequel des couches d'oxyde de titane de moins de 100 nanomètres d'épaisseur déposées par procédé magnétron surmontent des empilements de couches. Après le dépôt, l'obtention de la phase anatase, qui améliore les propriétés d'hydrophilie photo-induite, est favorisée par un traitement thermique entre 100 et 250°C. Il est apparu que de telles conditions de dépôt ne permettent toutefois pas d'obtenir des couches présentant une vitesse de dégradation rapide des salissures organiques. En outre, les empilements décrits présentent de très fortes variations des propriétés de réflexion en fonction de l'épaisseur du revêtement photocatalytique, ce qui oblige à contrôler extrêmement précisément ladite épaisseur lors du dépôt dudit revêtement. Enfin, la plupart des empilements décrits contiennent au moins une couche métallique, ce qui a pour effet de diminuer fortement la transmission lumineuse du substrat revêtu. Les empilements proposés, en particulier ceux ne comprenant pas de couche métallique, présentent quant à eux un spectre en réflexion très dépendant de la longueur d'onde et notamment des valeurs de réflexion très largement supérieures à la réflexion du verre non-revêtu pour des longueurs d'onde de 400nm et/ou 700nm. L'invention a donc pour but de pallier ces inconvénients et de proposer un matériau permettant l'élimination rapide des salissures organiques, en conditions extérieures et intérieures, et un faible facteur de réflexion sur la plus large gamme de longueurs d'ondes possible. Un autre but de l'invention est de proposer un matériau tel que le revêtement photocatalytique puisse être déposé par un procédé économique. L'invention a également pour but de proposer un matériau présentant une bonne résistance chimique et mécanique. L'invention a principalement pour objet un substrat transparent ou semi-transparent possédant sur au moins une partie d'au moins une de ses faces un revêtement photocatalytique à base d'oxyde de titane, l'ensemble des revêtements déposés conférant une fonctionnalité anti-reflets audit substrat. Dans le cadre de la présente invention, on appelle revêtement antireflets un revêtement conférant, pour la face revêtue, un facteur de réflexion lumineuse inférieur à celui conféré par une face du substrat non revêtu. Le revêtement selon l'invention présente avantageusement une forte activité photocatalytique, définie comme étant une activité, dans des conditions d'irradiation extérieure (kext), exprimée en vitesse de dégradation d'acide stéarique, supérieure ou égale à 1.10"2 crrïVmin. Le facteur de réflexion lumineuse global pour la face revêtue du matériau est de préférence inférieur ou égal à 80%, notamment à 60%, et même à 40%, voire à 20% ou 15% du facteur de réflexion d'une face du substrat non-revêtu. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la valeur de réflexion d'une face revêtue est inférieure à la valeur de réflexion d'une face du substrat non-revêtu sur l'ensemble de la gamme 400-800nm, correspondant à la gamme de longueurs d'onde du rayonnement visible. Dans le cas d'un substrat en verre silico-sodo-calcique, le facteur de réflexion de chaque face est d'environ 4%. Le revêtement selon l'invention permet donc d'obtenir préférentiellement un facteur de réflexion par face inférieur ou égal à 3,2%, notamment à 2,4%, voire à 1 ,6%, et même à 0,8 ou 0,6%. Lorsque les deux faces du matériau sont revêtues selon l'invention, le facteur de réflexion global dans le cas d'un substrat en verre silico-sodo- calcique peut donc être inférieur ou égal à 1 ,2%. Le substrat peut être de nature minérale, par exemple en verre ou en vitro-céramique, ou de nature organique. Dans ce dernier cas, différentes matières plastiques rigides ou souples peuvent être employées telles que polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polycarbonate (PC), polypropylène, polyuréthane, polyvinylbutyral, poly(téréphtalate d'éthylèneglycol), poly(téréphtalate de butylèneglycol), résine ionomère telle que copolymère éthylène/acide (méth)acrylique neutralisé par une polyamine, copolymère cyclooléfinique tel qu'éthylène/norbomène ou éthylène/cyclopentadiène, copolymère polycarbonate/polyester, copolymère éthylène/acétate de vinyle et similaires, seuls ou en mélanges. Plus spécifiquement dans le domaine des lentilles ophtalmiques, peuvent être également employés des substrats obtenus par polymérisation du bis(allylcarbonate) de diéthylèneglycol (commercialisé sous la marque CR39® par la société PPG Industries Inc.), ou des substrats à base de polymère (méth)allylique ou (méth)acrylique, (plus particulièrement ceux obtenus à partir de monomères ou prépolymères dérivés du bisphénol-A, utilisés seuls ou en mélange avec d'autres monomères copolymérisables), à base de poly(thio)uréthane, ou encore à base de résine polystyrène ou diallylphtalate. L'oxyde de titane pur étant un des matériaux possédant le plus fort indice de réfraction (respectivement 2,75 et 2,57 pour les formes cristallographiques rutile et anatase), l'homme du métier n'est pas incité à envisager la combinaison des effets photocatalytiques et anti-reflets. Cette combinaison est considérée comme incompatible, car les couches à haut indice de réfraction vont détruire la fonctionnalité anti-reflets, ou tout au moins la dégrader fortement. Dans le cadre de la présente invention, les inventeurs ont choisi des modes préférentiels de réalisation dans lesquels le revêtement photocatalytique possède un indice de réfraction inférieur à 2, de préférence inférieur à 1 ,9, voire à 1 ,8, et notamment inférieur à 1 ,7, voire à 1 ,6. De manière particulièrement préférée l'indice de réfraction du revêtement photocatalytique est même inférieur ou égal à 1 ,5. De cette manière il s'est révélé étonnamment possible d'obtenir une vraie combinaison des fonctionnalités photocatalytiques et anti-reflets, dans laquelle le facteur de réflexion du matériau reste inférieur au facteur de réflexion du substrat non-revêtu. Cela diffère de ce qui est connu de l'état de la technique, dans lequel des couches intermédiaires sont parfois disposées sous le revêtement photocatalytique dans le seul but d'atténuer la réflexion de la lumière par ce dernier, sans toutefois obtenir un facteur de réflexion plus faible que celui du substrat nu. Pour une application dans le domaine de la lunetterie, il est également préférable que l'activité photocatalytique soit extrêmement intense, afin que les salissures ne gênent la vision que pendant un temps très court. Cela est d'autant plus préférable dans le cas de personnes passant la majeure partie de leur temps en intérieur, où l'exposition au rayonnement solaire, notamment dans le domaine des ultraviolets (UV) est faible. En extérieur, la puissance moyenne du rayonnement UVA (dans le domaine de longueurs d'ondes 315- 400nm) est par exemple d'environ 50W pour une surface irradiée de 1 m2 ; elle passe à moins de 2W/m2 en intérieur, notamment du fait du pouvoir filtrant des vitrages. Le substrat selon l'invention est donc de préférence revêtu d'une couche photocatalytique dont l'activité dans des conditions d'irradiation extérieure (kext), exprimée en vitesse de dégradation d'acide stéarique, est supérieure ou égale à 1.10"2, notamment 2.10"2, voire 3.10"2 crrïVmin, et même 3,5.10"2 crrïVmin. La couche photocatalytique possède avantageusement, dans des conditions d'irradiation intérieure, une activité (kint), exprimée en pourcentage massique d'acide stéarique dégradé après 2 heures d'irradiation, supérieure à 15%, notamment supérieure à 20%, et préférentiellement supérieure à 30%, voire 40%, et même 50%. La vitesse de dégradation d'acide stéarique exprime la vitesse de diminution de l'aire des bandes de vibration d'élongation (encore appelée « stretching ») des groupements CH2-CH3 mesurée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) dans des conditions qui seront détaillées plus loin. Les conditions de mesure de l'activité photocatalytique, tant en conditions d'illumination intérieure qu'extérieure sont détaillées dans la description des exemples selon l'invention. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le revêtement photocatalytique est caractérisé par une structure mésoporeuse, de préférence réalisée par un procédé de type sol-gel, comportant de l'oxyde de titane au moins partiellement cristallisé, notamment sous forme anatase et/ou rutile. La structure mésoporeuse permet en effet d'accroître de manière importante la surface spécifique du matériau, augmentant ainsi considérablement l'activité photocatalytique. En outre, les matériaux minéraux poreux, donc de faible densité, présentent de manière générale un indice de réfraction bas, d'autant plus bas que la porosité est forte. Le terme « mésoporeux » fait ici référence à des pores de diamètres compris entre 2 et 50 nm. La structure mésoporeuse est à base d'au moins un composé de l'un au moins des éléments Si, W, Sb, Ti, Zr, Ta, V, B, Pb, Mg, Al, Mn, Co, Ni, Sn, Zn, In ,Fe et Mo, le cas échéant en liaison covalente avec des éléments tels que O, S, N, C. La structure mésoporeuse, à l'exception de l'oxyde de titane, est de préférence constituée majoritairement de silice (SiO2) afin de conférer un faible indice de réfraction global au revêtement selon l'invention. Lorsque la structure mésoporeuse contient de la silice, il est apparu avantageux aux inventeurs de choisir un revêtement possédant un rapport atomique Ti/Si compris de préférence entre 0,25 et 2, notamment entre 0,6 et 1 ,2, voire sensiblement égal à 1. Les revêtements possédant de faibles rapports Ti/Si ne présentent en effet pas les propriétés photocatalytiques souhaitées, tandis que les rapports Ti/Si élevés confèrent au matériau de forts indices de réfraction. Le réseau de pores, avantageusement obtenu à l'aide d'agents structurants organiques, possède de préférence un ordre à moyenne ou longue distance (quelques nanomètres à quelques micromètres). L'oxyde de titane au moins partiellement cristallisé est par exemple incorporé dans la structure mésoporeuse sous forme de particules parfaitement discernables. Il est éventuellement dopé ou associé à d'autres matériaux afin d'augmenter l'activité photocatalytique ou de créer une activité plus intense dans le domaine des longueurs d'ondes du visible (comme expliqué dans les demandes WO 97/10185 et WO 97/10186 incorporées ici à titre de référence), et comprend des nanoparticules de diamètres compris entre 0,5 et 100 nm, notamment entre 1 et 80 nm, elles-mêmes constituées d'amas de grains ou cristallites élémentaires de diamètres compris entre 0,5 et 10 nm. Le terme « diamètre » est à prendre ici au sens large, il s'agit plus d'une évaluation de la taille de la nanoparticule ou de la cristallite. La forme de celle-ci peut se rapprocher d'une sphère, ou bien d'une forme allongée en grain de riz ou d'une forme complètement aléatoire. L'ensemble de la structure mésoporeuse incorporant l'oxyde de titane est essentiellement solide, susceptible d'une cohésion, d'une tenue mécanique et d'une résistance à l'abrasion excellentes. La structure mésoporeuse est susceptible d'être exclusivement composée de titane ou d'un composé du titane tel que son oxyde, notamment cristallisé sous forme anatase et/ou rutile. Il s'est avéré que l'oxyde de titane ainsi incorporé exerce son activité photocatalytique à un degré exceptionnellement élevé. Ainsi un rayonnement ultra-violet résiduel après traversée d'un vitrage simple ou multiple, ou un rayonnement ultra-violet résiduel provenant d'un éclairage électrique d'intérieur suffit au substrat selon ce mode préféré de l'invention pour qu'il dégrade un résidu organique, et pour que celui-ci soit ensuite entraîné dans un film liquide relativement uniforme qui se forme le cas échéant sur le substrat rendu hydrophile par le rayonnement. Le revêtement de l'invention allie donc la fonctionnalité de dégradation des résidus organiques -par photocatalyse- et d'évacuation des résidus organiques et minéraux -caractère hydrophile/oléophile- sous l'effet de tout liquide, tel que de condensation. Les performances élevées procurées par ce mode préféré de l'invention sont peut être attribuables au moins en partie à l'interconnexion du réseau de pores, permettant une bonne accessibilité des pollutions vers les particules d'oxyde de titane, de même qu'une bonne diffusion dans le revêtement des espèces photogénérées en surface de ces particules. D'autre part, la résistance à l'abrasion et la durabilité de l'activité photocatalytique à un tel degré élevé sont excellentes. Ce mode de réalisation préféré de l'invention permet donc également de conserver la porosité après abrasion, alors que l'on pouvait plutôt attendre qu'une abrasion ait pour conséquence une densification de la couche superficielle et donc finalement, une perte des propriétés anti-salissures. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un film monocouche ou un empilement multicouches est interposé entre le substrat et le revêtement photocatalytique de manière à réduire plus efficacement le facteur de réflexion lumineuse du substrat selon l'invention. L'empilement multicouches ne comprend de préférence pas de couche métallique, notamment à base d'argent, de titane ou de platine. La présence de ces couches diminue en effet fortement la transmission lumineuse du substrat revêtu. Les inventeurs ont en outre mis en évidence que leur présence génère une faible résistance mécanique et chimique. Le revêtement ainsi interposé est de préférence composé de couches minces en matériau diélectrique d'indices de réfraction alternativement forts et faibles comportant successivement : une première couche 1 à haut indice, d'indice de réfraction ni compris entre 1 ,8 et 2,3 et d'épaisseur géométrique ei comprise entre 5 et 50 nm, une seconde couche 2 à bas indice, d'indice de réfraction n2 compris entre 1 ,35 et 1 ,65, d'épaisseur géométrique e2 comprise entre 10 et 60 nm, une troisième couche 3 à haut indice, d'indice de réfraction n3 compris entre 1 ,8 et 2,5, d'épaisseur géométrique e3 comprise entre 40 et 150 nm, Le revêtement photocatalytique à base d'oxyde de titane constitue alors une quatrième couche, disposée sur la couche 3. Afin d'optimiser les propriétés anti-reflet du revêtement global, et notamment d'obtenir des facteurs de réflexion très faibles, son épaisseur géométrique e4 est de préférence comprise entre 40 et 150 nm. Au sens de l'invention, on comprend par "couche" soit une couche unique, soit une superposition de couches où chacune d'elles respecte l'indice de réfraction indiqué et où la somme de leurs épaisseurs géométriques reste également la valeur indiquée pour la couche en question. Au sens de l'invention, les couches sont en matériau diélectrique, notamment du type oxyde, nitrure ou d'oxynitrure d'un élément métallique ou semi-conducteur. On n'exclut cependant pas qu'au moins l'une d'entre elles soit modifiée de façon à être au moins un peu conductrice, par exemple en dopant un oxyde métallique, ceci par exemple pour conférer à l'empilement antireflet également une fonction antistatique. Ces critères d'épaisseur et d'indice de réfraction préférentiels permettent d'obtenir un effet antireflet à large bande de basse réflexion lumineuse, (c'est-à- dire tel que la face revêtue possède une valeur de réflexion inférieure à la valeur de réflexion d'une face du substrat non-revêtu sur l'ensemble de la gamme 400-800nm), présentant en outre une teinte neutre en transmission et une bonne esthétique en réflexion, et ce quel que soit l'angle d'incidence sous lequel on observe le substrat ainsi revêtu. Les matériaux les plus appropriés pour constituer la première et/ou la troisième couche de l'empilement, possédant un indice élevé, sont à base d'oxyde(s) métallique(s) choisi(s) parmi l'oxyde de titane (TiO2), l'oxyde de zinc (ZnO), l'oxyde d'étain (SnO2), l'oxyde de zirconium (ZrO2), ou des oxydes mixtes de plusieurs de ces oxydes, par exemple les oxydes mixtes étain-zinc (SnxZnyOz), les oxydes mixtes zinc-titane (TiZnOx) ou silicium-titane (SixTiyOz.), ou encore titane-zirconium (TixZr(i-X)O2). Elles peuvent aussi être à base de nitrure(s) choisi(s) parmi le nitrure de silicium (Si3N ) et/ou le nitrure d'aluminium (AIN), ou un nitrure mixte silicium/zirconium (SiZrNx). Tous ces matériaux peuvent être éventuellement dopés pour améliorer leurs propriétés de résistance chimique et/ou mécanique et/ou électrique. Les matériaux les plus appropriés pour constituer la seconde couche de l'empilement A, possédant un bas indice, sont à base d'oxyde de silicium, d'oxynitrure et/ou d'oxycarbure de silicium ou encore à base d'un oxyde mixte de silicium et d'aluminium. Un tel oxyde mixte tend à avoir une meilleure durabilité, notamment chimique, que du SiO2 pur (un exemple en est donné dans le brevet EP- 791 562). On peut ajuster la proportion respective des deux oxydes pour obtenir l'amélioration de durabilité escomptée sans trop augmenter l'indice de réfraction de la couche. Afin de conférer au matériau selon l'invention des propriétés de résistance thermomécanique (par exemple pour améliorer la résistance au bombage de vitrages pour comptoirs), l'empilement sur lequel le revêtement photocatalytique est déposé est de préférence constitué selon les enseignements du brevet FR 2 841 894 incorporé ici à titre de référence. Dans le cadre du mode de réalisation selon lequel le revêtement photocatalytique est formé par un procédé sol-gel, le revêtement ou l'empilement interposé entre le substrat et ledit revêtement photocatalytique est avantageusement optimisé de manière à ce que des variations de l'épaisseur du revêtement photocatalytique, inhérentes à ce type de procédé, n'affectent pas de manière importante la valeur du facteur de réflexion lumineuse. D'une manière générale et pour répondre à l'un des buts de l'invention, le substrat revêtu est avantageusement tel que l'étendue de la plage d'épaisseur dudit revêtement photocatalytique pour laquelle le facteur de réflexion du substrat revêtu reste inférieur au facteur de réflexion du substrat non-revêtu (voire inférieur à 80%, 60%, ou même 40% de cette valeur) représente au moins 15%, voire 25% et même 30% ou 50% de la valeur médiane de cette plage. L'avantage de ce mode de réalisation réside dans une plus grande simplicité de dépôt, le contrôle de l'épaisseur n'ayant pas besoin d'être d'une extrême précision. Cet avantage est particulièrement accentué lorsque le revêtement photocatalytique est obtenu par procédé sol-gel, pour lequel le contrôle fin de l'épaisseur et l'obtention d'une épaisseur parfaitement homogène sont difficiles. Un autre objet de l'invention concerne le procédé d'obtention d'un substrat tel que décrit ci-dessus, ce procédé comprenant successivement les étapes suivantes :
- l'obtention d'un « sol » comprenant au moins un précurseur du matériau constituant la structure mésoporeuse du revêtement et au moins un agent structurant organique dilués dans un solvant,
- une étape de « mûrissement » du sol correspondant à un début de précipitation du précurseur autour de l'agent structurant organique et la croissance de molécules dérivées du précurseur,
- l'ajout dans le sol de nanoparticules ou de cristallites d'oxyde de titane éventuellement dopé, dont les tailles caractéristiques sont comprises entre 0,5 et 100 nm, - l'application du sol sur au moins une surface du substrat à revêtir,
- l'élimination du solvant,
- l'élimination de l'agent structurant organique. Le sol contient de préférence au moins un précurseur d'oxyde, par exemple un composé hydrolysable tel qu'un alcoxyde ou un halogenure, et avantageusement au moins un précurseur de silice (SiO2), tel que, par exemple, le tétraéthoxysilane (TEOS) ou le tétraméthoxysilane (TMOS). Les précurseurs de silice représentent de préférence la majorité, voire la totalité des précurseurs du matériau constituant la structure mésoporeuse. Il peut également contenir au moins un précurseur d'oxyde de titane, tel que le tétrabutoxyde de titane ou le tétraéthoxyde de titane. L'agent structurant est avantageusement choisi parmi les tensioactifs cationiques, de préférence du type ammonium quaternaire tel que le bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB), ou non ioniques, tels que les copolymères di-bloc ou tri-bloc à base par exemple d'oxyde d'éthylène ou de propylène. L'ajout de l'agent structurant organique peut également être réalisé après les étapes de préparation et de mûrissement du sol, cette dernière étape permettant une condensation préliminaire du précurseur favorisant la structuration du revêtement d'oxyde condensé sur la surface support en domaines de grande dimension. Des conditions avantageuses de mûrissement comprennent le maintien du sol à une température de 40 à 60°C pendant une durée de 30 min à 24 heures, le temps de mûrissement étant d'autant plus court que la température est élevée. Les solvants utilisés sont de préférence des alcools, notamment l'éthanol qui a l'avantage d'être non toxique. L'application du sol sur le substrat peut être réalisée par les techniques de dépôt sol-gel bien connues de l'homme du métier, telles que celles décrites dans la demande de brevet EP-A-850 204 déjà mentionnée et incorporée ici à titre de référence, par exemple : - spin-coating (dépôt sur un substrat mis en rotation),
- dip-coating ou trempage (immersion du substrat dans le sol puis retrait à vitesse contrôlée),
- enduction laminaire,
- cell-coating, les substrats à revêtir formant une cavité étroite (ou « cellule ») délimitée par deux faces sensiblement parallèles remplie par le sol à déposer puis vidée de manière contrôlée,
- techniques de pulvérisation ou de spray-coating (pistolettage...). Lorsque le substrat est en matière plastique, il est souhaitable que les étapes après application du sol sur au moins une surface du substrat aient lieu à des températures inférieures à 150°C, de préférence inférieures à 100°C, ou même inférieures ou égales à 80°C, voire 60°C, afin de ne pas dégrader le substrat et/ou afin de ne pas créer de contraintes mécaniques qui pourraient fragiliser le substrat et/ou les différents revêtements du fait de la forte différence de coefficients de dilatation entre les matériaux organiques et les matériaux minéraux. Dans ce cadre, un mode de réalisation de l'invention particulièrement préféré consiste à opérer une consolidation du revêtement à des températures comprises entre 50 et 80°C, et, successivement ou simultanément, à éliminer non pas thermiquement ledit agent structurant organique, mais par le biais d'une irradiation, par exemple sous rayonnement ultraviolet. La présence d'oxyde de titane aux propriétés photocatalytiques se révèle alors capable de dégrader rapidement la totalité des agents structurants. Les inventeurs ont découvert un avantage supplémentaire à ces traitements réalisés à basse température, lesquels confèrent aux revêtements une plus grande porosité, et donc une plus forte activité photocatalytique. Des couches ou empilements de couches fonctionnelles peuvent également être interposées entre le substrat selon l'invention et les couches à fonction anti-reflet et photocatalytiques. Il peut s'agir de couches à fonction antistatique ou thermique (bas-émissive, anti-solaire...) notamment choisies à base d'un matériau conducteur du type métal (par exemple l'argent) ou du type oxyde métallique dopé comme l'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO, l'oxyde de zinc dopé aluminium ZAO, l'oxyde d'étain dopé avec un halogène comme le fluor ou avec de l'antimoine. Il peut également s'agir de couches possédant une dureté les rendant aptes à remplir des fonctions anti-rayures ou anti-abrasion, particulièrement utiles dans le cas des lentilles ophtalmiques. Ces couches peuvent être des couches organiques ou minérales, ou encore des couches hybrides organiques/inorganiques. Parmi cette dernière famille, on peut citer des revêtements durs anti-abrasion obtenus par durcissement d'une composition contenant de la silice colloïdale, éventuellement un catalyseur de réticulation et un hydrolysat ou un mélange d'hydrolysats de composé(s) silane(s) tels que des aikoxysilanes époxydés et/ou des alkylsilanes fluorés et/ou des silanes non-époxydés. Notamment pour les applications dans l'ophtalmique, ces couches anti-abrasion sont de préférences déposées sur ou sous une couche primaire anti-choc organique ou hybride, de préférence à base de polysiloxane. Il peut enfin s'agir de couches destinées, dans le cas de substrats organiques à protéger lesdits substrats contre l'action photocatalytique de l'oxyde de titane, ou dans le cas d'un substrat à base de verre minéral à éviter la migration des ions alcalins du verre dans la couche photocatalytique. Dans le premier cas, la sous-couche est de préférence à base de silice (par exemple obtenue par un procédé sol-gel), ou peut être constituée par la couche anti- rayures ou anti-abrasion décrite dans le paragraphe précédent. Dans le second cas, la sous-couche est de préférence à base d'oxycarbure de silicium. Ces couches peuvent également, le cas échéant, appartenir à l'empilement de couches destiné à diminuer le facteur de réflexion global du matériau. Le substrat selon l'invention peut également être un vitrage possédant des propriétés optiques variables commandées électriquement, tels que les vitrages électrochromes, des vitrages à cristaux liquides permettant de passer d'un état transparent à un état translucide, ou encore des vitrages rendus éclairants par l'interposition d'un gaz rare pouvant être le siège de décharges luminescentes, ou de diodes électroluminescentes. L'invention a également pour objet l'utilisation de tels substrats revêtus en tant que vitrages, vitrines de musée ou de magasins, vitres d'aquarium, vitrages pour mobilier intérieur ou urbain, lentilles ophtalmiques, vitrages pour écrans de visualisation, vitrages pour panneaux solaires producteurs de chaleur et/ou d'électricité, vitrages pour véhicules automobiles terrestres, aquatiques ou aériens, miroirs, notamment pour rétroviseurs, optiques de phares d'automobiles, dispositifs d'éclairage. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs.
EXEMPLE 1
Un substrat de verre clair silico-sodo-calcique de 4mm d'épaisseur et commercialisé par Saint-Gobain Glass sous le nom commercial SGG Planilux® produit par le procédé float est revêtu sur ses deux faces par procédé de pulvérisation cathodique assisté par champ magnétique (dit procédé
« magnétron ») de l'empilement de trois couches suivant : Verre / Si3N4 / SiO2 / TiO2 20,2nm 22,1 nm 95,9nm (le même empilement est présent sur la face opposée)
La première couche présente un indice de réfraction de 2,04 à 550 nm. Pour les deuxième et troisième couches, ces valeurs sont respectivement de 1 ,48 et 2,33 à 550 nm On forme sur les deux faces du matériau obtenu un revêtement photocatalytique à structure mésoporeuse. La composition liquide de traitement est obtenue en mélangeant dans une première étape 22,3 ml de tétraéthoxysilane, 22,1 ml d'éthanol absolu, 9 ml de HCI dans de l'eau déminéralisée jusqu'à ce que la solution devienne limpide (pH final 1 ,25), puis en plaçant le ballon au bain marie à 60°C pendant 1 h. Dans une deuxième étape, on ajoute au sol obtenu précédemment un agent structurant organique, sous la forme d'une solution d'un copolymère blocs polyoxyéthylène-polyoxypropylène commercialisé par la société BASF sous la marque enregistrée Pluronic PE6800 (masse molaire 8000), en proportions telles que le rapport molaire PE6800/Si = 0,01. Ceci est obtenu en mélangeant 3,78 g de PE6800, 50 ml d'éthanol et 25 ml du sol. Des nanoparticules de TiO2 cristallisées sous la forme anatase et de taille 50 nm environ sont ajoutées à la composition liquide ainsi obtenue avant le dépôt sur échantillon. Le dépôt se fait sur les deux faces de l'échantillon par cell-coating. Les échantillons subissent ensuite un traitement thermique à 250 °C pendant 2 heures afin de consolider le revêtement mésoporeux et d'évacuer le solvant et l'agent structurant organique. Les pores du revêtement ainsi formé ont une taille de 4-5 nm. On vérifie par analyse SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) du revêtement à structure mésoporeuse que le rapport atomique Ti/Si est exactement identique à celui de la composition liquide de départ. Ce rapport Ti/Si est choisi égal à 1. L'analyse SIMS permet également de vérifier que les nanoparticules sont réparties de façon homogène dans les trois dimensions du revêtement. L'épaisseur e4 du revêtement photocatalytique en nm est mesurée à partir de profils SIMS et de clichés MEB (Microscope Electronique à Balayage) et vaut 72nm. Dans le cas présent, l'empilement multicouches interposé sous ce revêtement est optimisé de manière à ce que le facteur de réflexion lumineuse du matériau final soit faiblement affecté par des modifications de l'épaisseur du revêtement photocatalytique. En l'occurrence, l'épaisseur du revêtement photocatalytique peut varier de 60 à 100nm. L'indice de réfraction de ce revêtement est mesuré par des techniques d'ellipsométrie bien connues de l'homme du métier. Il vaut 1 ,54 à 550 nm Les mesures de réflexion sont effectuées à l'aide d'un spectrophotomètre UV-visible. Les valeurs de facteurs de réflexion lumineuse (Rι_) et de paramètres colorimétriques (a*, b*) sont calculés entre 380 et 780nm à partir d'un spectre en réflexion expérimental sous incidence quasi-normale en prenant en références l'illuminant D65 tel que défini par la norme ISO/CIE 10526 et l'observateur CIE 1931 tel que défini par la norme ISO/CIE 10527. La mesure de l'activité photocatalytique est effectuée de la façon suivante : découpe d'échantillons de 5x5 cm2, - nettoyage des échantillons pendant 45 minutes sous irradiation UV et sous balayage d'oxygène, mesure du spectre infrarouge par FTIR pour des nombres d'onde compris entre 4000 et 400cm"1, pour constituer un spectre de référence, - dépôt de l'acide stéarique : 60 microlitres d'une solution d'acide stéarique dissout à raison de 5g/L dans du méthanol est déposée par spin-coating sur l'échantillon, mesure du spectre infrarouge par FTIR, mesure de l'aire des bandes d'élongation des liaisons CH2-CH3 entre 3000 et 2700cm"1, - exposition au rayonnement de type UVA : la puissance reçue par l'échantillon, respectivement d'environ 35 W/m2 et 1 ,4W/m2 pour simuler l'exposition en extérieur ou en intérieur, est contrôlée par une cellule photoélectrique dans la gamme de longueurs d'onde 315- 400nm. La nature des lampes est également différente en fonction des conditions d'illumination : tubes fluorescents blanc chaud référence Philips T12 pour l'exposition intérieure, lampes UV Philips Cleo Performance pour l'exposition extérieure, suivi de la photodégradation de la couche d'acide stéarique après des durées d'exposition successives de 10 minutes par mesure de l'aire des bandes d'élongation des liaisons CH2-CH3 entre 3000 et 2700cm"1. l'activité photocatalytique en conditions extérieures kext est définie par la pente, exprimée en cm"1. min"1, de la droite représentant l'aire des bandes d'élongation des liaisons CH2-CH3 entre 3000 et 2700cm"1 en fonction de la durée d'exposition aux UV, pour une durée comprise entre 0 et 30 minutes. l'activité photocatalytique en conditions intérieures kint est définie comme le pourcentage massique d'acide stéarique dégradé (calculé à partir du spectre infrarouge) après deux heures d'illumination.
Dans ces conditions, on mesure kext = 3,0.10"2 crrïVmin kmt = 20%
Le facteur de réflexion lumineuse Rι_ est égal à 1%. Les paramètres colorimétriques (a*, b*) valent (0,0), ce qui témoigne d'une teinte parfaitement neutre. La réflexion d'une face revêtue est donc de 12,5% de la réflexion d'une face du substrat nu.
EXEMPLE 2 (COMPARATIF)
Cet exemple est issu de la demande FR 2 814 094, dans laquelle il constitue l'exemple 4. Seule une face du substrat est traitée, le matériau étant alors constitué de la façon suivante :
Verre / Si3N4 / SiO2 / TiO2 25nm 22nm 104nm
Le revêtement photocatalytique est ici constitué par une couche de TiO2 obtenue par procédé de pulvérisation cathodique. La réflexion lumineuse est de 15,8%, ce qui signifie que la face traitée possède un facteur de réflexion lumineuse d'environ 11 ,8%, soit près de trois fois la réflexion d'une face du substrat non-revêtu. Ce revêtement ne peut donc pas être qualifié d'anti-reflet au sens de la présente invention, même s'il est ainsi qualifié dans la demande dont il est issu.
EXEMPLE 3
On emploie ici un substrat à base de polycarbonate, destiné à la fabrication de lentilles ophtalmiques, d'indice 1 ,586 et revêtu d'un revêtement anti-abrasion obtenu par durcissement d'une solution composée de silice colloïdale et d'un hydrolysat d'alkoxysilane époxydé. Ce substrat est revêtu d'une couche photocatalytique dans des conditions similaires à celles détaillées dans l'exemple 1. Les différences par rapport aux conditions de l'exemple 1 sont les suivantes : le traitement de consolidation et d'évacuation du solvant et de l'agent structurant ne peut être effectué à haute température du fait de la faible résistance en température du substrat. Ces traitements sont donc remplacés par un traitement thermique de consolidation effectué à 60°C pendant 3 heures sous irradiation UV. Cette dernière étape permet ainsi de dégrader l'agent structurant grâce à l'action photocatalytique de l'oxyde de titane, le rapport Ti/Si vaut 0,25
Dans ce cas, le revêtement anti-abrasion présente également l'intérêt d'empêcher toute dégradation du substrat polycarbonate par photocatalyse. L'indice de la couche photocatalytique est de 1 ,39 à 550 nm, son épaisseur est de 100 nm environ. Le facteur de réflexion lumineuse d'une face revêtue vaut 1 ,05%, soit
22% du facteur de réflexion d'une face du substrat seul. Les paramètres colorimétriques (a*, b*) valent (5,6 ;7,6). Le revêtement photocatalytique seul est donc dans ce cas à même de conférer une fonctionnalité anti-reflet au substrat, toutefois plus faible que ne peut le faire un empilement plus complexe. EXEMPLE 4 (COMPARATIF)
Cet exemple reprend les mêmes conditions que l'exemple 3, à la seule différence près que le rapport Ti/Si vaut 2. Dans ce cas l'indice du revêtement photocatalytique est de 1 ,61 à 550 nm, et le facteur de réflexion lumineuse du matériau est de 9,72%, soit plus élevé que le facteur de réflexion du substrat non-revêtu. L'augmentation de la teneur en titane dans le revêtement photocatalytique a en effet eu pour conséquence une augmentation de l'indice de réfraction préjudiciable à la possibilité d'obtenir une fonctionnalité anti- reflets.
EXEMPLE 5
Cet exemple reprend les conditions de l'exemple 4, mais avec insertion entre le revêtement photocatalytique et le revêtement anti-abrasion d'un empilement de couches obtenues par évaporation sous vide. Cet empilement comprend une première couche à base d'oxydes de zirconium et de titane, une deuxième couche à base de silice, une troisième couche à base d'oxyde de titane selon la configuration suivante : Polycarbonate / ZrTiOx / SiO2 / TiO2 36nm 15nm 56nm On obtient ainsi : un facteur de réflexion lumineuse Rι_ égal à 1 ,21% ; des paramètres colorimétriques (a*, b*) valant (5,9 ;-5,8) ; la réflexion d'une face revêtue représente donc 12,5% de la réflexion d'une face du substrat nu. Ce substrat est ainsi particulièrement apte à être utilisé en tant que lentilles ophtalmiques. Il présente en effet les avantages conjoints d'une très forte activité photocatalytique en intérieur comme en extérieur garantissant par exemple une disparition rapide des traces de doigt, d'une faible réflexion lumineuse et d'une teinte relativement neutre.
EXEMPLE 6
Cet exemple reprend dans les grandes lignes les conditions opératoires de l'exemple 1. Les différences sont les suivantes :
Le rapport Ti/Si vaut 0,25. L'indice de réfraction du revêtement photocatalytique vaut 1 ,39 à 550nm, et son épaisseur est égale à 97nm. Cette dernière grandeur peut toutefois varier entre 70 et 120nm sans affecter grandement le facteur de réflexion lumineuse, ce qui représente une plage de variation dont l'étendue est de plus de 50% par rapport à la valeur médiane de cette plage. Les épaisseurs des couches de l'empilement interposé entre le substrat et le revêtement photocatalytique sont :
Verre / Si3N4 / SiO2 / TiO2 18,2nm 43,9nm 113,4nm
On obtient ainsi : RL = 1% (a*,b*) = (0,0) keχt = 1.0.10"2 crrïVmin
Les résultats optiques sont donc semblables à ceux obtenus en exemple 1. EXEMPLE 7
Cet exemple reprend les conditions opératoires de l'exemple 1 , à l'exception des conditions suivantes :
Le substrat est en verre imprimé extra-clair commercialisé par Saint- Gobain Glass sous la marque SGG Albarino®. Seule une face du substrat est traitée. Le rapport Ti/Si vaut 2. L'indice de réfraction du revêtement photocatalytique vaut alors 1 ,61 à 550nm, et son épaisseur est égale à 83nm. Cette dernière grandeur peut toutefois varier entre 70 et 100nm sans affecter grandement le facteur de réflexion lumineuse, ce qui représente une plage de variation dont l'étendue est de 35% par rapport à la valeur médiane de cette plage. Les épaisseurs des couches de l'empilement interposé entre le substrat et le revêtement photocatalytique sont :
Verre / Si3N4 / SiO2 / TiO2 41 ,0nm 14,2nm 56,1 nm
On obtient ainsi : RL = 4,5% (a*,b*) = (1 ,1 ;-2,0) keχt = 4,9.10"2 crrïVmin
Le facteur de réflexion de la face revêtue vaut 0,6%, soit 15% du facteur de réflexion d'une face du substrat non-revêtu. La couche photocatalytique possédant un rapport Ti/Si élevé, son activité est extrêmement intense. Ce verre est employé pour la réalisation de panneaux photovoltaïques.
La combinaison des fonctionnalités anti-reflet et auto-nettoyantes permet ainsi d'atteindre un rendement énergétique élevé et durable dans le temps. EXEMPLES 8 à 10
Ces différents exemples diffèrent de l'exemple 1 par la nature de l'empilement interposé entre le substrat et le revêtement photocatalytique, et éventuellement par le rapport Ti/Si. Cet empilement est constitué par les couches suivantes :
Verre / Si3N4 / SiO2 / Si3N4
Figure imgf000024_0001
La troisième couche est ici en nitrure de silicium en lieu et place de l'oxyde de titane. Cette modification a pour but l'amélioration de la résistance de l'empilement aux sollicitations thermomécaniques se produisant durant les étapes de trempe ou de bombage. Le tableau 1 décrit les conditions opératoires et les résultats obtenus pour ces trois exemples.
Tableau 1
Figure imgf000024_0002
La grandeur Δe4 représente la plage de valeurs de e4 pour laquelle la valeur du facteur de réflexion demeure sensiblement inférieure à celle du substrat nu. L'étendue de cette plage représente respectivement 74%, 50% et 35% de la valeur médiane de la plage. Les facteurs de réflexion des faces revêtues valent respectivement 12,5%, 12,5% et 20% de la valeur du facteur de réflexion d'une face non- revêtue. En outre, la valeur de réflexion d'une face revêtue reste inférieure à la valeur de réflexion d'une face du substrat non-revêtu sur l'ensemble de la gamme 400-800nm. Ces verres sont particulièrement adaptés à la production de vitrines ou comptoirs pour les commerces. Les vitrines bombées ainsi formées présentent l'avantage de mettre en valeur les objets mis en vente grâce à la fonctionnalité anti-reflets tout en possédant une action auto-nettoyante efficace en intérieur.
EXEMPLE 11 (COMPARATIF)
L'exemple indiqué au tableau 1 de la demande de brevet EP-A-1 291 331 susmentionnée a été reproduit en fonction de l'enseignement technique contenu dans ladite demande. L'empilement sous-jacent et la couche de 107,76nm d'oxyde de titane ont été déposé par le procédé magnétron. L'activité kext mesurée en conditions extérieures est égale à 0,3.10"2 crrïVmin, ce qui est nettement insuffisant pour assurer une dégradation rapide des salissures organiques. En outre, comme présenté en figure 8 de la demande susmentionnée, une très faible variation de l'épaisseur (en l'occurrence 7 nm) modifie fortement la valeur du facteur de réflexion. La réflexion du substrat revêtu est enfin extrêmement dépendante de la longueur d'ondes, les valeurs obtenues à 400nm et 800nm étant extrêmement élevées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Substrat transparent ou semi-transparent possédant sur au moins une partie d'au moins une de ses faces un revêtement photocatalytique à base d'oxyde de titane caractérisé en ce que la face revêtue possède un facteur de réflexion lumineuse inférieur à celui d'une face du substrat non-revêtu.
2. Substrat selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'au moins un revêtement est interposé entre le substrat et le revêtement photocatalytique de manière à réduire le facteur de réflexion lumineuse.
3. Substrat selon la revendication 2, caractérisé en ce que le revêtement interposé entre le substrat et le revêtement photocatalytique est un empilement multicouches.
4. Substrat selon la revendication 3, caractérisé en ce que le revêtement interposé entre le substrat et le revêtement photocatalytique est composé de couches minces en matériau diélectrique comportant successivement : une première couche 1 à haut indice, d'indice de réfraction ni compris entre 1 ,8 et 2,3 et d'épaisseur géométrique ei comprise entre 5 et 50 nm, une seconde couche 2 à bas indice, d'indice de réfraction n2 compris entre 1 ,35 et 1 ,65, d'épaisseur géométrique e2 comprise entre 10 et 60 nm, une troisième couche 3 à haut indice, d'indice de réfraction n3 compris entre 1 ,8 et 2,5, d'épaisseur géométrique e3 comprise entre 40 et 150 nm,
5. Substrat selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'empilement multicouches ne comprend pas de couche métallique.
6. Substrat selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la face revêtue possède un facteur de réflexion inférieur ou égal à 60% de celui d'une face du substrat non-revêtu.
7. Substrat selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la face revêtue possède un facteur de réflexion inférieur ou égal à 15% de celui d'une face du substrat non-revêtu.
8. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face revêtue possède une valeur de réflexion inférieure à la valeur de réflexion d'une face du substrat non-revêtu sur l'ensemble de la gamme 400- 800nm.
9. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étendue de la plage d'épaisseur du revêtement photocatalytique pour laquelle le facteur de réflexion du substrat revêtu reste inférieur au facteur de réflexion du substrat non-revêtu représente au moins 15% de la valeur médiane de cette plage.
10. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement photocatalytique possède un indice de réfraction à 550nm inférieur à 1 ,8.
11. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement photocatalytique possède un indice de réfraction à 550nm inférieur à 1 ,6.
12. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement photocatalytique possède une activité dans des conditions d'illumination extérieure, exprimée en vitesse de dégradation d'acide stéarique, supérieure ou égale à 1.10"2 crrïVmin.
13. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement photocatalytique possède une activité dans des conditions d'illumination intérieure, exprimée en pourcentage massique d'acide stéarique dégradé, supérieure ou égale à 15%.
14. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement photocatalytique possède une activité dans des conditions d'illumination intérieure, exprimée en pourcentage massique d'acide stéarique dégradé, supérieure ou égale à 30%.
15. Substrat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement photocatalytique possède une structure mésoporeuse comportant de l'oxyde de titane au moins partiellement cristallisé.
16. Substrat selon la revendication 15, caractérisé en ce que la structure mésoporeuse, à l'exception de l'oxyde de titane, est constituée majoritairement de silice (SiO2).
17. Substrat selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que l'oxyde de titane au moins partiellement cristallisé est incorporé dans la structure mésoporeuse sous forme de particules parfaitement discernables.
18. Substrat selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le rapport atomique Ti/Si est compris entre 0,6 et 1 ,2 19. Substrat en matière plastique selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'un revêtement anti-rayures ou anti-abrasion est interposé entre le substrat et le revêtement photocatalytique. 20. Substrat en matière plastique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un revêtement anti-rayures ou anti-abrasion est interposé entre le substrat et le revêtement destiné à réduire le facteur de réflexion lumineuse 21. Procédé de réalisation d'un substrat selon l'une des revendications 1 à 20, comportant les étapes suivantes : - obtention d'un « sol » comprenant au moins un précurseur du matériau constituant la structure mésoporeuse du revêtement et au moins un agent structurant organique dilués dans un solvant,
- étape de « mûrissement » du sol,
- ajout dans le sol de nanoparticules ou de cristallites d'oxyde de titane, - application du sol sur au moins une surface du substrat à revêtir,
- élimination du solvant,
- élimination de l'agent structurant organique. 22. Procédé selon la revendication 21 , caractérisé en ce que, le substrat étant en matière plastique, l'étape d'élimination du solvant et de l'agent structurant organique est réalisée à une température inférieure ou égale à 80°C sous irradiation UV. 23. Vitrage caractérisé en ce qu'il comprend un substrat selon la revendication 1. 24. Lentille ophtalmique caractérisée en ce qu'elle comprend un substrat selon la revendication 19 ou 20. 25. Utilisation du substrat selon la revendication 1 comme vitrages, lentilles ophtalmiques, vitrines de musée ou de magasins, vitres d'aquarium, vitrages pour mobilier intérieur ou urbain, vitrages pour écrans de visualisation, vitrages pour panneaux solaires producteurs de chaleur et/ou d'électricité, vitrages pour véhicules automobiles terrestres, aquatiques ou aériens, miroirs, rétroviseurs de véhicules automobiles, optiques de phares, dispositifs d'éclairage.
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