專利名稱：具有降低的光散射、超疏性表面的基材和其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有降低的光散射、超疏性(ultraphobic)表面的基材，涉及生產(chǎn)所述基材的方法和其用途。
本發(fā)明還涉及生產(chǎn)這類基材的篩選方法。所述具有降低的光散射、超疏性表面的基材具有的總散射損失≤7％、優(yōu)選≤3％、特別地優(yōu)選≤1％，和相對(duì)于水的接觸角為至少140°、優(yōu)選至少150°，和滾降角≤20°。
超疏性表面的特征在于，在該表面上的液滴、通常為水滴的接觸角大大超過90°和滾降角不超過20°。接觸角≥140°和滾降角≤20°的超疏性表面在技術(shù)上是非常有利的，因?yàn)槔缢鼈儾荒鼙凰蛘哂蜐?rùn)濕，污垢粒子對(duì)這些表面的粘附很差，因此該表面是自清潔的。在此，自清潔應(yīng)該理解為所述表面具有這樣一種能力，即易于將附著于該表面的污垢或者塵粒清除到在該表面上流動(dòng)的液體中。
在此，滾降角應(yīng)該理解為基本上平面的、但構(gòu)造化的表面相對(duì)于水平面的傾角，在該表面上，如果該表面以滾降角傾斜，則體積為10μl的靜止水滴由于重力而運(yùn)動(dòng)。
對(duì)于本發(fā)明的目的，疏水材料是這樣一種材料，其在平坦的、非構(gòu)造的表面上具有相對(duì)于水超過90°的接觸角。
對(duì)于本發(fā)明的目的，疏油性材料是這樣一種材料，其在平坦的、非構(gòu)造的表面上具有對(duì)于長(zhǎng)鏈正烷烴、例如正癸烷超過90°的接觸角。
對(duì)于本發(fā)明的目的，光散射降低的表面指這樣一種表面，在該表面上由粗糙所引起的散射損失，按照標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS 13696測(cè)定，為≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％。該測(cè)量于波長(zhǎng)為514nm下進(jìn)行，并且測(cè)定在正向和反向上的總散射損失。精確的方法描述于A.Duparré和S.Gliech的出版物Proc.SPIE 3141，57(1997)，其在此作為參考引用并因此是本公開的一部分。
此外，光散射降低的超疏性表面優(yōu)選具有高耐磨性和抗劃傷性。在使用Taber Abraser方法按照ISO3537進(jìn)行磨損之后，其中使用CS10F摩擦輪，以每個(gè)摩擦輪500g的負(fù)荷進(jìn)行500周，霧度的增加≤10％、優(yōu)選≤5％。在按照DIN 52348、使用沙細(xì)流(Sand trickling)測(cè)試(Sandrieseltest)進(jìn)行擦傷之后，霧度的增加≤15％、優(yōu)選≤10％、特別優(yōu)選≤5％。霧度的增加按照ASTM D 1003測(cè)定。為了測(cè)定霧度，用可見光照射帶有所述表面的基材，和測(cè)定與霧度相關(guān)的散射分?jǐn)?shù)。
提供超疏性表面的嘗試一向并不少見。例如，EP 476 510A1公開了生產(chǎn)疏水性表面的方法，其中具有全氟化硅烷的金屬氧化物薄膜被涂覆到玻璃表面。然而，用該方法生產(chǎn)的表面具有缺點(diǎn)，即液滴在表面上的接觸角小于115°。
生產(chǎn)超疏性表面的方法還可以從WO 96/04123得到。該專利申請(qǐng)尤其解釋了如何從隆起和凹陷生產(chǎn)人造的表面結(jié)構(gòu)，其中隆起之間的距離為5到200μm和隆起的高度為5到100μm。然而，這樣變粗糙的表面具有缺點(diǎn)，由于它們的尺寸，所述構(gòu)造導(dǎo)致加強(qiáng)的光散射，使所述物體就透明性而言顯得極其模糊，或者就光澤度而言顯得無(wú)光澤。這意味著，這類物體不能用于透明的應(yīng)用，例如生產(chǎn)用于運(yùn)輸車輛或者建筑的玻璃。
在US 5 693 236中還解釋了幾種生產(chǎn)超疏性表面的方法，其中氧化鋅的微針利用粘結(jié)劑涂覆到表面，然后以不同的方式(例如借助于等離子體處理)使其部分地剝離。然后用拒水的材料涂覆這樣變粗糙的表面。這樣構(gòu)造的表面具有最高150°的接觸角。然而，由于不平度的尺寸，此時(shí)所述表面是強(qiáng)烈光散射的。
K.Ogawa，M.Soga，Y.Takada和I.Nakayama在出版物Jpn.J.Appl.Phys.32，614-615(1993)中描述了生產(chǎn)透明的、超疏性表面的方法，其中用射頻等離子體使玻璃板變粗糙，然后用含氟硅烷涂覆。據(jù)建議，所述玻璃板可用于窗戶。對(duì)于水收縮角為155°。然而，所描述的方法具有缺點(diǎn)，透明度僅僅為92％，并且生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)的尺寸，由于散射損失，產(chǎn)生霧度。此外，對(duì)于10μl體積的水滴，滾降角仍然為大約35°。
因此，目的是提供透明的基材，其中不存在由于霧度和不透明物質(zhì)引起的透明性損害，其具有高表面光澤度，借此所述基材是超疏性的。
例如，為了利于在汽車或者建筑的窗戶中使用，所述表面必須優(yōu)選同時(shí)具有好的耐擦傷或者耐磨性。使用Taber Abrasion方法，按照ISO 3537(500周，每個(gè)摩擦輪500g，CS10F摩擦輪)，在進(jìn)行磨擦之后，霧度的最大增加應(yīng)該≤10％、優(yōu)選≤5％。按照DIN52348，在沙細(xì)流測(cè)試中，在暴露于擦傷之后，霧度增加應(yīng)該≤15％、優(yōu)選≤10％、特別優(yōu)選≤5％。在所述兩個(gè)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)之后，霧度增加按照ASTM D 1003測(cè)定。
一個(gè)特別的問題是，光散射降低的表面，其同時(shí)是超疏性的，可以用各種表面外形非常不同的材料生產(chǎn)，正如從以上引用的例子可以明顯看到的。此外，具有光散射降低的和超疏性表面的基材也可以用十分不同的涂覆工藝生產(chǎn)。最后，涂覆工藝必須使用特定的精確定義的工藝參數(shù)進(jìn)行。
因此，仍然沒有適合于確定材料、涂覆工藝和所述涂覆工藝的工藝參數(shù)的篩選法，以用這些條件生產(chǎn)具有光散射降低的和超疏性表面的基材。
本發(fā)明的具有降低的光散射和超疏性表面的基材實(shí)現(xiàn)了該目的，其是本發(fā)明的主題，其中總散射損失≤7％、優(yōu)選≤3％、尤其優(yōu)選≤1％和對(duì)于水的接觸角≥140°、優(yōu)選≥150°。所述具有降低的光散射和超疏性表面的基材，例如使用在下文中描述的方法生產(chǎn)，其可以通過包含選擇步驟、計(jì)算步驟和生產(chǎn)步驟的快速篩選法建立。
所述超疏性表面或者其基材優(yōu)選包括塑料、玻璃、陶瓷材料或者碳。
優(yōu)選的是具有耐磨性的基材，所述耐磨性按照試驗(yàn)方法ASTM D1003依據(jù)霧度的增加進(jìn)行測(cè)定為≤10％、優(yōu)選≤5％，其中使用TaberAbrasion方法按照ISO 3537的磨蝕強(qiáng)度為500周，每個(gè)摩擦輪負(fù)荷為500g和使用CS10F摩擦輪。
同樣優(yōu)選的是具有抗劃傷性能的基材，其按照ASTM D 1003根據(jù)霧度增加測(cè)定為≤15％、優(yōu)選≤10％、尤其優(yōu)選≤5％，其中擦傷強(qiáng)度為按照DIN 52348的沙細(xì)流測(cè)試。
同樣優(yōu)選的是這樣一種基材，其特征在于對(duì)于體積為10μl的水滴，在所述表面上滾降角≤20°。
a)塑料尤其適用于超疏性表面和/或其基材的是熱固性或者熱塑性塑料。
熱固性塑料尤其選自以下系列鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、環(huán)氧樹脂、脲甲醛樹脂、蜜胺-甲醛樹脂、蜜胺-酚醛樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺、硅橡膠和不飽和聚酯樹脂。
熱塑性塑料尤其選自以下系列熱塑性聚烯烴例如聚丙烯或者聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、聚酯(例如PBT或者PET)、聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、SAN樹脂、含橡膠的苯乙烯接枝共聚物例如ABS聚合物、聚酰胺、聚氨酯、聚苯硫醚、聚氯乙烯或者任何可能的所述聚合物的混合物。
尤其適合作為基材用于本發(fā)明表面的是以下熱塑性聚合物聚烯烴，例如高和低密度聚乙烯，即密度為0.91g/cm3到0.97g/cm3，其可以通過已知方法制備，Ullmann(第4版)19，167及以下頁(yè)，Winnacker-Kückler(第4版)6,353到367，Elias和Vohwinkel，Neue Polymere Werkstoffefür die Industrielle Anwendung(用于工業(yè)用途的新的聚合物材料)Munich，Hanser 1983。
同樣適合的是聚丙烯，其分子量為10,000g/mol到1,000,000g/mol，其可以通過已知方法制備，Ullmann(第五版)A10，615及以下頁(yè)，Houben-Weyl E20/2,722及以下頁(yè)，Ullmann(第4版)19，195及以下頁(yè)，Kirk-Othmer(第三版)16，357及以下頁(yè)。
然而，同樣可能的是所述烯烴或者與其他α-烯烴的共聚物，例如乙烯與丁烯、己烷和/或辛烷的聚合物EVAs(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、EEAs(乙烯-丙烯酸乙酯共聚物)、EBAs(乙烯-丙烯酸丁酯共聚物)、EASs(丙烯酸-乙烯共聚物)、EVKs(乙烯-乙烯基咔唑共聚物)、EPBs(乙烯-丙烯嵌段共聚物)、EPDMs(乙烯-丙烯-二烯共聚物)、PBs(聚丁烯)、PMPs(聚甲基戊烯)、PIBs(聚異丁烯)、NBRs(丙烯腈丁二烯共聚物)、聚異戊二烯、甲基-丁烯共聚物、異戊二烯異丁烯共聚物。
生產(chǎn)方法這類聚合物已經(jīng)公開在以下文獻(xiàn)中，例如Kunststoff-Handbuch(塑料手冊(cè))，卷IV.Hanse Verlag，Ullmann(第4版)，19，167及以下頁(yè)，Winnacker-Kuckler(第4版)，6，353到367Elias和Vohwinkerl，Neue Polymere Werkstoffe(新的聚合物材料)，Munich，Hanser 1983，F(xiàn)ranck和Biederbick，Kunststoff Kompendiμm(塑料概略)Würzburg，Vogel 1984。
按照本發(fā)明，適合的熱塑性塑料還包括熱塑性芳香族聚碳酸酯，尤其基于以下通式(I)的二酚的那些 其中A表示簡(jiǎn)單的鍵、C1-C5亞烷基、C2-C5烷叉基、C5-C6環(huán)烷叉基、-S-、-SO2-、-O-、-CO-或者C6-C12亞芳基基團(tuán)，如果適當(dāng)其可以與其他含雜原子的芳族環(huán)縮合B基團(tuán)各自獨(dú)立地表示C1-C8烷基、C6-C10芳基、尤其優(yōu)選苯基、C7-C12芳烷基、優(yōu)選芐基、鹵素、優(yōu)選氯、溴，x各自獨(dú)立地表示0、1或者2p表示1或者0，或者具有通式(II)的烷基取代的二羥苯基環(huán)烷烴的那些 其中R1和R2各自獨(dú)立地表示氫、鹵素、優(yōu)選氯或者溴、C1-C8烷基、C5-C6環(huán)烷基、C6-C10芳基、優(yōu)選苯基和C7-C12芳烷基、優(yōu)選苯基C1-C4烷基，尤其芐基，m表示從4到7的整數(shù)、優(yōu)選4或者5
R3和R4對(duì)于每個(gè)Z各自獨(dú)立地選擇和表示氫或者C1-C6烷基，優(yōu)選氫、甲基或者乙基，和Z表示碳，條件是在至少一個(gè)Z原子上，R3和R4同時(shí)表示烷基。
適合的通式(I)中的二酚是例如對(duì)苯二酚、間苯二酚、4，4’-二羥基聯(lián)苯、2，2-雙(4-羥苯基)-丙烷、2，4-雙(4-羥苯基)-2-甲基丁烷、1，1-雙(4-羥苯基)環(huán)己烷、2，2-雙(3-氯-4-羥苯基)丙烷、2，2-雙(3，5-二溴-4-羥苯基)丙烷。
優(yōu)選的通式(I)中的二酚是2，2-雙(4-羥苯基)-丙烷、2，2-雙(3，5-二氯-4-羥苯基)丙烷和1，1-雙(4-羥苯基)環(huán)己烷。
優(yōu)選的通式(II)中的二酚是二羥基二苯基環(huán)烷烴，在脂環(huán)族基團(tuán)中具有5-和6-個(gè)環(huán)C原子[通式(II)中m＝4或者5]，例如對(duì)應(yīng)于以下通式的二酚 和 其中1，1-雙(4-羥苯基)-3，3，5-三甲基環(huán)己炔(通式(IIc)是尤其優(yōu)選的。
按照本發(fā)明，適合的聚碳酸酯可以是以已知方式支化的，并且更確切地說優(yōu)選通過結(jié)合基于使用的二酚總量為0.05到2.0mol％的三官能或以上的化合物，例如那些具有三個(gè)或以上酚基的化合物，例如間苯三酚，4，6-二甲基-2，4，6-三(4-羥苯基)庚烯-2，4，6-二甲基-2，4，6-三(4-羥苯基)庚烷，1，3，5-三(4-羥苯基)苯，1，1，1-三(4-羥苯基)乙烷，三(4-羥苯基)苯基甲烷，2，2-雙(4，4-雙(4-羥苯基)環(huán)己基)丙烷，2，4-雙(4-羥苯基)-異丙基)苯酚，2，6-雙(2-羥基-5’-甲芐基)-4-甲基苯酚，2-(4-羥苯基)-2-(2，4-二羥苯基)丙烷，六(4-(4-羥基苯基異丙基)苯基)鄰-對(duì)苯二甲酸酯，四(4-羥苯基)甲烷，四(4-(4-羥基苯基異丙基)苯氧基)甲烷和1，4-雙((4’-，4”-二羥基三苯基)甲基)苯。
某些其他三官能化合物包括2，4-二羥基苯甲酸、苯均三酸、偏苯三酸、氰尿酰氯和3，3-雙(3-甲基-4-羥苯基)-2-氧代-2，3-二氫吲哚。
除雙酚A均聚碳酸酯外，優(yōu)選的聚碳酸酯是雙酚A與基于二酚摩爾總數(shù)最高15mol％的2，2-雙(3，5-二溴-4-羥苯基)丙烷的共聚碳酸酯。
使用的芳香族聚碳酸酯可以部分地被芳香族聚酯碳酸酯替代。
芳香族聚碳酸酯和/或芳香族聚酯碳酸酯是文獻(xiàn)中已知的和/或可以通過文獻(xiàn)中已知方法制備(對(duì)于芳香族聚碳酸酯的生產(chǎn)，參見例如，Schnell，“Chemistry and Physics of Polycarbonates”，Interscience Publishers，1964和DE-AS 1 495 626、DE-OS 2 232877、DE-OS 2 703 376、DE-OS 2 714 544、DE-OS 3 000 610、DE-OS3 832 396；對(duì)于芳香族聚酯碳酸酯的生產(chǎn)，參見例如DE-OS 3 077934)。
芳香族聚碳酸酯和/或芳香族聚酯碳酸酯可以例如通過二酚與羰基鹵化物、優(yōu)選光氣和/或與芳香族二羧基二鹵化物、優(yōu)選苯二羧基二鹵化物的反應(yīng)生產(chǎn)，其通過相界面方法進(jìn)行，任選地借助于使用鏈終止劑和任選地借助于使用支化劑，其是三官能或以上的。
同樣適合作為熱塑性塑料的是一種或者至少兩種烯屬不飽和單體(乙烯基單體)的苯乙烯共聚物，例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、環(huán)取代的苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、馬來酸酐、N-取代的馬來酰亞胺和醇組分中具有1到18個(gè)C原子的(甲基)丙烯酸酯的共聚物。
所述共聚物是樹脂的、熱塑性的和沒有橡膠的。
優(yōu)選的苯乙烯共聚物是包括至少一種來自以下系列單體苯乙烯、α-甲基苯乙烯和/或環(huán)取代苯乙烯，與至少一種來自以下系列的單體丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、馬來酸酐和/或N-取代的馬來酰亞胺的共聚物。
在熱塑性共聚物中尤其優(yōu)選的重量比是60到95％重量的苯乙烯單體和40到5％重量的其它乙烯基單體。
尤其優(yōu)選的共聚物是包含苯乙烯與丙烯腈和任選地與甲基丙烯酸甲酯的那些，α-甲基苯乙烯與丙烯腈和任選地與甲基丙烯酸甲酯或者苯乙烯和α-甲基苯乙烯與丙烯腈和任選地與甲基丙烯酸甲酯的那些。
苯乙烯-丙烯腈共聚物是已知的和可以通過自由基聚合、尤其通過乳液、懸浮、溶液或者本體聚合生產(chǎn)。這些共聚物優(yōu)選具有的分子量Mw(重均，通過光散射或者沉淀測(cè)定)為15,000到200,000g/mol。
尤其優(yōu)選的共聚物還包括苯乙烯和馬來酸酐的統(tǒng)計(jì)組成共聚物，其可以優(yōu)選地由相應(yīng)的單體生產(chǎn)，利用不完全反應(yīng)，優(yōu)選通過連續(xù)的本體或者溶液聚合。
按照本發(fā)明，適合的統(tǒng)計(jì)組成的苯乙烯-馬來酸酐共聚物的這兩種組分的比例可以在寬范圍內(nèi)變化。優(yōu)選的馬來酸酐含量為從5到2 5重量％。
代替苯乙烯，所述聚合物還可以包含環(huán)取代的苯乙烯，例如對(duì)甲基苯乙烯、2，4-二甲基苯乙烯及其他取代的苯乙烯，例如α-甲基苯乙烯。
苯乙烯-馬來酸酐共聚物的分子量(數(shù)均Mn)可以在寬范圍內(nèi)變化。所述范圍優(yōu)選為從60,000到200,000g/mol。對(duì)于這些產(chǎn)品，0.3到0.9的極限粘度(在二甲基甲酰胺中于25℃測(cè)定；參看Hoffmann，Kuhn，Polymeranalytik I，Stuttgart 1977，316及以下頁(yè))是優(yōu)選的。
同樣適用于作為熱塑性塑料的是接枝共聚物。這些包括具有橡膠狀的彈性的接枝共聚物，并且基本上可從至少兩種以下單體獲得氯丁二烯、1，3-丁二烯、異丙烯、苯乙烯、丙烯腈、乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯和醇組分中具有1到18個(gè)C原子的(甲基)丙烯酸酯；即例如如以下文獻(xiàn)所描述的那些聚合物，“Methoden der organischen Chemie”(有機(jī)化學(xué)方法)(Houben-Weyl)，卷14/1，Georg Thieme Verlag，Stuttgart，1961，393-406頁(yè)和C.B.Bucknall“增韌塑料”，Appl.Science Publishers，London 1977。優(yōu)選的接枝聚合物是部分交聯(lián)的并且具有超過20重量％、優(yōu)選超過40重量％、尤其超過60重量％的凝膠含量。
優(yōu)選的接枝共聚物包括例如，包含接枝到聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯酸橡膠上的苯乙烯和/或丙烯腈和/或烷基(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物；即例如描述在DE-OS 1 694 173(＝US-PS 3 564 077)中的那些共聚物；聚丁二烯、丁二烯/苯乙烯或者丁二烯/丙烯腈共聚物、聚異丁烯或者聚異戊二烯用丙烯酸烷基酯或者甲基丙烯酸烷基酯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、苯乙烯和/或烷基苯乙烯接枝的共聚物，例如描述于DE-OS 2 348 377(＝US-PS 3 919 353)中的那些。
尤其優(yōu)選的聚合物是例如ABS聚合物，例如描述于DE-OS 2 035390(＝US-PS 3 644 574)或者DE-OS 2 248 242(＝GB-PS 1 409 275)中的那些。
所述接枝共聚物可以通過已知方法制備，例如本體、懸浮、乳液或者本體-懸浮方法。
使用的熱塑性的聚酰胺可以是聚酰胺66(聚己二酸己二胺)，或者具有6到12個(gè)C(碳)原子的環(huán)狀內(nèi)酰胺的聚酰胺，優(yōu)選月桂內(nèi)酰胺和更優(yōu)選ε-己內(nèi)酰胺＝聚酰胺6(聚己內(nèi)酰胺)，或者包含作為主要組分的6或者66的共聚酰胺或者與所述聚酰胺的主要組分的混合物。優(yōu)選的是聚酰胺6，其通過活性陰離子聚合生產(chǎn)，或者以聚己內(nèi)酰胺為主要組分通過活性陰離子聚合生產(chǎn)的共聚酰胺。
b)玻璃或者陶瓷材料尤其適用于超疏性表面和/或其基材的陶瓷材料是氧化物、氟化物、碳化物、氮化物、硒化物、碲化物、硫化物，尤其是金屬、硼、硅或者鍺的上述化合物，或者其混合的化合物或者這些化合物的物理狀態(tài)混合物，尤其是-鋯、鈦、鉭、鋁、鉿、硅、銦、錫、釔或者鈰的氧化物，-鑭、鎂、鈣、鋰、釔、鋇、鉛、釹的氟化物或者冰晶石形式的鋁(氟鋁化鈉Na3AlF6)的氟化物-碳化硅或者碳化鎢，-鋅或者鎘的硫化物，-鍺或者硅的硒化物和碲化物，-硼、鈦或者硅的氮化物。
原則上，玻璃也適用于所述超疏性表面和/或其基材。這包括所有類型的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的玻璃，例如描述于以下文獻(xiàn)中的H.Scholze出版物“Glas，Natur，Struktur，Eigenschaften”(玻璃、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、性能)，Springer Verlag 1988或者手冊(cè)“Gestalten mitGlass”(玻璃形成)，Interpane Glas Industrie AG，第五版2000。
優(yōu)選，用于所述基材的玻璃是堿土-堿金屬硅酸鹽玻璃，其基于氧化鈣、氧化鈉、二氧化硅和氧化鋁，或者硼硅酸鹽玻璃，其基于二氧化硅、氧化鋁、堿土金屬氧化物、氧化硼、氧化鈉和氧化鉀。
尤其優(yōu)選，所述基材是堿土堿金屬硅酸鹽玻璃，在其表面上涂覆有額外的氧化鋯層，厚度為50nm到5μm。
尤其適合的是常規(guī)堿土堿金屬硅酸鹽玻璃，其用于平板玻璃和窗玻璃應(yīng)用，包含例如15％氧化鈣、13到14％氧化鈉、70％二氧化硅和1到2％氧化鋁。同樣適合的是硼硅酸鹽玻璃，其作為防火玻璃使用，包含例如70到80％二氧化硅，7到13％氧化硼、2到7％氧化鋁、4到8％氧化鈉和氧化鉀和0到5％堿土金屬氧化物。
c)其他材料同樣適合的是碳，尤其是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知作為DLC(似金剛石的碳)涂層的涂層，其描述于出版物“Dünnschichtechnologie”(薄層技術(shù))，H.Frey和G.Kienel編輯，VDI-Verlag，Düsseldorf 1987。所述DLC層優(yōu)選施加到不同于碳的載體材料。
尤其優(yōu)選，所述基材具有疏水性或者疏油性疏化(phobing)試劑的附加涂層。
d)疏化試劑疏水性或者疏油性疏化試劑是任何分子量的表面活性化合物。
這些化合物優(yōu)選是陽(yáng)離子、陰離子、兩性或者非離子的表面活性化合物，例如在以下文獻(xiàn)中列出的，詞典“Surfactants Europa，ADictionary of Surface Active Agents available in Europe，編輯Gordon L.Hollis，Royal Society of Chemistry，Cambridge，1995。
陰離子疏化試劑的例子是烷基硫酸鹽、醚硫酸鹽、醚羧酸鹽、磷酸酯、磺基丁二酸鹽、磺基丁二酸鹽酰胺、石蠟磺酸鹽、烯烴磺酸鹽、肌氨酸鹽、isothionates、taurates和木質(zhì)素化合物。
陽(yáng)離子疏化試劑的例子是季烷基銨化合物和咪唑。
兩性疏化試劑的例子是甜菜堿、氨基乙酸、丙酸鹽和咪唑。
非離子的疏化試劑是例如alkoxyates、alkyloamides、酯、氧化胺和烷基多苷。同樣可能的是烯化氧與適合于烷基化的化合物的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物、例如脂肪醇、脂肪胺、脂肪酸、苯酚、烷基酚、芳烷基酚例如苯乙烯苯酚縮合物、羧酸酰胺和樹脂酸類。
尤其優(yōu)選的疏化試劑中，1到100％、尤其優(yōu)選60到95％的氫原子被氟原子取代。提及的例子是全氟化烷基硫酸鹽、全氟化烷基磺酸鹽、全氟化烷基磷酸鹽、全氟化烷基亞膦酸鹽和全氟化羧酸類。
優(yōu)選用作聚合物疏化試劑用于疏水性涂層或者作為聚合物疏水材料用于所述表面的是分子量Mw＞500到1,000,000、優(yōu)選1,000到500,000和尤其優(yōu)選1500到20,000的化合物。這些聚合物疏化試劑可以是非離子、陰離子、陽(yáng)離子或者兩性化合物。此外，這些聚合物疏化劑可以是均聚物、共聚物、接枝聚合物和接枝共聚物以及統(tǒng)計(jì)嵌段聚合物。
尤其優(yōu)選的聚合物疏化試劑是AB-、BAB-以及ABC嵌段聚合物類型的那些。在AB或者BAB嵌段聚合物中，A鏈段是親水性的均聚物或者共聚物和B嵌段是疏水性均聚物或者共聚物或者其鹽。
尤其優(yōu)選的同樣是陰離子、聚合物疏化試劑，尤其是芳香族磺酸與甲醛的縮合產(chǎn)物和烷基萘磺酸或者來自甲醛、萘磺酸和/或苯磺酸、來自任選取代的酚與甲醛和亞硫酸氫鈉的縮合產(chǎn)物。
同樣優(yōu)選的是可以通過轉(zhuǎn)化萘酚與鏈烷醇、加成烯化氧和至少部分地將末端羥基轉(zhuǎn)化成磺基基團(tuán)或者馬來酸和鄰苯二甲酸或者琥珀酸的半酯得到的縮合產(chǎn)物。
在本發(fā)明方法的另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，疏化試劑來自磺基丁二酸鹽和烷基苯磺酸鹽。同樣優(yōu)選的是硫酸鹽化、烷氧基化脂肪酸或者其鹽。優(yōu)選的烷氧基化脂肪酸醇尤其是具有5到120、6到60、十分特別優(yōu)選7-30個(gè)環(huán)氧乙烷的C6-C22脂肪酸醇，其可以是飽和或者不飽和的，尤其是硬脂醇。硫酸鹽化烷氧基化脂肪酸醇優(yōu)選以鹽存在，尤其是以堿金屬或者胺鹽、優(yōu)選二乙胺鹽存在。
十分特別優(yōu)選的是，另外的基于貴金屬的粘著性-提高層、優(yōu)選金層，層厚度為10到100nm，設(shè)置在疏化試劑層和基材之間。
本發(fā)明的主題也是選擇任選地表面-涂覆的、具有超疏性和降低光散射的表面的基材的方法，其中A)至少一個(gè)任選地表面-涂覆的基材的選擇考慮組成、厚度和單層的順序，B)每個(gè)按照A)的基材的表面形貌被改變，和在每種情況下計(jì)算每一基材的總散射，和選擇具有總散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的表面形貌的基材，C)按照以下方程，依照超疏性性能要求的形貌條件，檢驗(yàn)按照B)選擇的基材的表面S(logf)＝a(f)·f (1)其中，函數(shù)S(logf)在積分區(qū)間log(f1/μm-1)＝-3和log(f2/μm-1)＝3之間的積分為至少0.3。
D)選擇具有滿足C)的條件的表面形貌的基材。
以下更詳細(xì)地描述步驟A)到D)的優(yōu)選細(xì)節(jié)。
A)以組成、厚度和單層順序?yàn)樘卣鞯膶酉到y(tǒng)的選擇在本發(fā)明意義上適合作為基材的原則上是所有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的材料或者其結(jié)合。優(yōu)選，所述基材包括在以上b和c點(diǎn)中引用的材料。所述基材可以是涂覆或者未涂覆的。未涂覆的基材具有至少一個(gè)層。涂覆基材具有至少兩個(gè)、但通常很多的層?；膬?yōu)選按照其組成、該層的厚度、整個(gè)基材的厚度和任選地單層的順序進(jìn)行選擇。
然而，當(dāng)選擇基材的組成和層順序時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員尤其考慮在所述工業(yè)應(yīng)用中基材表面要滿足的附加性能。例如，如果對(duì)于應(yīng)用特別高的抗劃傷度是重要的，本領(lǐng)域技術(shù)人員將選擇特別硬的材料，例如TiN、SiC、WC或者Si3N4。
本領(lǐng)域技術(shù)人員原則上知道選擇層系統(tǒng)的層材料、層厚度和層狀結(jié)構(gòu)的順序要遵守的條件，以避免有害的光學(xué)作用，例如吸收、色偏(通過吸收或者干涉)或者反射。另一方面，在很多情況下也希望選擇性地提供光學(xué)性質(zhì)，例如顯現(xiàn)著色的層、部分-反射或者完全反射層。
B)計(jì)算不同的表面形貌的總散射損失和選擇總散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的表面形貌對(duì)按照步驟A)選擇的層系統(tǒng)提供不同的表面形貌和研究它們的總的散射。
總散射的計(jì)算或者測(cè)定是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的并且在工業(yè)中廣泛進(jìn)行，例如用于光學(xué)部件的開發(fā)。用于計(jì)算的規(guī)則是已知的，例如A.Duparré的出版物，Thin Filmsin Optical Coatings，CRC Press，Boca Raton，London 1995，其在此作為參考引用并且因此視為本公開的一部分。在其中，以下在方程10中給出ARS=ΣiΣjKCiCj*PSDij(2πf)---(2)]]>在此，ARS表示角度-解析的散射?？偵⑸鋼p失TS(總的積分散射)通過在前半?yún)^(qū)間和后半?yún)^(qū)間積分ARS得到TS＝∫ΩARSdΩ (3)在后半?yún)^(qū)間或者前半?yún)^(qū)間中散射的光學(xué)系數(shù)K在以下出版物中確定P.Bousquet，F(xiàn).Flory，P.
Roche″Scattering from multilayer thin filmstheory andexperiment″，J.Opt.Soc.Am.Vol.71(1981)，按照在1120頁(yè)式22和23之后引用的規(guī)則，從入射的極坐標(biāo)和方位角、使用的波長(zhǎng)和層材料的折射率確定。
光學(xué)系數(shù)Ci、Cj由出版物P.Bousquet，F(xiàn).Flory，P.Roche“Scattering from multilayer thin filmstheory andexperiment”，J.Opt.Soc.Am.Vol.71(1981)中的式22和23計(jì)算，如下所述。在此，i和j指示界面的數(shù)目。共軛復(fù)數(shù)值用星號(hào)(*)標(biāo)記。系數(shù)Ci和Cj使用1119頁(yè)有關(guān)的式17、18、19和202從層界面處場(chǎng)強(qiáng)E計(jì)算，和1119頁(yè)給出的規(guī)則用于公差Y。公差Y按照1119頁(yè)、左列、最后的段落的4個(gè)公式(未編號(hào))，從折射率n、介電常數(shù)、磁場(chǎng)常數(shù)、層厚度e和入射的極角θ0計(jì)算。場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算使用本領(lǐng)域技術(shù)人員計(jì)算層系統(tǒng)使用的通常遞歸方法進(jìn)行；這些描述在1117和1118頁(yè)上。
為了進(jìn)行上述計(jì)算，需要散射光波長(zhǎng)下的光學(xué)折射率，這些按照如下所述確定在此作為參考波長(zhǎng)，例如選擇514mm。在該波長(zhǎng)下的光學(xué)折射率對(duì)于許多的材料是已知的。例如，它們可以取自出版物Handbook ofOptical Constants of Solids，Ed.E.D.Palik，Academic Press，San Diego，1998，其在此作為參考引用并且因此視為本公開的一部分。如果光學(xué)折射率不是已知的，它也可以通過實(shí)驗(yàn)手段測(cè)定。這需要的規(guī)則對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，并且可以例如得自出版物H.A.Macleod，Thin Film Optical Filters，Macmillan PublishingCompany NewYork；Adam Hilger Ltd.，Bristol，1986，其在此作為參考引用并且因此視為本公開的一部分。
為了滿足總散射損失≤7％、優(yōu)選≤3％、尤其優(yōu)選≤1％，函數(shù)PSD(f)的不同的曲線可以在方程(1)中確定。函數(shù)PSD(f)作為功譜密度對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是眾所周知的，并且經(jīng)常用于表面形貌的定量的統(tǒng)計(jì)描述。其詳細(xì)說明可以得自出版物J.C.Stover“Optical Scattering”，第二版，SPIE Press Bellingham，Washington，USA 1995，其在此作為參考引用并且因此視為本公開的一部分。對(duì)于在步驟R＝{PSD(f)}中確定的所有函數(shù)的集R，存在具有不同的形貌的表面，其全散射損失≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％。
當(dāng)選擇函數(shù)PSD(F)時(shí)，規(guī)定以下限制以將所述選擇限制在對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言看來是合理的那些函數(shù)。因此，這排除了那些盡管滿足從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)需要的散射條件、但從物理或者工藝的觀點(diǎn)是沒有意義的函數(shù)曲線。
a)僅僅考慮在f1＝10-3μm-1和f2＝10-3μm-1范圍內(nèi)的局部頻率。
b)以下被用作函數(shù)PSD(f)的上限log[PSDmax(f)/nm4]＝16-2log[f/μm-1] 4)c)以下被用作函數(shù)PSD(f)的下限log[PSDmin(f)/nm4]＝2-2log[f/μm-1] (5)d)不考慮不連續(xù)的和不可微分的函數(shù)曲線。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉那些合理的和可應(yīng)用的函數(shù)曲線。文獻(xiàn)包含了各種用于函數(shù)PSD(f)的函數(shù)曲線。這些可以用作參考和作為識(shí)別假函數(shù)或者物理上無(wú)意義函數(shù)的對(duì)比。
E.Church，M，Howells，T.Vorburger，″金剛石旋轉(zhuǎn)鏡面加工的光譜分析″，Proc.SPIE 315(1981)202J.M.Bennett，L.Mattsson，″表面粗糙度和散射入門″，OSAPublishing，Washington D.C.1999，Chapter5″選擇表面的統(tǒng)計(jì)學(xué)″C.Walsh，A.Leistner，B.Oreb，″光學(xué)基材的重力-波干涉測(cè)量法的功率頻譜密度分析″，Applied Optics 38(1999)4790D.Rnnow，″根據(jù)三個(gè)波長(zhǎng)下的角度解析光散射的薄膜界面粗糙度統(tǒng)計(jì)學(xué)″，Opt.Eng.37(1998)696C.Vernold，J.Harvey，″裸熱等靜壓(HIP)鈹鏡的有效表面PSD″，Proc.SPIE 1530(1991)144A.Duparré，G.Notni，R.Recknagel，T.Feigl，S.Gliech，″Hochaufisende Topometrie im Kontext globaler Makrostmkturen″(全局宏觀結(jié)構(gòu)范圍中的高度解析的形貌測(cè)量)，TechnischesMessen66(1999)11R.Recknagel，T.Feigt，A.Duparré，G.Notni，″使用白光干涉測(cè)量法和原子力顯微術(shù)的寬范圍表面測(cè)量″，Proc.SPIE3479(1998)36S.Jakobs，A.Duparré，H.Truckenbrodt，″紫外光學(xué)涂層中界面間的粗糙度和相關(guān)散射系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法″，AppliedOptics37(1998)1180V.E.Asadchikov，A.Duparré，S.Jakobs，A.Yu.Karabekov，I.V.Kozhevnikov，″通過X射線散射和原子力顯微術(shù)對(duì)比研究光學(xué)表面和薄膜的粗糙度″，Applied Optics 38(1999)684E.Quesnel，A.Dariel，A.Duparré，J.Steinert，″離子束濺射氟化物涂層的VUV光散射和形態(tài)″，Proc.SPIE 3738(1999)C.Ruppe和A.Duparré″通過原子力顯微術(shù)分析光學(xué)薄膜的粗糙度″，Thin Solid Films 288(1996)8這些出版物在此作為參考被引用并且因此被認(rèn)為屬于本公開的一部分。
C)測(cè)試按照步驟B)選擇的表面形貌的超疏性性能對(duì)于在B)中選擇的R＝{PSD(f)}函數(shù)的集合，現(xiàn)在使用計(jì)算機(jī)檢驗(yàn)具有超疏性性能的表面形貌、即PSD(f)函數(shù)的子集T＝{PSD(f)}R＝{PSD(f)}。為此，根據(jù)PSD(f)曲線按照以下公式確定頻率-相關(guān)的振幅。a(f)=4π∫f/DfDPSD(f′)f′df′≈2fπPSD(f)logD---(6)]]>在此，值D＝1.5被用作常量D，其決定積分區(qū)間的寬度，并且在該區(qū)間內(nèi)函數(shù)PSD(f)被認(rèn)為是常量。該公式原則上符合空間-頻率相關(guān)的振幅的計(jì)算，其也描述于J.C.Stover，Optical Scattering，第二版，SPIE Press Bellingham，Washington，美國(guó)1995，103頁(yè)的公式(4.19)，和34頁(yè)上的表2.1和37頁(yè)上的表2.2。
國(guó)際申請(qǐng)PCT/99/10322描述了例如超疏性表面，對(duì)于該超疏性表面，表面形貌的結(jié)構(gòu)被做成使得函數(shù)S的積分值S(logf)＝a(f)·f (7)該式表明單一Fourier組分的空間頻率f和它們的振幅a(f)之間的關(guān)系，在積分區(qū)間log(f1/μm-1)＝-3和log(f2/μm-1)＝3之間，至少為0.5，和其包括疏水性或者尤其是疏油性材料或者特別是用疏水性或者尤其是疏油性材料涂覆。同樣優(yōu)選，所述積分的值為至少0.3。
關(guān)系(7)現(xiàn)在被用于計(jì)算，對(duì)于集合R＝{PSD(f)}的所有PSD(f)函數(shù)，函數(shù)S(logf)在積分區(qū)間log(f1/μm-1)＝-3和log(f2/μm-1)＝3之間的積分值。積分≥0.3的所有PSD(F)函數(shù)總和為集合T＝{PSD(f)}。對(duì)于通過這些函數(shù)PSD(f)描述的形貌，存在≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的總散射損失和導(dǎo)致相對(duì)于水的接觸角≥140°的超疏性性能。
D)滿足步驟B)和步驟C)兩者的條件的層系統(tǒng)的選擇如果現(xiàn)在存在優(yōu)選計(jì)算的表面形貌PSD(f)，其滿足兩種性能，其因此被計(jì)算為超疏性和光散射降低的，則可以可靠地保證所選擇的層狀結(jié)構(gòu)可以通過這種表面的合適構(gòu)造而生產(chǎn)。在眾多可能的層狀結(jié)構(gòu)中，僅僅選擇的層能夠滿足兩個(gè)條件，超疏性和光散射降低。步驟A)到C)的優(yōu)選計(jì)算的預(yù)先選擇使最佳化所述層的大量不必要的實(shí)驗(yàn)工作能夠得到避免。
步驟A)到C)可以通過計(jì)算機(jī)設(shè)備以適合的方法得到支持或者自動(dòng)化。檢驗(yàn)單層結(jié)構(gòu)需要的計(jì)算量是很少的，因此大量的層狀結(jié)構(gòu)可以在短時(shí)間內(nèi)以數(shù)字方式檢驗(yàn)。
尤其可以建立計(jì)算機(jī)程序，以便步驟A)到C)可以這樣一種方式進(jìn)行，即其中所述層狀結(jié)構(gòu)可以數(shù)字方式優(yōu)選。這可以用以下例子解釋在步驟A)中，選擇了由材料a)構(gòu)成的基材，其層厚度為da1和折射率為na。在檢驗(yàn)步驟B)中的降低光散射的條件和步驟C)中的超疏性條件之后，選擇兩個(gè)條件都滿足的形貌。然后以增量Δd增加基材厚度da1到da2＝da1+Δd。在再檢驗(yàn)步驟B)和C)中的條件之后，現(xiàn)在可以確定是否顯著差異形貌的集合基于相應(yīng)的PSD(f)函數(shù)發(fā)生了變化?，F(xiàn)在可以進(jìn)行在步驟A)到C)中這類計(jì)算的循環(huán)，直到基材厚度dopt在特定區(qū)間內(nèi)確定，對(duì)于該厚度，所述顯著不同的形貌Topt＝{PSD(f)}的集合基于相應(yīng)的PSD(f)函數(shù)是最大的?；暮穸萪opt表示最優(yōu)化值，因?yàn)樵诖舜嬖跐M足步驟B)和C)兩個(gè)條件的最不同的表面形貌。因此，在基材厚度為dopt下構(gòu)造具有希望性能的表面在理論上是最簡(jiǎn)單的，因?yàn)檫@時(shí)存在最大的可能性。
如果要優(yōu)化包括幾個(gè)層的基材的層厚度，可以使用類似的方法，例如對(duì)于具有層厚度為da和db的層(a，b)的結(jié)構(gòu)的2-層系統(tǒng)。在此，可以在層a和b的規(guī)定的最小和最大層厚度內(nèi)，確定層厚度的最佳值(dopta，doptb)。
類似的方法還可以用于更復(fù)雜的包括三個(gè)和更多層的系統(tǒng)。
優(yōu)選，本發(fā)明方法被用來研究本發(fā)明的基材。
本發(fā)明另一主題是選擇在任選地表面涂覆的基材上生產(chǎn)超疏性和光散射降低的表面的工藝參數(shù)的方法，其中E.基材的表面用形成表面形貌所需要的工藝參數(shù)的改變來生產(chǎn)，順序地或者并行地，優(yōu)選并行地，F(xiàn).測(cè)定按照E)確定的所有表面的總光散射，G.至少在按照F)的光散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的表面上測(cè)定水滴的接觸角，和H.確定在其表面上水滴的接觸角≥140°、優(yōu)選≥150°和光散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的基材，并且選擇其生產(chǎn)工藝參數(shù)。
以下更詳細(xì)地解釋步驟E)到H)的優(yōu)選的細(xì)節(jié)。
E)用形成表面形貌需要的的工藝參數(shù)的改變生產(chǎn)層系統(tǒng)(順次地或并行地)本領(lǐng)域技術(shù)人員將發(fā)現(xiàn)，對(duì)于具有超疏性和降低的光散射性能的選擇的基材或者任選地包括幾個(gè)層的基材，可以容易地提出技術(shù)上適合的涂覆方法。
原則上在此可以使用所有可以用來在固體表面涂覆層的方法。這些薄層技術(shù)通常可以分成三類氣相涂覆工藝、液相涂覆工藝和固相涂覆工藝。
氣相涂覆工藝的例子包括各種蒸發(fā)方法和輝光放電方法，例如-陰極濺射-有或者沒有離子輔助設(shè)備的汽相淀積，其中蒸發(fā)源可以通過眾多不同的技術(shù)操作，例如電子束加熱法、離子束加熱、電阻加熱、輻射加熱、通過射頻電感加熱、通過利用電極或者激光的電弧加熱，-化學(xué)汽相淀積(CVD)-離子電鍍法-表面的等離子蝕刻-等離子沉積-表面的離子蝕刻-表面的活性離子蝕刻液相涂覆工藝的例子是-電化學(xué)沉積-溶膠-凝膠涂層技術(shù)-噴涂
-流延涂覆-浸漬涂覆-旋壓沉積涂覆(在“旋轉(zhuǎn)加快”模式中的旋涂或者在“旋轉(zhuǎn)減慢”模式中的旋涂)-散布涂覆-滾筒涂覆。
固相涂覆工藝的例子是-利用預(yù)制固體膜的結(jié)合，例如通過層壓或者粘接-粉末涂覆方法。
可以用于這些目的的不同的薄層技術(shù)的選擇同時(shí)見于出版物Handbook of Thin Film Deposition Processes and Techniques，Noyes Publications，1988，其在此作為參考引用和因此被認(rèn)為是本公開的一部分。
本領(lǐng)域技術(shù)人員也熟悉選擇的涂覆工藝的工藝參數(shù)，其原則上影響表面的粗糙性或者形貌。
例如，對(duì)于在玻璃上通過沉積生產(chǎn)薄層，對(duì)于表面的形貌以下工藝參數(shù)是重要的基材預(yù)處理(例如輝光、清潔、激光處理)、基材溫度、蒸發(fā)速率、背景壓力、殘余氣壓、反應(yīng)沉積期間的參數(shù)(例如組分的分壓)、蒸發(fā)之后的加熱/輻射、蒸發(fā)期間的離子輔助設(shè)備參數(shù)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道對(duì)于其他涂覆方法的參數(shù)，尤其是對(duì)于顯著影響形貌的那些，并且酌情選擇它們，如在蒸發(fā)例子中解釋的。
除改變涂覆工藝的工藝參數(shù)外，也可以預(yù)處理或者后處理所述表面或者用不同的工藝參數(shù)預(yù)處理或者后處置所述表面以改變所述表面的形貌。這例如通過熱處理、等離子蝕刻、離子束輻射、電化學(xué)侵蝕、電子束加工、粒子束處理、激光束處理或者通過直接與工具有關(guān)的機(jī)械處理來進(jìn)行。
本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，選擇的熱處理法的工藝參數(shù)原則上將影響所述表面的粗糙性或者形貌。
可以通過試驗(yàn)大量不同的工藝參數(shù)設(shè)定來優(yōu)化決定粗糙性的涂覆工藝的工藝參數(shù)設(shè)定。在此，接著進(jìn)行以下過程優(yōu)選用化學(xué)、機(jī)械和/或熱方法在不同的部分表面a、b、c等等上生產(chǎn)基材的預(yù)定表面形貌。
同樣優(yōu)選的是在基材的不同的部分表面a、b、c等等涂覆層，借此對(duì)每個(gè)部分表面設(shè)定不同的工藝參數(shù)。
例如，對(duì)于沉積過程，對(duì)于每一部分表面可以選擇不同的沉積速率。所述部分表面可以順序地涂覆，或者借助于適合的設(shè)備也可以并行地涂覆。
在順次涂覆情況下，優(yōu)選整個(gè)基材用適合的屏蔽裝置覆蓋，并且僅僅在該步驟中將被涂覆的部分表面a不用屏蔽保護(hù)。所述屏蔽可以采取屏蔽中開口的形式，其接近將被涂覆的基材。
在一個(gè)可能的實(shí)施方案中，所述屏蔽可以采取在屏蔽中固定開口的形式。然后在單個(gè)部分表面a、b、c等等涂覆期間，基材相對(duì)于具有隔膜開口的屏蔽運(yùn)動(dòng)，其中基材和/或具有隔膜開口的屏蔽發(fā)生運(yùn)動(dòng)。
在另一實(shí)施方案中，隔膜不采取在屏蔽中固定開口的形式，而是屏蔽本身包含幾個(gè)相互間運(yùn)動(dòng)的部件，這取決于它們的位置，任選地在屏蔽的不同點(diǎn)具有開口。
然而，在另一實(shí)施方案中屏蔽也可以采取在基材上的光致抗蝕涂層的形式，其中在部分表面a(其在該步驟中將被涂覆)上的光致抗蝕涂層被曝光、顯影和除去。在涂覆部分表面a之后和在涂覆下一個(gè)部分表面b以前，將部分表面a再次用保護(hù)層涂覆，其保護(hù)它在所有隨后的部分表面b、c等等的涂覆工藝期間不被再次涂覆。
所有這類屏蔽技術(shù)用于形成涂層是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，并且例如被廣泛用于半導(dǎo)體技術(shù)。在各種實(shí)施方案中機(jī)械屏蔽的使用，對(duì)于借助于蒸發(fā)或者陰極濺射的薄層技術(shù)長(zhǎng)期以來一直是通用的做法。光刻屏蔽技術(shù)的綜述可見于出版物Sze，VLSI Technology，McGrawHill，1983和Mead等，Introduction to VLSI Techniques，Addison-Wesley，1980，其在此作為參考收入并且因此視為本公開的一部分。
如果基材溫度被用作蒸發(fā)方法的工藝參數(shù)，在每個(gè)部分表面a、b、c-n可以選擇另一溫度Ta、Tc、Tb-Tn，并且整體基材的涂覆在所有部分表面并行地進(jìn)行。
這類樣品系列的自動(dòng)化生產(chǎn)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知并且原則上與用于自動(dòng)化生產(chǎn)單層的過程一致。
該過程原則上不局限于一種沉積過程，而是可以用于所有在E)下列出的涂覆方法。
所述部分表面可以位于共同的基材上或者也可以位于幾個(gè)基材上。在共同的基材情況下，部分表面可以任何次序排列，即例如以正方形區(qū)域或者也可以矩形或者直線區(qū)域排列。
部分表面的尺寸為≤9cm2、優(yōu)選≤4cm2、特別優(yōu)選≤1cm2和十分特別優(yōu)選≤0.4cm2。不同的部分表面的總數(shù)為≥10、優(yōu)選≥100和十分優(yōu)選≥104。
F)在步驟E)中產(chǎn)生的所有表面的總散射的測(cè)定最后，測(cè)試在步驟E)中產(chǎn)生的所有表面的全散射損失。為此，所述部分表面被固定在測(cè)定裝備中，如ISO/DIS 13696中描述的，例如出版物Duparré和S.Gliech，Proc.SPIE 3141，57(1997)。為此，借助于掃描裝置，將514nm的光源用于照亮所述部分表面或者所述整體表面的部分區(qū)域。在照明期間，收集元件(Ulbricht球或者Coblentz球)被用來順序確定在后半?yún)^(qū)間和前半?yún)^(qū)間中總散射損失。
除測(cè)定總散射損失外，也可以確定其他層性能。例如，測(cè)定抗劃傷和耐磨性是有意義的，如果所述表面暴露于特別高擦傷或者磨擦強(qiáng)度，例如汽車中的屏蔽。
耐磨性使用Taber Abraser方法按照ISO 3537、在500次循環(huán)、每一摩擦輪500g和使用CS10F摩擦輪下測(cè)定。然后，霧度的增加按照ASTMD 1003測(cè)試。
抗劃傷使用沙細(xì)流測(cè)試按照DIN 52348測(cè)定。然后，霧度的增加按照ASTM D 1003測(cè)試。
F2)按照步驟E)產(chǎn)生的不同表面用10到100nm金層和疏化試劑(十二烷硫醇)的單層的涂覆為了比較不同的表面形貌的超疏性性能，優(yōu)選使用均勻疏化試劑涂覆。均勻疏化試劑的選擇使得能夠進(jìn)行非常不同形貌的研究，其原則上適合于形成具有低散射的超疏性表面。
優(yōu)選，涂覆使用烷基硫醇進(jìn)行，特別優(yōu)選使用十二烷基硫醇。優(yōu)選，通過在室溫下的吸收，在24h內(nèi)，十二烷基硫醇從1g/l乙醇中的溶液獲得。首先，涂覆增粘劑層，厚度為10nm到100nm，優(yōu)選金、銀或者鉑。增粘劑的應(yīng)用優(yōu)選通過陰極濺射進(jìn)行。
使用疏化試劑涂覆優(yōu)選在所有部分表面上同時(shí)進(jìn)行。
G)在步驟F)和任選地F2)中產(chǎn)生的所有表面的接觸角的測(cè)定然后，測(cè)定試驗(yàn)液體、優(yōu)選水在部分表面上的接觸角。滾降角的測(cè)定例如通過傾斜平坦的基材直到試驗(yàn)液滴滾降來測(cè)定。
H)選擇來自步驟F)和任選地F2)的涂覆表面，其接觸角≥140°、優(yōu)選≥150°和總光散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％在此，選擇所有表面或者使用的涂覆工藝的工藝參數(shù)設(shè)置，使得接觸角≥140°、優(yōu)選≥150°和總光散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％。
取決于得到的結(jié)果，對(duì)于其他涂覆工藝參數(shù)可以重復(fù)步驟E-H。
在選擇接觸角≥140°、優(yōu)選≥150°和總光散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的表面之后，涂覆方法工藝參數(shù)被用來生產(chǎn)大量的具有該表面的基材。該生產(chǎn)按照在步驟H中選擇的工藝參數(shù)進(jìn)行。
本發(fā)明主題也是按照本發(fā)明的具有超疏性和透明表面的材料或者建筑材料，并且其使用本發(fā)明方法生產(chǎn)。
對(duì)于本發(fā)明的表面，存在眾多可能的工業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明的主題因此也是以下發(fā)明的超疏性和光散射降低的表面的應(yīng)用在透明的材料情況下，所述超疏性表面可以用作屏蔽或者用于透明屏蔽的保護(hù)層，尤其是玻璃或者塑料屏蔽，尤其是用于太陽(yáng)能電池、交通工具、飛機(jī)或者房屋。
另一應(yīng)用是建筑的裝飾元件以保護(hù)它們避免水的影響。
實(shí)施例選擇1μm層厚度的ZrO2作為單層。從本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的文獻(xiàn)得到光學(xué)折射率為2.1。
對(duì)于這一層構(gòu)型和折射率為1.52的玻璃基材，按照步驟B)中的規(guī)則，確定不同的具有不同粗糙度的假定表面形貌在波長(zhǎng)為514nm下的總光散射損失。
選擇具有≤1％的特別優(yōu)選的散射損失的形貌。對(duì)于該形貌，向前和向后方向的計(jì)算的總散射損失是0.8％。
對(duì)于該形貌，為了驗(yàn)證超疏性性能，如在步驟C)下描述的計(jì)算函數(shù)S(logf)的積分，得到值為0.42。
按照該結(jié)果，因?yàn)樵搶酉到y(tǒng)具有的表面形貌滿足條件“超疏性”和“降低的光散射”，該系統(tǒng)被選擇進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
選擇電子束沉積作為涂覆工藝。在自動(dòng)清洗線中(順序堿浴、水中漂洗、堿浴、水中漂洗，在去離子水中漂洗2次，隨后通過排放進(jìn)行干燥)凈化直徑為25mm和厚度為5mm的平面玻璃基材。
在蒸發(fā)工藝中，改變形貌-敏感的工藝參數(shù)“基材溫度”和“蒸發(fā)速率”。在此，選擇在300K和700K之間的10種不同的基材溫度加上在0.1nm/秒和10nm/秒之間的10種不同的蒸發(fā)速率。
對(duì)于得到的樣品，在正向和反向方向中測(cè)定在514nm波長(zhǎng)下的總散射。對(duì)于每個(gè)樣品散射損失小于1％。
將這樣生產(chǎn)的樣品用大約50nm厚度的金層通過陰極濺射涂覆。最后，在密閉容器中，將樣品浸漬在1-n-全氟辛烷硫醇在α，α，α-三氟甲苯中的溶液(1g/l)中在室溫下24小時(shí)進(jìn)行涂覆，然后用α，α，α-三氟甲苯?jīng)_洗，并干燥。
然后，測(cè)定這些表面的接觸角。所述表面之一具有對(duì)于水的統(tǒng)計(jì)接觸角為153°。當(dāng)所述表面傾斜＜10°時(shí)，體積為10μl的水滴滾落。
這一表面的工藝參數(shù)是電子束蒸發(fā)在基材溫度為573K、速率為0.35nm/s、壓力為1×10-4毫巴下進(jìn)行。
按照ISO/DIS 13696，在波長(zhǎng)為514nm下，在反向和正向中測(cè)定的該表面的散射損失為反向散射為0.1％和正向散射為0.18％。
函數(shù)的積分值S(logf)＝a(f)·f (8)在積分區(qū)間log(f1/μm-1)＝-3和log(f2/μm-1)＝3之間計(jì)算，為0.4。
權(quán)利要求
1.具有降低的光散射超疏性表面的基材，其總散射損失≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％和對(duì)于水的接觸角為至少140°、優(yōu)選至少150°。
2.權(quán)利要求1的基材，其特征在于，所述表面的耐磨性按照試驗(yàn)方法ASTM D 1003依據(jù)霧度增加進(jìn)行測(cè)定為從≤10％、優(yōu)選從≤5％，對(duì)于使用Taber Abraser方法按照ISO 3537，在500次循環(huán)，每一摩擦輪500g的重量和使用CS10F摩擦輪下的磨蝕負(fù)載。
3.權(quán)利要求1或者2的基材，其特征在于，所述表面的耐擦傷性，按照試驗(yàn)方法ASTM D 1003依據(jù)霧度增加進(jìn)行測(cè)定為從≤15％、優(yōu)選從≤10％、特別優(yōu)選從≤5％，對(duì)于在沙細(xì)流試驗(yàn)中按照DIN 52348的擦傷負(fù)載。
4.權(quán)利要求1到3任何一項(xiàng)的基材，其特征在于，對(duì)于體積為10μl的水滴，滾降角為≤20°。
5.權(quán)利要求1到4任何一項(xiàng)的基材，其特征在于，所述基材包括塑料、玻璃、陶瓷或者碳，任選地為透明形式。
6.權(quán)利要求5的基材，其特征在于，所述陶瓷材料是金屬或者硼、硅氧烷、鍺的氧化物、氟化物、碳化物、氮化物、硒化物、碲化物或者硫化物或者其混合的化合物或者這些化合物的物理混合物，尤其是-鋯、鈦、鉭、鋁、鉿、硅、銦、錫、釔或者鈰的氧化物，-鑭、鎂、鈣、鋰、釔、鋇、鉛、釹的氟化物或者冰晶石(氟鋁化鈉，Na3AlF6)，-碳化硅或者碳化鎢，-鋅或者鎘的硫化物，-鍺或者硅的硒化物或者碲化物，-或者硼、鈦或者硅的氮化物。
7.權(quán)利要求5的基材，其特征在于，將基于氧化鈣、氧化鈉、二氧化硅和氧化鋁的堿土堿金屬硅酸鹽玻璃或者基于二氧化硅、氧化鋁、堿土金屬氧化物、氧化硼、氧化鈉和氧化鉀的硼硅酸鹽玻璃用作玻璃。
8.權(quán)利要求7的基材，其特征在于，所述基材材料是堿土堿金屬硅酸鹽玻璃和所述基材在表面上用另外的厚度為50nm到5μm的氧化鋯層涂覆。
9.權(quán)利要求5的基材，其特征在于，在與其不同的載體上的用于所述基材的DLC層(似金剛石的碳層)被用作碳，任選地以透明的形式。
10.權(quán)利要求5的基材，其特征在于，熱固性或者熱塑性塑料和/或所述基材表面被用作塑料，任選地以透明的形式。
11.權(quán)利要求10的基材，其特征在于，所述熱固性塑料是鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、環(huán)氧樹脂、脲甲醛樹脂、蜜胺甲醛樹脂、蜜胺-酚醛樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺、硅橡膠、不飽和聚酯樹脂或者任何可能的所述聚合物的混合物。
12.權(quán)利要求10的基材，其特征在于，所述熱塑性塑料是聚烯烴、優(yōu)選聚丙烯或者聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、聚酯、優(yōu)選聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯或者聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈樹脂、含橡膠的苯乙烯接枝共聚物、優(yōu)選丙烯腈-丁二烯苯乙烯聚合物、聚酰胺、聚氨酯、聚苯硫醚、聚氯乙烯或者任何可能的所述聚合物的混合物。
13.權(quán)利要求1到12任何一項(xiàng)的基材，其特征在于，所述基材具有附加涂層，該附加涂層具有疏水性或者疏油性疏化試劑。
14.權(quán)利要求13的基材，其特征在于，所述疏化試劑是陽(yáng)離子、陰離子、兩性或者非離子的表面活性化合物。
15.權(quán)利要求13到14任何一項(xiàng)的基材，其特征在于，另外的基于貴金屬的增粘層、優(yōu)選層厚度為從10到100nm的金層被設(shè)置在所述疏化試劑層和所述基材之間。
16.用于選擇任選地表面涂覆的基材的方法，所述基材具有超疏性和光散射降低的表面，尤其是權(quán)利要求1到15的那些，其特征在于A)至少一個(gè)任選地表面-涂覆的基材的選擇考慮組成、厚度和單層的順序，B)每個(gè)按照A)的基材的表面形貌被改變，和在每種情況下計(jì)算所述基材的總散射損失，和選擇具有總散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的表面形貌的基材，C)按照以下方程，依照超疏性性能要求的形貌條件，檢驗(yàn)按照B)選擇的基材的表面S(logf)＝a(f)·f (9)其中，函數(shù)S(logf)在積分區(qū)間log(f1/μm-1)＝-3和log(f2/μm-1)＝3之間的積分為至少0.3，D)選擇具有滿足C)的條件的表面形貌的基材。
17.用于選擇生產(chǎn)任選地表面-涂覆的基材的超疏性和光散射降低的表面的工藝參數(shù)的方法，其特征在于E.基材的表面用形成表面形貌所需要的工藝參數(shù)的改變來生產(chǎn)，順序地或者并行地，優(yōu)選并行地，F(xiàn).測(cè)定按照E)生產(chǎn)的所有表面的總光散射，G.至少在按照B)光散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的表面上測(cè)定水滴的接觸角，和H.確定在其表面上水滴的接觸角≥140°、優(yōu)選≥150°和光散射≤7％、優(yōu)選≤3％、特別優(yōu)選≤1％的基材，并且選擇其生產(chǎn)工藝參數(shù)。
18.權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述表面是按照權(quán)利要求16選擇的基材的表面。
19.權(quán)利要求17到18的方法，其特征在于，所述表面形貌是通過化學(xué)、熱和/或機(jī)械法產(chǎn)生的。
20.權(quán)利要求17或者18的方法，其特征在于，所述表面形貌通過表面涂層產(chǎn)生。
21.權(quán)利要求20的方法，其特征在于，在表面涂覆之后，進(jìn)行所述基材的后處理工藝，任選地改變?yōu)楦淖兯霰砻嫘蚊菜匦璧墓に噮?shù)。
22.權(quán)利要求20到21任何一項(xiàng)的的方法，其特征在于，在所述基材的表面涂覆以前，進(jìn)行所述基材的預(yù)處理工藝，任選地改變?yōu)楦淖兯霰砻嫘蚊菜匦璧墓に噮?shù)。
23.權(quán)利要求17-22任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，在按照C)測(cè)定接觸角以前，所述表面用疏化試劑涂覆。
24.權(quán)利要求23的方法，其特征在于，在用疏化試劑涂覆以前，所述基材用貴金屬層涂覆，優(yōu)選厚度為10到100nm的金層，和所述疏化試劑層是硫醇、優(yōu)選十二烷基硫醇的單層。
25.權(quán)利要求17到24任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，基材具有用不同的工藝參數(shù)產(chǎn)生的至少兩個(gè)部分表面。
26.權(quán)利要求25的方法，其特征在于，所述基材具有≥10、優(yōu)選≥100、特別優(yōu)選≥104個(gè)用不同的工藝參數(shù)產(chǎn)生的部分表面。
27.權(quán)利要求26的方法，其特征在于，在所述基材上用不同的工藝參數(shù)產(chǎn)生的所述部分表面的尺寸為≤9cm2、優(yōu)選≤4cm2、十分特別優(yōu)選≤0.4cm2。
28.權(quán)利要求25到27的方法，其特征在于，所述部分表面的生產(chǎn)借助于屏蔽進(jìn)行，在所述生產(chǎn)期間在所述基材上的一個(gè)或多個(gè)部分表面被所述屏蔽覆蓋，和在所述生產(chǎn)之后，所述屏蔽被再次除去。
29.權(quán)利要求28的方法，其特征在于，所述屏蔽是抗光蝕劑層。
30.用于生產(chǎn)任選地表面-涂覆的基材的超疏性和光散射降低的表面的方法，其特征在于，用權(quán)利要求17-29任何一項(xiàng)的方法選擇的工藝參數(shù)被用于其生產(chǎn)。
31.具有權(quán)利要求1到15任何一項(xiàng)的基材或者按照權(quán)利要求30生產(chǎn)的表面的材料或者建筑材料。
32.權(quán)利要求1到15任何一項(xiàng)的基材或者權(quán)利要求30的材料或者建筑材料作為透明的屏蔽或者保護(hù)層用于透明的屏蔽、尤其是玻璃或者塑料屏蔽、尤其是用于太陽(yáng)能電池、交通工具、飛機(jī)或者房子的用途。
33.權(quán)利要求1到15任何一項(xiàng)的基材或者權(quán)利要求30的材料和建筑材料作為建筑、交通工具或者飛機(jī)的不透明外部元件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有降低的光散射、超疏性表面的基材，涉及生產(chǎn)所述基材的方法和其用途。所述具有降低的光散射、超疏性表面的基材具有的總散射損失≤7％、優(yōu)選≤3％和特別是≤1％，和對(duì)于水的接觸角為≥140°、優(yōu)選≥150°。
文檔編號(hào)B32B9/00GK1444547SQ01813431
公開日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2001年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月26日
發(fā)明者K·雷斯, A·杜帕雷, G·諾特尼 申請(qǐng)人:森尼克斯表面毫微技術(shù)股份有限公司