КЕРАМИЧЕСКИЕ КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОБЛИЦОВКИ СТЕН, ОБЛАДАЮЩИЕ СВОЙСТВАМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ
CERAMIC COMPOSITE MATERIALS FOR WALL FACING, HAVING ELECTROMAGNETIC SCREENING PROPERTIES

Предмет настоящего изобретения касается способа получения субстратов с покрытием, обладающих свойством отражать электромагнитное излучение, а также субстратов, получаемых вышеупомянутым способом.
В последнее время разработано все больше устройств различного назначения, которые испускают электромагнитное излучение. К таковым относятся, например, современные средства связи, такие как: мобильные телефоны или потоки данных, как то: источники W-LAN. Сейчас нельзя предсказать, какие еще применения появятся в ближайшем будущем. В качестве примера можно назвать системы громкоговорителей, работа которых возможна в беспроводном режиме.
В области медицинской техники, конечно, также широко используют технологии, работающие с электромагнитным излучением. В качестве примера здесь следует упомянуть магнитно-резонансные томографы, без которых современную медицину более невозможно представить. Недостатком таких приборов является то, что они испускают столь сильное магнитное излучение, что оно может повредить, например, пациентам с электростимуляторами сердца, поскольку электростимуляторы сердца более не будут корректно работать.
Считается также, что излучение, испускаемое ретрансляторами мобильной связи, неблагоприятно влияет на здоровье людей, проживающих поблизости от таких ретрансляторов.
На нынешнем техническом уровне известны различные возможности экранировки помещений от проникающего электромагнитного излучения. В качестве примера можно назвать так называемую «клетку Фарадея». Обычно для гарантированной экранировки от помех подлежащее защите помещение облицовывают медной фольгой. Ею необходимо облицевать как стены, так и потолок и пол, поскольку в ином случае нельзя обеспечить надежной экранировки. Для участков со сложной геометрией предлагают также сложные в производстве уплотнения или клейкие ленты или решетки, дающие защиту от электромагнитного излучения.
Во всех способах и используемых материалах нынешнего технического уровня применяемые материалы очень сложны в обработке. Помещение, облицованное медной фольгой, создать очень сложно. Кроме того, такую облицовку медной фольгой также очень тяжело удалять, поскольку, когда необходимо удалить медную фольгу, это требует очень трудоемкой последующей обработки.
При использовании в домашнем хозяйстве, например, чтобы защититься от излучения мачты ретранслятора мобильной связи, медную фольгу применять невозможно. Для таких помещений, используемых частным образом, она очень сложна в обработке. Кроме того, такая экранировка очень дорога, так что только лишь уже по этой причине облицовка с покрытием, экранирующим электромагнитное излучение, как правило, исключается.
Техническая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть недостатки нынешнего технического уровня, а в частности - следует предложить субстрат с покрытием со способностью отражать электромагнитное излучение, а также способ его производства, который обеспечивает надежную экранировку от электромагнитного излучения, позволяет недорого производить субстрат и упрощает облицовку помещений. Кроме того, следует снизить количество веществ, обеспечивающих экранировку от электромагнитного излучения.
Техническую задачу настоящего изобретения решает способ покрытия субстратов, включающий следующие этапы:
a) подготовка субстрата,
b) Нанесение состава по меньшей мере на одну сторону субстрата, состав содержит неорганическое соединение, причем неорганическое соединение включает себя по меньшей мере один металл и/или полуметалл, выбранный из группы, включающей Sc (скандий), Y (иттрий), Ti (титан), Zr (цирконий), Nb (ниобий), V (ванадий), Cr (хром), Mo (молибден), W (вольфрам), Mn (марганец), Fe (железо), Co (кобальт), B (бор), Al (алюминий), In (индий), Tl (таллий), Si (кремний), Ge (германий), Sn (олово), Zn (цинк), Pb (свинец), Sb (сурьму), Bi (висмут) или их смеси, и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей Te (теллур), Se (селен), S (серу), O (кислород), Sb (сурьму), As (мышьяк), P (фосфор), N (азот), C (углерод), Ga (галлий) или их смеси, и электропроводящее соединение, выбранное из группы, включающей металлы, металлические частицы, металлические сплавы, частицы металлических сплавов, электропроводящие соединения, содержащие углерод и смеси таковых,
с) Сушку состава, нанесенного на этапе b),
1
1
3
Нанесение по меньшей мере одного покрытия по меньшей мере на одну сторону субстрата, на которую на этапе b) был нанесен состав, причем покрытие содержит силан с общей формулой (Z)Si(OR), где Z представляет собой R, OR или Gly (Gly=3-глицидилоксипропил), а R представляет собой алкильный остаток с 1-18 атомами углерода, и R могут быть одинаковыми или различными, частицы оксидов, выбранных из группы, включающей оксиды Ti, Si, Zr, Al, Y, Sn, Zn, Ce или смеси таковых, и инициатор, причем целесообразно, чтобы в покрытии содержался 3-аминопропилтриметоксисилан и/или 3-аминопропилтриэтоксисилан и/или N-2-аминоэтил-3-аминопропилтриметоксисилан, и
е) Сушку покрытия, нанесенного на этапе d).
Способ настоящего изобретения не ограничен конкретными субстратами. Поры субстратов могут быть как открыты, так и закрыты. Целесообразно, чтобы субстрат на этапе а) был гибким и/или жестким. В предпочтительной форме исполнения субстрат этапа а) представляет собой трикотажное полотно, ткань, плетеное полотно, пленку, плоскостной материал и/или металлический лист. Также предпочтительно, чтобы субстрат был бумажным.
Целесообразно, чтобы субстрат этапа а) в основном обладал температурной стабильностью при температуре выше 100°С. Еще в одной предпочтительной форме исполнения субстрат этапа а) в основном обладает температурной стабильностью при условиях сушки на этапах с) и/или е). Понятие «температурная стабильность» в этом смысле означает, что структура субстрата не изменяется при сушке нанесенного покрытия.
2
2
3
2
2
2
3
2
3
В предпочтительной форме исполнения неорганическое соединение этапа b) выбирают из группы, включающей TiO, AlO, SiO, ZrO, YO, BC, SiC, FeO, SiN, SiP, алюмосиликаты, фосфаты алюминия, цеолиты, частично замещенные цеолиты или смеси таковых. Предпочтительные цеолиты - это, например, ZSM-5, Na-ZSM-5 или Fe-ZSM-5 или аморфные микропористые смеси окислов, которые могут содержать до 20 процентов негидролизуемых органических соединений, как, например, стекло из оксида ванадия и оксида кремния или стекло из оксида алюминия, оксида кремния и сесквиоксида метил-кремния.
Целесообразно, чтобы размер зерна неорганического соединения на этапе b) составлял от 1 нм до 10000 нм, более предпочтительно - от 5 нм до 5000 нм, весьма предпочтительно - от 10 нм до 2000 нм, еще в одной предпочтительной форме исполнения - от 10 нм до 1000 нм, весьма предпочтительно - от 15 нм до 700 нм, а наиболее предпочтительно - от 20 нм до 500 нм. Может оказаться целесообразным, чтобы композитный материал согласно изобретению содержал по меньшей мере две фракции с различной величиной зерна по меньшей мере одного неорганического соединения. Равным же образом может быть целесообразно, чтобы субстрат согласно изобретению содержал по меньшей мере две фракции с различной величиной зерна по меньшей мере двух неорганических соединений. Соотношение величин зерна может составлять от 1:1 до 1:10000, весьма предпочтительно - от 1:1 до 1:100. Количественное соотношение фракций с различной величиной зерна в составе на этапе b) может предпочтительно составлять от 0,01:1 до 1:0,01. Целесообразно, чтобы состав этапа b) представлял собой суспензию, предпочтительно - водную. Суспензия может предпочтительно содержать жидкость, выбранную из группы, включающей воду, спирт, кислоту или смесь таковых.
Целесообразно, чтобы состав этапа b) представлял собой суспензию, предпочтительно - водную.
Неорганическое соединение этапа b) целесообразно получать гидролизом предшественника неорганического соединения, каковой содержит металл и/или полуметалл. Гидролиз можно, например, осуществлять посредством воды и/или спирта. При гидролизе возможно наличие инициатора, которые предпочтительно представляет собой кислоту или основание, которые предпочтительно являются водными кислотой или основанием.
Предшественник неорганического соединения целесообразно выбирать из группы, включающей нитрат металла, галогенид металла, карбонат металла, алкоголят металла, галогенид полуметалла, алкоголят полуметалла или смеси таковых. Предпочтительные предшественники - это, например, алкоголяты титана, как, например, титан-изопропилат, алкоголяты кремния, как, например, тетраэтоксисилан, алкоголяты циркония. Предпочтительные нитраты металлов - это, например, нитрат циркония. В целесообразной форме исполнения в связи с гидролизуемым предшественником состав содержит по меньшей мере половинную относительно гидролизуемой группы предшественника молярную долю воды, водяного пара или льда.
В предпочтительной форме исполнения состав этапа b) представляет собой золь. В предпочтительной форме исполнения можно использовать представленные в торговле золи, как, например, золь нитрата титана, золь нитрата циркония или силиказоль.
В еще одной предпочтительной форме исполнения электропроводящее вещество выбирают из группы, включающей медь, алюминий, железо, серебро, олово, цинк, углерод, магний, кальций, кобальт, марганец, золото, титан, хром, молибден, вольфрам, кремний или их сплавы.
Целесообразно выбирать форму электропроводящего вещества из группы, включающей порошок, чешуйки, полоски или их смеси. Еще в одной предпочтительной форме исполнения средний размер частиц электропроводящего вещества составляет от 0,05 мкм до 10 мкм. Предпочтительно, чтобы размер частиц находился в пределах от 0,1 мкм до 5 мкм, 0,15 мкм до 2 мкм, 0,2 мкм до 1 мкм, а наиболее предпочтительно - от 0,25 мкм до 0,8 мкм.
-4
-3
-3
Если реализован способ согласно настоящему изобретению, то субстрат с покрытием обладает электропроводностью более 10 См/см. Предпочтительно, чтобы электропроводность субстрата с покрытием составляла более 10 См/см, а наиболее предпочтительно - более 5×10 См/см.
Целесообразно, чтобы в составе на этапе b) содержался инициатор. Предпочтительно, чтобы инициатор представлял собой кислоту или основание, которые предпочтительно являются водными кислотой или основанием. В еще одной предпочтительной форме исполнения состав этапа b) представляет собой золь.
Состав на этапе b) предпочтительно изготавливать, создавая сначала дисперсию неорганического соединения. Затем в ней диспергируют электропроводящее вещество.
Сушку состава на этапе c) целесообразно проводить нагреванием до температуры между 50°С и 1000°С. В предпочтительной форме исполнения сушку проводят в течение времени от 1 минуты до 2 часов при температуре от 50°С до 100°С.
Еще в одной предпочтительной форме исполнения сушку на этапе d) проводят в течение времени от 1 секунды до 10 минут при температуре от 100°С до 800°С.
Сушку на этапе c) можно проводить с помощью нагретого воздуха, горячего воздуха, инфракрасного излучения, СВЧ-излучения или тепла, созданного электрическим путем.
1
3
В предпочтительной форме исполнения R в общей формуле (Z)Si(OR) представляет собой алкильный остаток с 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и/или 18 атомами углерода.
2
2
1
2
2
z
4-z
a
b
n
3
В предпочтительной форме исполнения покрытие на этапе d) содержит второй силан с общей формулой (Z)Si(OR), где R - это алкильный остаток с 1-6 атомами углерода, a Z представляет собой HFC, причем а и b - это целые числа, все R могут быть одинаковы или различны, a+b=1+2n, z=1 или 2, а n составляет от 1 до 16, или - в том случае, когда Z представляет собой Gly, Z представляет собой Am (Am = 3-аминопропил), где z=1. Предпочтительно n равно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и/или 16. В предпочтительной форме исполнения R в общей формуле (Z)Si(OR) - это алкильный остаток с 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и/или 16 атомами углерода.
a
b
n
z
4-z
Еще в одной предпочтительной форме исполнения покрытие на этапе d) содержит в качестве силана 3-глицидилоксипропилтриэтоксисилан и/или 3-глицидилоксипропилтриметоксисилан и/или 3-аминопропилтриметоксисилан и/или 3-аминопропилтриэтоксисилан и/или N-2-аминоэтил-3-аминопропилтриметоксисилан (DAMO) в качестве второго силана. Целесообразно, чтобы покрытие на этапе d) в качестве силана содержало тетраэтоксисилан, а в качестве второго силана - силан с формулой (HFC)Si(OR), причем а и b - это целые числа, a+b=1+2n, z=1 или 2, n составляет от 1 до 16, а и все R могут быть одинаковы или различны, причем предпочтительно, чтобы все R были одинаковы и содержали от 1 до 6 атомов углерода.
Также предпочтительно, чтобы покрытие на этапе d) содержало тетраэтоксисилан, метилтриэтоксисилан, октилтриэтоксисилан и/или гексадецилтриметоксисилан в качестве силана и/или 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-тридекафтороктилтриэтоксисилан в качестве второго силана.
В предпочтительной форме исполнения покрытие на этапе d) в качестве инициатора содержит кислоту или основание, которые предпочтительно являются водными кислотой или основанием.
1+2n
n
Целесообразно, чтобы поверхность частиц оксида, содержащегося в покрытии на этапе d), была гидрофобной. На поверхности частиц оксида в покрытии на этапе d) предпочтительно содержатся органические остатки ХC, связанные с атомами кремния, причем n составляет от 1 до 20, а Х представляет собой водород и/или фтор. Органические остатки могут быть одинаковыми или различными. Целесообразно, чтобы n равнялось 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и/или 20. Группы, связанные с атомами кремния, предпочтительно представляют собой метильные, этильные, пропильные, бутильные и/или пентильные группы. В особо предпочтительной форме исполнения с поверхностью частиц оксида связаны триметилсилильные группы. Целесообразно, чтобы было возможно отщепление органических остатков, а также - чтобы был возможен их гидролиз.
Частицы оксида в покрытии на этапе d) могут быть выбраны из оксидов Ti, Si, Zr, Al, Y, Sn, Zn, Ce или содержать смеси таковых. Целесообразно, чтобы частицы оксида, содержащегося в покрытии на этапе d), подвергались частичному гидролизу на поверхности в условиях реакции на этапе d). При этом предпочтительно образуются реакционные центры, реагирующие с органическими соединениями кремния в покрытии этапа d). Во время сушки на этапе е) возможно образование ковалентных связей между этими органическими соединениями кремния и частицами оксида, например, посредством связей -O-. Таким образом формируется ковалентная сшивка частиц оксида и затвердевшего покрытия. Благодаря этому неожиданно оказывается возможным дополнительно нарастить толщину слоя затвердевшего покрытия.

Средний размер частиц оксида может составлять от 10 до 1000 нм, весьма предпочтительно - от 20 до 500 нм, более предпочтительно - от 30 до 250 нм. Если покрытие должно быть прозрачным и/или бесцветным, то целесообразно использовать только частицы оксида, у которых средний размер составляет от 10 до 250 нм. «Средний размер частиц» касается размера первичных частиц или, если оксиды присутствуют в виде агломератов, размера этих агломератов. Размер частиц определяют методами светорассеяния, например, с помощью прибора типа HORIBA LB 550 (производства фирмы Retsch Technology).
В покрытии на этапе d) предпочтительно наличие полимера. Целесообразно, чтобы средневзвешенный молекулярный вес полимера в покрытии на этапе d) составлял по меньшей мере 3000 г/моль. Предпочтительно, чтобы средневзвешенный молекулярный вес был не меньше 5000 г/моль, более предпочтительно - по меньшей мере 6000 г/моль, а наиболее предпочтительно - по меньшей мере 10000 г/моль.
Целесообразно, чтобы средняя степень полимеризации полимера в покрытии на этапе d) составляла по меньшей мере 50. Еще в одной предпочтительной форме исполнения средняя степень полимеризации не менее 80, более предпочтительно - не менее 95, а наиболее предпочтительно - не менее 150. Целесообразно выбирать полимер в покрытии на этапе d) из группы, включающей полиамид, полиэфир, эпоксидные смолы, меламин-формальдегидный конденсат, уретаново-полиоловую смолу или смеси таковых.
Целесообразно наносить на субстрат на этапе d) столько покрытия, чтобы после сушки на этапе е) на субстрате образовывался слой затвердевшего покрытия толщиной от 0,05 до 10 мкм. Предпочтительно, чтобы на высушенном субстрате присутствовало покрытие этапа d) с толщиной слоя от 0,1 мкм до 9 мкм, более предпочтительно - от 0,2 мкм до 8 мкм, а наиболее предпочтительно - от 0,3 мкм до 7 мкм.
Сушку покрытия на этапе е) можно проводить любым способом, который известен специалисту. В частности, сушку можно проводить в печи. Также предпочтительна сушка в печи с горячим воздухом, в циркуляционной печи, СВЧ-печи или посредством облучения инфракрасным светом. В особенности целесообразно проводить сушку тем же способом и с той же продолжительностью, что и на этапе с). В предпочтительной форме исполнения покрытие сушат на этапе е) посредством нагревания до температуры между 50°С и 1000°С.
Еще в одной предпочтительной форме исполнения перед нанесением покрытия на этапе b) и/или d) можно нанести по меньшей мере еще одно покрытие. Это дополнительное покрытие может представлять собой, например, печать. Такую печать можно наносить любым способом печати, привычным специалисту, в частности офсетной печатью, флексографской печатью, тампопечатью или струйной печатью.
Еще в одной форме исполнения после нанесения покрытия на этапе d) возможно нанесение по меньшей мере еще одного покрытия. На это дополнительное покрытие нет никаких ограничений, оно может представлять собой любое покрытие, известное специалисту. В частности, это покрытие тоже может представлять собой печать. В этом случае печать также можно наносить любым способом печати, привычным специалисту, в частности офсетной печатью, флексографской печатью, тампопечатью или струйной печатью.
Несущие покрытие субстраты настоящего изобретения обладают неожиданно очень высокой гибкостью. Если субстрат гибкий, то его можно сгибать без того, чтобы нанесенные покрытия разрушались или трескались. В частности, покрытия можно наносить на гибкую облицовку, которая повторяет контур подлежащей поверхности без того, чтобы неблагоприятно влиять на покрытие. В качестве покрытия, как уже описано, можно наносить самые разнообразные защитные слои, в особенности слои, защищающие от агрессивных химикатов, или грязеотталкивающие покрытия.
Кроме того, достойно удивления, что субстраты с покрытием согласно настоящему изобретению обладают достаточной способностью отражать/экранировать электромагнитное излучение. Субстраты с покрытием можно использовать как замену металлической фольге, в особенности - медной или алюминиевой фольге для экранировки помещений от электромагнитного излучения. Для специалистов оказалось неожиданным, что субстраты с покрытием обеспечивают качество экранировки, сравнимое с таковым медной или алюминиевой фольги.
-4
-3
-3
Еще одним предметом настоящего изобретения является субстрат с покрытием, который получают вышеупомянутым способом. Целесообразно, чтобы субстрат с покрытие обладал электропроводностью более 10 См/см. Предпочтительно, чтобы электропроводность субстрата с покрытием составляла более 10 См/см, а наиболее предпочтительно - более 5×10 См/см.
Целесообразно, чтобы субстрат с покрытием представлял собой обои для оклейки помещений.