PROCEDE DE PREPARATION D'UNE SOLUTION SOL-GEL ET

UTILISATION DE CETTE SOLUTION POUR CONSTITUER UN

REVETEMENT POUR PROTEGER UN SUBSTRAT A SURFACE

METALLIQUE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un procédé de préparation d'une solution sol-gel stable précurseur d'un matériau de revêtement de protection pour un substrat à surface métallique.

L'invention concerne également une solution sol-gel stable susceptible d'être obtenue par ce procédé.

Cette solution sol-gel trouve notamment son application pour concevoir un revêtement sur un substrat métallique, afin d'améliorer la résistance à la corrosion et à l'oxydation d'une telle surface. Plus précisément, cette solution sol-gel est particulièrement efficace pour concevoir des revêtements sur un substrat à base d'argent, telle que l'on en rencontre dans les miroirs argentés utilisés par exemple dans les collecteurs solaires ou encore dans les réflecteurs de lampe.

éTAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Les substrats métalliques, et en particulier à base d'argent, tels que les miroirs, sont très sensibles à la présence dans l'atmosphère d'impuretés, telles que le sulfure de dihydrogène

(H ₂ S), l'acide chlorhydrique (HCl) ou encore l'ozone (O ₃ ) . Ces impuretés provoquent notamment à long terme le ternissement de ces surfaces et une dégradation de leurs performances optiques dans le temps. Dans l'art antérieur sont décrits de nombreux procédés destinés à protéger des substrats, tels que les miroirs, de ces signes de vieillissement.

Ainsi, les spécialistes des revêtements ont pensé protéger de tels substrats en les revêtant d'une couche en un métal ou alliage métallique moins sensible aux impuretés environnementales que l'argent et altérant le moins possible les propriétés optiques de celui-ci .

Parmi ces techniques de revêtement par métallisation, on peut citer le chromatage consistant à recouvrir le substrat à base d'argent à traiter d'une pellicule de chrome, en plongeant ledit substrat dans des bains aqueux de composés de chrome. Toutefois, cette technique n'est plus très utilisée à l'heure actuelle du fait des restrictions d'utilisation des composés chimiques à base de chrome imposées par les réglementations environnementales .

On peut citer, en variante, des techniques de dépôt de revêtement à base de métaux nobles tels que l'or ou de métaux non nobles tels que l'étain, le rhodium, le cuivre, le zinc ou des mélanges de ceux-ci. Ainsi, le document US 5, 614, 327 décrit le dépôt par galvanoplastie sur un substrat en argent d'un revêtement en alliage à base de cuivre, d'étain et de zinc.

Toutefois, en dépit de l'excellente résistance de ces revêtements métalliques vis-à-vis des impuretés corrosives de l'environnement, ces revêtements génèrent des pertes importantes des propriétés optiques de l'argent, notamment en terme de réflectivité spéculaire, en particulier dans le domaine UV-visible .

Afin de contourner les inconvénients découlant de l'utilisation de revêtements métalliques, certains auteurs ont eu l'idée de revêtir des surfaces à base d'argent à protéger d'un revêtement en matériau organique transparent. Ainsi, le document US 4,645,712 décrit le dépôt d'un revêtement à base d'un polymère acrylique. Un tel dépôt s'est avéré toutefois instable dans le temps, notamment sous flux lumineux intense.

Pour remédier au problème de stabilité dans le temps, il a été envisagé dans l'art antérieur d'utiliser des revêtements en céramique oxyde déposés par des procédés physiques de dépôts sous vide, plus communément désignés par la terminologie PVD (pour « Physical Vapor Déposition ») . C'est le cas notamment du document US 3,687,713 qui décrit le dépôt par PVD d'un revêtement à base d'alumine et de silice. Cependant, le dépôt de revêtement en céramique oxyde par PVD nécessite un équipement lourd et ne peut être mis en œuvre sur des supports de grande dimension et/ou de forme complexe.

C'est la raison pour laquelle les procédés de dépôt par voie «chimie douce» et en particulier les procédés de dépôts par voie sol-gel sont apparus comme une alternative intéressante aux procédés physiques de

dépôt sous-vide. Les procédés de dépôts par voie sol- gel présentent par rapport aux procédés mentionnés ci- dessus un certain nombre d'avantages parmi lesquels on peut mentionner le dépôt d'une solution précurseur du revêtement généralement réalisé à température ambiante et à pression atmosphérique sans recourir à une étape de traitement thermique à des températures élevées, un dépôt envisageable sur les substrats de formes les plus diverses ou de grandes dimensions. Un exemple d'utilisation de la technique sol-gel pour réaliser un revêtement pour substrat argenté est donné dans la demande de brevet EP 0818561, dans laquelle, dans un premier temps, une solution sol- gel est préparée par dissolution dans un solvant alcoolique d'un précurseur moléculaire de silicium et éventuellement d'un précurseur moléculaire d'aluminium, ou de titane. Dans un deuxième temps, la solution sol- gel est déposée sur un substrat à protéger et traitée thermiquement à une température allant de 500 à 700 ⁰ C.

Toutefois, les procédés sol-gel pour déposer des revêtements pour des substrats à base d'argent, mis au point jusqu'à présent, ont révélé de nombreux inconvénients, parmi lesquels l'on peut citer: - l'instabilité dans le temps des solutions sol-gel utilisées pour le dépôt, ce qui est incompatible avec l'utilisation de telles solutions dans un contexte industriel ;

- des températures de traitement des solutions sol-gel en vue de les transformer en céramique beaucoup trop élevées, pouvant altérer la

stabilité dimensionnelle des substrats de dépôt et incompatibles avec des substrats intrinsèquement sensibles à des traitements thermiques à haute température ; - des propriétés des matériaux obtenus après densification desdites solutions insatisfaisantes du point de vue optique, notamment au niveau de la tenue de ces matériaux aux flux lumineux ;

- des propriétés des matériaux obtenus après densification desdites solutions insatisfaisantes du point de vue de la résistance chimique, empêchant un nettoyage répété desdits matériaux par des agents lessivants classiques et une exposition de ces matériaux à un environnement pollué; - des propriétés des matériaux obtenus après densification desdites solutions insatisfaisantes du point de vue mécanique, lesdits revêtements présentant notamment une mauvaise adhésion à la surface argentée sur laquelle ils sont déposés. L'invention a donc pour but de surmonter les inconvénients de l'art antérieur mentionné plus haut et de fournir notamment un procédé de préparation d'une solution sol-gel, dont les conditions opératoires seront choisies de telle sorte à permettre à l'issue du procédé l'obtention d'une solution sol-gel stable dans le temps, de manière à rendre ce procédé applicable au niveau industriel.

L'invention a également pour but une solution sol-gel susceptible d'être obtenue par ce procédé, qui outre ses propriétés de stabilité dans le temps, permet après traitement d'obtenir un matériau de

revêtement, en particulier, pour un substrat à base d'argent, qui présente :

- une bonne adhérence sur ledit substrat;

- une bonne résistance chimique vis-à-vis des polluants environnementaux, tels que les composés soufrés, et des agents de lavage classiquement utilisés pour nettoyer les surfaces;

- des propriétés optiques qui n'amoindrissent pas celles du substrat sous-jacent.

L'invention a enfin pour but un procédé de préparation d'un matériau de revêtement présentant les avantages mentionnés ci-dessus et au matériau obtenu par ce procédé.

EXPOSé DE L'INVENTION

Ainsi, l'invention a trait, selon un premier objet, à un procédé de préparation d'une solution sol-gel stable comprenant successivement les étapes suivantes : a) préparer une solution sol-gel par mise en contact d'un ou plusieurs précurseurs moléculaires de métal et/ou de métalloïde avec un milieu comprenant un solvant organique; b) ajouter à la solution obtenue en a) au moins un composé mercaptoorganosilane ; c) hydrolyser la solution obtenue en b) ; d) ajouter à la solution obtenue en c) un ou plusieurs agents complexants choisis parmi :

- les acides carboxyliques de formule R ¹ - COOH dans laquelle R ¹ représente un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de

carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle ;

- les β-dicétones de formule R ² -COCH ₂ CO-R ³ , dans laquelle R ² et R ³ représentent indépendamment un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, ou un groupe phényle ;

- les hydroxamates de formule R ⁴ -CO-NHOH, dans laquelle R ⁴ représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle.

Le procédé de l'invention permet avantageusement d'obtenir une solution sol-gel stable, c'est-à-dire une solution sol-gel présentant une viscosité stable dans le temps. Grâce à ces conditions opératoires soigneusement choisies, la solution sol-gel obtenue par le procédé de l'invention peut être utilisée comme solution commerciale, destinée à être utilisée ultérieurement en vue d'être transformée en un matériau hybride organique/inorganique. Du fait de sa stabilité à long terme, la solution sol-gel obtenue à l'issue de ce procédé permet d'obtenir, après traitement, des matériaux hybrides organiques/inorganiques présentant des propriétés identiques à partir d'une même solution utilisée à différents stades de vieillissement.

En premier lieu, le procédé de l'invention comprend une étape de préparation d'une solution sol- gel par mise en contact d'un ou plusieurs précurseurs moléculaires de métal et/ou de métalloïde avec un milieu comprenant un solvant organique.

Le métal peut être choisi dans un groupe constitué par les métaux de transition, les métaux lanthanides et les métaux dits post-transitionnels des colonnes IIIA et IVA de la classification périodique des éléments. L'élément métallique de transition peut être choisi parmi Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt) . L'élément lanthanide peut être choisi parmi La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Yb. L'élément métallique post-transitionnel peut être choisi parmi les éléments du groupe IIIA Al, Ga, In et Tl et les éléments du groupe IVA Ge, Sn et Pb.

L'élément métalloïde est choisi avantageusement parmi Si, Se, Te. II peut s'agir également de toutes combinaisons entre métaux de transition, métaux lanthanides, métaux post-transitionnels et métalloïdes.

Les précurseurs moléculaires de métal ou de métalloïde peuvent se présenter sous forme de sels inorganiques de métal ou métalloïde tels que des halogénures (fluorures, chlorures, bromures, iodures) , des nitrates ou des oxalates.

Les précurseurs moléculaires de métal ou de métalloïde peuvent se présenter également sous forme de composés organométalliques de métal ou métalloïde, tels que :

- des alcoxydes répondant à la formule

(RO) _n M, dans laquelle M désigne le métal ou le métalloïde, n représente le nombre de ligands liés à M, ce nombre correspondant également au degré d'oxydation de M et R représente un groupe alkyle, linéaire ou

ramifié, pouvant comporter de 1 à 10 atomes de carbone ou un groupe phényle ;

- des composés organométalliques répondant à la formule suivante : X _y R ⁵ _Z M dans laquelle :

- M représente un métal ou métalloïde ;

- X représente un groupe hydrolysable, tel qu'un groupe halogène, un groupe acétate, un groupe acétonate, un groupe acrylate, un groupe acétoxy, un groupe acryloxy, un groupe alcoolate OR' avec R' représentant un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle ; - R ⁵ représente un ligand issu :

* d'un composé carboxyle de formule R ⁶ -COOH avec R ⁶ représentant un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle ;

* d'un composé β-dicétone R ⁷ -CO-CH ₂ -CO-R ⁸ avec R ⁷ et R ⁸ , identiques ou différents, représentant un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle ;

* d'un composé phosphonate de formules R ⁹ - PO(OH) ₂ , R ¹⁰ -PO (OR ¹¹ ) (OH) ou R ¹² -PO (OR ¹³ ) (OR ¹⁴ ) dans lesquelles R ⁹ , R ¹⁰ , R ¹¹ , R ¹² , R ¹³ et R ¹⁴ identiques ou différents, représentent un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de

préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle ;

* d'un composé hydroxamate de formule R ¹⁵ - CO (NHOH) dans laquelle R ¹⁵ représente un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle ;

* d'un composé organosilane, d'un composé sulfonate, d'un composé borate ou d'un composé de formule HO-R ¹⁶ -OH, dans laquelle R ¹⁶ représente un groupe alkylène, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phénylène ;

- x et y étant des entiers choisis de manière à ce que (x+y) soit égale à la valence de M.

De préférence, les précurseurs de métal ou de métalloïde sont des alcoxydes de métal ou de métalloïde .

En particulier, lorsque le métalloïde est du silicium, le précurseur de silicium peut être un alcoxyde de silicium, tel que le tétraéthylorthosilicate Si (OCH ₂ CH ₃ ) ₄ ou le tétraméthylorthosilicate Si (OCH ₃ ) ₄ .

Les précurseurs moléculaires de métal ou de métalloïde, tels que décrits ci-dessus, sont mis en contact avec un milieu comprenant un solvant organique, de manière à former une solution sol-gel.

De préférence, le solvant organique est choisi parmi :

- les monoalcools aliphatiques ou aromatiques, saturés ou insaturés, de formule R ¹⁷ -0H, dans laquelle R ¹⁷ représente un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone ou un groupe phényle ;

- les diols de formule HO-R ¹⁸ -OH, dans laquelle R ¹⁸ représente un groupe alkylène, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phénylène .

A titre d'exemples de diols, on peut citer l'éthylène glycol, le diéthylène glycol ou encore le triéthylèneglycol .

Dans le cas où le précurseur moléculaire est un précurseur moléculaire de silicium, le solvant préféré utilisé pour dissoudre ce précurseur et former une solution sol-gel, est l'éthanol.

Selon l'invention, une fois que la solution sol-gel est préparée selon l'étape a), l'on y ajoute un composé mercaptoorganosilane répondant avantageusement à la formule suivante :

(HS-R ) _x 'SlR y' X (4-x'-y')

dans laquelle : - - RR ¹¹⁹⁹ rreepprrééssente un groupe hydrocarboné divalent, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes

de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phénylène ;

- R ²⁰ représente un groupe hydrocarboné monovalent, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone

- X ¹ représente un groupe hydrolysable choisi parmi un halogène, un acétonate, un acrylate, un alcoolate de formule OR ²¹ dans laquelle R ²¹ représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 10 atomes de carbone ;

- x' est un entier égal à 1 ou 2 ;

- y' est un entier égal à 0, 1 ou 2 ;

- la somme de x' et y' étant au maximum égal à 3.

De préférence, X ¹ est un groupe OR ²¹ tel que défini ci-dessus.

Le groupe R ¹⁹ peut être, par exemple, un groupe alkylène, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone. Comme exemples de tels groupes, on peut citer le méthylène, l'éthylène, le propylène, le n-butylène,

1' isobutylène, l'hexylène, le 2-éthylhexylène, le n- octylène, le décylène. Le groupe R ¹⁹ peut être également un groupe arylène comprenant de 6 à 20 atomes de carbone, tel que le phénylène ou le naphtylène .

Enfin, le groupe R ¹⁹ peut être un groupe alkarylène tels que le xylylène, le tolylène ; un groupe cycloalkylène comprenant de 4 à 20 atomes de carbone tels que le cyclopentylène, le cyclohexylène,

le cyclobutylène ; un groupe aralkylène tels que le 2- phénylpropylène, le phényléthylène, le benzylène.

De préférence, le groupe R ¹⁹ est un groupe alkylène comprenant de 1 à 10 atomes de carbone.

Le groupe R peut être un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, tels qu'un groupe méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, octyle, 2-éthylhexyle, octadécyle. Le groupe R ²⁰ peut être également un groupe cycloalkyle comprenant de 3 à 20 atomes de carbone, tels que le groupe cyclopentyle, le groupe cyclohexyle. Le groupe R ²⁰ peut être aussi un groupe aryle comprenant de 5 à 20 atomes de carbone, tels que le groupe phényle, naphtyle, p-phénylphényle ; un groupe alkaryle tel qu'un groupe tolyle ou xylènyle ; un groupe aralkyle tel qu'un groupe benzyle, un groupe phényléthyle, naphtylbutyle .

De préférence, R est un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle.

De préférence, l'on utilise selon l'invention des composés mercaptoorganosilanes répondant à la formule suivante :

(HS-R ²² ) Si (OR ²¹ ) ₃ dans laquelle R ²¹ représente un groupe alkyle comprenant de 1 à 10 atomes de carbone et R ²² représente un groupe alkylène comprenant de 1 à 10 atomes de carbone.

Un composé particulier répondant à la définition donnée ci-dessus est le 3-mercaptopropyl- triméthoxysilane HSCH ₂ CH ₂ CH ₂ Si (OCH ₃ ) 3.

Le composé mercaptoorganosilane peut être ajouté, dans la solution sol-gel préparée précédemment, directement sous forme pure ou sous une forme diluée, de préférence dans un solvant organique identique à celui utilisée pour la préparation de la solution sol- gel de l'étape a) .

Le composé mercaptoorganosilane est ajouté avantageusement dans la solution sol-gel préparée précédemment dans une proportion pouvant aller de 1 à 50 % en masse par rapport à la masse totale du (des) précurseur (s) moléculaire (s) de métal et/ou de métalloïde utilisés dans l'étape a), de préférence de 1 à 12%, et plus précisément égal à 5% en masse.

Ce composé mercaptoorganosilane a pour fonction d'assurer, lors du dépôt de la solution sol- gel obtenue à l'issue du procédé, une interaction forte entre la surface de dépôt, de préférence métallique, et la couche issue de la solution. Ce composé contribue notamment à renforcer la résistance à l'abrasion du matériau de revêtement obtenu après densification de la couche déposée.

La solution obtenue à l'issue de l'étape b) est amenée à subir selon l'invention une hydrolyse. Cette hydrolyse est généralement assurée par ajout à la solution d'une quantité contrôlée d'eau, de préférence, désionisée, et éventuellement acidifiée. Cette hydrolyse peut être assurée par ajout à la solution

d'une solution comprenant le solvant utilisé dans l'étape a) et éventuellement l'étape b) et de l'eau, de préférence désionisée et éventuellement acidifiée.

L'homme du métier choisira de manière appropriée les conditions d'hydrolyse (quantité d'eau ajoutée, pH) en fonction de la nature et de la réactivité du ou des précurseurs moléculaires de métal et/ou de métalloïde.

Avantageusement, la quantité contrôlée d'eau à ajouter (que ce soit sous forme d'eau uniquement ou sous forme d'une solution telle que mentionnée ci-dessus) sera déterminée de manière à obtenir un taux d'hydrolyse allant de 0,1 à 15, le taux d'hydrolyse représentant le rapport molaire entre l'eau ajoutée et les précurseurs moléculaires présents dans la solution obtenue en a) .

Cette étape est nécessaire pour assurer l'hydrolyse des précurseurs et du composé mercaptoorganosilane et ainsi former un réseau d' oxy- hydroxyde de silicium et de métal ou de métalloïde.

En particulier, lorsque la solution obtenue comprend un précurseur moléculaire de silicium, tel que le tétraéthylorthosilicate, et un composé mercaptoorganosilane, l'étape d'hydrolyse contrôlée sera réalisée, de préférence, par ajout d'une solution aqueuse acide HCl ou HNO ₃ , à un pH pouvant aller de 1 à 6, et avec un taux d'hydrolyse pouvant aller de 1 à 10.

Après l'hydrolyse, l'on ajoute, selon l'invention, à la solution sol-gel un ou plusieurs agents complexants choisis parmi les acides

carboxyliques, les composés β-dicétones, les composés hydroxamates tels que définis ci-dessus.

Les acides carboxyliques répondent généralement selon l'invention à la formule R ¹ -C00H, dans laquelle R ¹ représente un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle . Des exemples d'acides carboxyliques appropriés sont l'acide acétique, l'acide propionique, l'acide butyrique, l'acide valérique, l'acide iso-valérique, l'acide hexanoique, l'acide heptanoique, l'acide octanoique, l'acide nonanoique, l'acide décanoique, l'acide undécanoique, l'acide laurique, l'acide tridécanoique, l'acide myristique et l'acide lactique. De préférence, l'acide acétique sera choisi.

Les composés β-dicétones répondent généralement selon l'invention à la formule R ² -CO-CH ₂ - CO-R ³ , dans laquelle R ² et R ³ , identiques ou différents, représentent un groupe alkyle comprenant de 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle. Des exemples de composés β-dicétones appropriés sont l' acétylacétone et ses dérivés.

Comme exemples de composés hydroxamate, on peut citer l'acide acétohydroxamique . Le ou les agents complexants sont ajoutés, avantageusement, en une proportion permettant d'obtenir un taux de complexation allant de 1 à 20, ce taux de complexation étant défini comme le rapport molaire entre le ou les agents complexants ajoutés et le ou les précurseurs moléculaires présents dans la solution a) .

L'ajout de ces agents complexants a pour effet de stabiliser la solution sol-gel obtenue après hydrolyse .

La solution obtenue après ajout des agents complexants peut être, de manière facultative, diluée avec un solvant organique identique à celui utilisée dans l'étape a), ce qui peut contribuer encore à renforcer la stabilité de la solution sol-gel obtenue à l'issue du procédé de l'invention. Le taux de dilution peut s'échelonner de 1 à 5 % en masse.

Les solutions sol-gel obtenues à l'issue de cette étape sont limpides et transparentes et restent stables pendant au moins 4 mois, c'est-à-dire que, pendant cet intervalle, le revêtement issu de cette solution traitante présente les mêmes propriétés de protection qu'avec une solution traitante fraîchement synthétisée. Ces solutions sol-gel présentent l'avantage ainsi de pouvoir être utilisées pendant plusieurs mois. Ainsi, l'invention a également pour objet une solution sol-gel susceptible d'être obtenue par le procédé tel que décrit ci-dessus.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, lorsque le précurseur moléculaire est un précurseur de silicium, le procédé de l'invention comprend avantageusement les étapes suivantes :

- préparer une solution sol-gel par mise en contact d'un précurseur moléculaire de silicium, tel que le tétraéthylorthosilicate Si (OCH ₂ CH ₃ ) ₄ avec un solvant alcoolique aliphatique, tel que l'éthanol ;

- ajouter à la solution obtenue ci-dessus un composé mercaptoorganosilane, tel que le 3- mercaptopropyl-triméthoxysilane ;

- hydrolyser la solution obtenue ci-dessus par ajout d'une solution aqueuse acide, en une proportion telle que le taux d'hydrolyse se situe de 1 à 15, par exemple de 1 à 10, de préférence est égal 5 ;

- ajouter à la solution hydrolysée obtenue ci-dessus un agent complexant du type acide carboxylique, tel que l'acide acétique, en une proportion telle que le taux molaire de complexation se situe de 1 à 20, de préférence est égal à 4 ;

- diluer la solution complexée obtenue ci- dessus, par exemple à 4% en masse équivalent SiO ₂ , avec un solvant alcoolique identique à celui utilisée dans la première étape, ce solvant étant de préférence 1' éthanol .

Les solutions sol-gel sont susceptibles, après dépôt sur un substrat, en particulier, métallique, tel qu'un substrat à base d'argent, et traitement de ladite solution déposée, de donner un matériau de revêtement qui présente les propriétés avantageuses suivantes : - une bonne adhérence sur ladite surface ;

- une bonne résistance chimique vis-à-vis des polluants environnementaux, tels que les composés soufrés, et des agents de lavage classiquement utilisés pour nettoyer des surfaces, par exemple de miroir ; - des propriétés optiques qui n'amoindrissent pas celles du substrat sous-jacent.

Ainsi, l'invention a également pour objet un procédé de préparation d'un matériau de revêtement à partir de ladite solution sol-gel préparée selon l'invention, lequel procédé comprend successivement les étapes suivantes :

- déposer sur un substrat au moins une couche d'une solution sol-gel telle que préparée selon le procédé décrit ci-dessus ; - réticuler-densifier la ou lesdites couches déposées.

Ainsi, selon l'invention, la solution est déposée sur un substrat sous forme d'une ou plusieurs couches.

De préférence, le substrat est un substrat métallique, plus particulièrement un substrat à base d' argent .

Cette solution peut être déposée selon diverses techniques de dépôt, parmi lesquelles on peut citer :

- le trempage-retrait (connu sous la terminologie anglaise « dip-coating ») ;

- l'enduction centrifuge (connue sous la terminologie anglaise « spin-coating ») ;

- l'enduction laminaire (connue sous la terminologie anglaise « laminar-flow-coating ou meniscus coating ») ;

- la pulvérisation ou l'épandage (connue sous la terminologie anglaise « spray-coating ») ;

- l'engobage (connu sous la terminologie anglaise « slip coating») ;

- l'enduction au rouleau (connue sous la terminologie « roll to roll process ») ; - l'enduction au pinceau (connue sous la terminologie anglaise « paint coating ») ;

- la sérigraphie (connue sous la terminologie anglaise « screen printing ») ;

- les techniques utilisant un couteau horizontal pour le dépôt (connue sous la terminologie anglaise « tape-coating ») .

De préférence, la ou les couches de solution est (sont) déposée (s) par trempage-retrait ou enduction centrifuge. Après dépôt, la couche de solution sol-gel est amenée à subir, selon l'invention, un traitement de réticulation-densification destiné à transformer ladite couche en un matériau oxyde comprenant notamment des liaisons -M-O-Si- et -Si-O-Si-, M répondant à la même définition que celle donnée ci-dessus.

Selon l'invention, cette étape de réticulation-densification peut être réalisée en particulier par un traitement thermique à température modérée, peu élevée, par exemple, de 100 ⁰ C à 300 ⁰ C, de préférence autour de 200 ⁰ C, sous air ou sous gaz inerte (tel que de l'azote et/ou de l'argon, pendant une durée pouvant aller de 2 à 150 minutes, de préférence de 15 à 60 minutes, par exemple à 200 ⁰ C pendant 30 minutes.

Cette étape de réticulation-densification peut être également réalisée par insolation aux rayons infrarouges. Les rayonnements permettent de chauffer la

couche déposée à une température allant de 120 à 300 ⁰ C, de préférence autour de 200 ⁰ C, sous air et/ou sous gaz inerte. De préférence, le rayonnement infrarouge est maintenu pendant une durée allant de 2 à 150 minutes, de préférence de 12 à 60 minutes, par exemple à 200 ⁰ C pendant 30 minutes. Cette technique, lorsqu'elle est utilisée avec un substrat en argent, tel qu'un miroir, présente l'avantage de ne pas engendrer d'élévation notable de température du substrat du fait des propriétés hautement réfléchissantes de l'argent dans le domaine spectral infrarouge.

Selon une variante de l'invention, l'étape de réticulation-densification peut être réalisée par une insolation aux rayons UV de la couche déposée, par exemple à une longueur d'onde allant de 180 à 350 nm. De manière pratique, l'insolation aux rayons UV s'effectue en soumettant la couche déposée au rayonnement d'une lampe UV, par exemple une lampe à vapeur de mercure ou lampe excimère. Ladite insolation aux UV est généralement réalisée avec une énergie allant de 5 à 10 J/cm ² , de préférence de 5 à 6 J/cm ² , pendant une durée allant de 10 secondes à 10 minutes, de préférence, de 30 secondes à 5 minutes.

Enfin, l'étape de réticulation- densification peut être réalisée par toute autre méthode de réticulation permettant d'effectuer la réticulation voulue à température ambiante ou à température modérée (c'est-à-dire une température inférieure à 300 ⁰ C) . Des techniques de réticulation, tels que l'irradiation par un faisceau laser, par un faisceau

d'électrons ou d'ions ou encore par énergie micro-ondes peuvent être également envisagées.

Notons que, avant dépôt de la solution sol- gel sur le substrat, ce dernier peut être avantageusement soumis à un traitement de surface destiné à améliorer l'adhésion de la couche de solution sol-gel au substrat.

Ce traitement de surface peut consister, par exemple, en un nettoyage de la surface avec une solution aqueuse acide, telle qu'une solution aqueuse comprenant de l'acide orthophosphorique suivie d'un rinçage et d'un séchage de ladite surface.

Une solution de traitement de surface efficace, notamment lorsque le substrat est un substrat à base d'argent est une solution aqueuse d'acide fort, tel qu'une solution d'acide orthophosphorique, à laquelle l'on ajoute du thiourée.

Le matériau de revêtement obtenu selon l'invention constitue avantageusement un matériau de protection pour des substrats métalliques, notamment à base d'argent, telles que les miroirs, permettant notamment une protection de celles-ci vis-à-vis des polluants environnementaux tout en préservant leurs propriétés optiques et présentant d'excellentes propriétés mécaniques, telles qu'une excellente résistance à l'abrasion. Ce matériau de revêtement se présente sous la forme d'un matériau solide présentant des liaisons M-O-Si et Si-O-Si et également des liaisons organiques Si-R-SH (issues du composé mercaptoorganosilane) , ce matériau pouvant être ainsi

qualifié de matériau hybride organique-inorganique. Les groupes Si-R-SH permettent notamment une excellente adhésion aux substrats métalliques.

L'invention a ainsi trait également à un substrat métallique, notamment à base d'argent, revêtu en tout ou partie d'une couche en un matériau de revêtement tel que défini ci-dessus et à un miroir comprenant un tel substrat. Pour ce type d'application, la couche en matériau de revêtement tel que défini ci-dessus présentera avantageusement une épaisseur pouvant aller de 10 à 500 nm, de préférence de 100 à 200 nm, par exemple de 150 nm.

L'invention a enfin pour objet l'utilisation d'un matériau tel que défini ci-dessus pour la protection d'un substrat à base d'argent, en particulier d'un miroir. On précise que, par substrat à base d'argent, on entend généralement selon l'invention, un substrat de nature métallique, minéral ou organique, dont au moins une des faces est revêtue d'une couche d'argent, d'épaisseur pouvant aller de 0,1 μm à quelques centaines de micromètres ou encore un substrat en argent massif.

Les matériaux de revêtement de l'invention utilisés en tant que matériaux protecteurs d'une surface à base d'argent d'un miroir présentent les avantages suivants :

- un effet protecteur exceptionnel en atmosphère oxydante ;

- une bonne tenue au flux lumineux de lampes flashs d' éclairement ; - une tenue mécanique définie par une résistance à l'abrasion « modérée » selon la norme US- MIL-A-A-113-C caractérisée par une absence de dommages de la couche en matériau de revêtement après 50 passages ; - une adhésion définie par une résistance à l'arrachage selon la norme US-MIL-C-0675-C caractérisée par une absence de dommages de la couche en matériau de revêtement après l'arrachage d'un ruban adhésif normalisé ; - une tenue chimique caractérisée par une résistance aux produits d'entretien courants aux acides, bases et aux solvants organiques (tels que l'acétone, l'éthanol).

Des matériaux particulièrement efficaces sont ceux fabriqués à partir d'une solution sol-gel obtenue par le procédé comprenant les étapes successives suivantes :

- préparer une solution sol-gel par mise en contact d'un précurseur moléculaire de silicium, tel que le tétraéthylorthosilicate Si (OCH ₂ CH ₃ ) ₄ avec un solvant alcoolique aliphatique, tel que l'éthanol ;

- ajouter à la solution obtenue ci-dessus un composé mercaptoorganosilane, tel que le 3- mercaptopropyl-triméthoxysilane ; - hydrolyser la solution obtenue ci-dessus par ajout d'une solution aqueuse acide, en une

proportion telle que le taux d'hydrolyse se situe de 1 à 15, de préférence de 3 à 10, de préférence encore est égal 5 ;

- ajouter à la solution hydrolysée obtenue ci-dessus un agent complexant du type acide carboxylique, tel que l'acide acétique, en une proportion telle que le taux de complexation se situe de 1 à 20, de préférence de 3 à 20, de préférence encore est égal à 4 ; - diluer la solution complexée obtenue ci- dessus avec un solvant alcoolique identique à celui utilisée dans la première étape, ce solvant étant de préférence l'éthanol ;

- déposer ladite solution sol-gel sur un substrat ;

- faire subir un traitement de réticulation-densification à ladite solution sol-gel déposée pour donner un matériau à base de SiO ₂ .

L'invention va maintenant être décrite en référence à l'exemple suivant donné à titre illustratif et non limitatif.

BRèVE DESCRIPTION DES DESSINS

- La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un substrat métallique revêtu sur une des faces d'une couche en un matériau de revêtement conforme à l'invention ;

- La figure 2 représente un graphique représentant la valeur de la réflexion spéculaire (R) à 8° en fonction de la longueur d'onde (λ) en nm pour un

substrat en inox revêtu d'une couche en argent, elle- même revêtue d'une couche en matériau de revêtement selon l'invention ;

- La figure 3 représente un graphique représentant la valeur de la réflexion spéculaire moyenne relative (R') entre 400 et 1000 nm en fonction de la durée d'exposition dans un four UV-ozone (t) pour un substrat en inox revêtue d'une couche en argent, elle-même revêtue d'une couche en matériau de revêtement selon l'invention ;

- La figure 4 représente un graphique représentant la valeur de la réflexion spéculaire (R) à 8° en fonction de la longueur d'onde (λ) en nm et après 10 000 tirs de lampes flashes pour un substrat en inox revêtue d'une couche en argent, elle-même revêtue d'une couche en matériau de revêtement selon l'invention.

EXPOSé DéTAILLé DE MODES DE RéALISATION PARTICULIERS

Cet exemple illustre la préparation d'un matériau de revêtement destiné à une surface argentée d'un réflecteur.

La préparation d'un tel matériau comprend :

- la préparation de la solution sol-gel précurseur du matériau et la préparation de surface de l'argenture ; - le dépôt de ladite solution suivi d'un traitement de réticulation-densification .

a) Préparation de la solution sol-gel précurseur du matériau

Dans un tricol, on place de tétraéthylorthosilicate Si (OCH ₂ CH ₃ ) ₄ dans de l'éthanol absolu, la proportion de tétraéthylorthosilicate étant de 51,3% en masse par rapport à la masse totale de la solution résultante. Cette solution est agitée jusqu'à dissolution du tétraéthylorthosilicate. Ensuite, on ajoute à la solution du 3-mercaptopropyl- triméthoxysilane HS- (CH ₂ ) ₃ -Si (OCH ₃ ) ₃ , la proportion de 3-mercaptopropyl-triméthoxysilane étant de 5% en masse par rapport à la masse de tétraéthylorthosilicate. La solution résultante est agitée durant 30 minutes. Lorsque le 3-mercaptopropyl-triméthoxysilane est complètement solubilisé dans la solution, on ajoute une solution comprenant une solution aqueuse d'acide chlorhydrique (pH=l) et de l'éthanol absolu dans les proportions 53,3/46,7, la quantité de la solution agitée étant déterminée de manière à avoir un taux d'hydrolyse de 5, ledit taux d'hydrolyse, correspondant au rapport du nombre de mole d'eau ajouté sur le nombre de mole de tétraorthosilicate . La solution hydrolysée est placée sous agitation magnétique pendant 3 heures, puis à température ambiante sans agitation pendant 21 heures. On ajoute de l'acide acétique, en une quantité permettant d'obtenir un taux de complexation de 4, ledit taux de complexation correspondant au rapport du nombre de mole d'acide acétique ajouté sur le nombre de moles de tétraéthylorthosilicate. Après 3 h d'agitation

magnétique, la solution est diluée avec de l'éthanol absolu à environ 4% en masse d'équivalent SiO ₂ .

b) Dépôt de la solution sol-gel sur un substrat à base d' argent

Le substrat de dépôt est un substrat métallique (référencé 1 sur la figure 1) en inox carré de 5 cm de côté et recouvert d'une couche d'argent d'épaisseur 10 μm fabriqué par galvanoplastie.

Avant dépôt, ce substrat est immergé pendant 2 minutes dans une solution de traitement de surface comprenant :

- une solution aqueuse d' acide orthophosphorique à 84% (H ₃ PO ₄ ) ;

- 3,8 % en masse de thiourée H ₂ NCSNH ₂ ;

- 0,5 % en masse de Triton*100.

Le substrat est ensuite retiré de la solution de traitement de surface, rincée abondamment avec de l'eau désionisée, puis séchée à l'éthanol absolu .

Ensuite, l'on procède au dépôt par trempage-retrait d'une couche de solution sol-gel dont la préparation est explicitée dans le paragraphe a) ci- dessus. Pour ce faire, le substrat est immergé dans la solution. Après une minute de stabilisation, le substrat est retiré de la solution avec une vitesse constante de retrait de 25 cm. min ^"1 environ. Après deux minutes de séchage à température ambiante et pression atmosphérique, une couche homogène sol-gel recouvre la surface en argent du substrat en inox.

La couche de solution sol-gel ainsi obtenue est ensuite densifiée par une insolation aux rayonnements infrarouges sous air permettant de chauffer la couche recouvrant la surface en argent à 200 ⁰ C pendant 30 minutes, à l'issue de laquelle l'on obtient une couche en un matériau de revêtement (référencée 3 sur la figure 1) présentant une épaisseur de 140 nm environ.

Le matériau de revêtement a fait l'objet d'analyses spectrales de manière à déterminer ses propriétés, les résultats de ces analyses étant consignés sur les figures 2 à 4.

Une première analyse, dont les résultats sont regroupés sur la figure 2, a consisté à mesurer les valeurs de réflexion spéculaire en fonction de la longueur d' onde respectivement pour :

- un substrat en inox tel que défini ci- dessus non revêtu d'un matériau de revêtement conforme à l'invention (courbe a sur la figure 2) ;

- un substrat en inox tel que défini ci- dessus revêtu d'un matériau de revêtement conforme à l'invention, dont la préparation est explicitée ci- dessus (courbe b sur la figure 2) . II apparaît sur la figure 2 à la vue des courbes a) et b) une très faible perte de la réflexion spéculaire, ce qui démontre que la couche en matériau de revêtement de l'invention n'altère pas les propriétés de réflexion spéculaire de la surface en argent sous-jacente .

Ces résultats permettent de démontrer que les matériaux de revêtement de l'invention permettent de préserver les propriétés de réflexion spéculaire d'une surface en argent.

Une deuxième analyse, dont les résultats sont regroupés sur la figure 3, a consisté à mesurer, pour différentes longueurs d'onde allant de 400 à 1000 nm les valeurs de réflexion spéculaire à 8 ° en ambiance très corrosive dans un four UV-ozone respectivement pour :

- un substrat en inox tel que défini ci- dessus non revêtu d'un matériau de revêtement conforme à l'invention (courbe a sur la figure 3) ; - un substrat en inox tel que défini ci- dessus revêtu d'un matériau de revêtement conforme à l'invention, dont la préparation est explicitée ci- dessus (courbe b sur la figure 3) .

Il apparaît sur la figure 3, que pour le substrat en inox revêtu d'une couche en matériau de revêtement, la réflexion spéculaire moyenne relative n'est pas modifiée durant les 45 minutes d'exposition, tandis que, pour le substrat non revêtu d'un matériau de revêtement, la réflexion spéculaire moyenne relative diminue très fortement après 5 minutes d'exposition.

Ces résultats permettent de démontrer l'effet protecteur du matériau de revêtement conforme à l'invention dans des conditions de haute corrosivité.

Une troisième analyse, dont les résultats sont regroupés sur la figure 4, a consisté à mesurer,

pour un substrat revêtu d'un matériau de revêtement conforme à l'invention, la réflexion spéculaire R en fonction de la longueur d' onde (λ) avant et après exposition au flux lumineux de lampes flashes (10 000 tirs avec une densité de flux de 25 kW.rrT ² dans le visible) .

On observe que le substrat revêtu d'un matériau de revêtement conforme à l'invention (courbe b sur la figure) conserve un niveau de réflexion élevé après exposition et une très faible perte de réflexion par rapport au substrat non revêtu (courbe a sur la figure 4) .

De plus, d'autres tests destinés à mettre en avant les propriétés de résistance chimique et les propriétés mécaniques des matériaux de revêtement de l'invention ont également été menés.

De ces tests, il ressort que les substrats revêtus d'un matériau de revêtement conforme à l'invention sont inertes aux acides forts, HCl 12M, à l'acide acétique pur, aux bases, NaOH IM, à une solution ammoniacale à 28%, aux savons classiques et aux solvants organiques, tels que les alcools et l'acétone.

Il ressort également que les matériaux de revêtement de l'invention résistent à la gomme de laboratoire et à l'arrachage au ruban adhésif. Ils ne sont également pas endommagés par le test « modéré » de

la norme US-MIL-C-0675-C, c'est-à-dire après 50 passages avec une pression de 1 Ib.