DD293340A5 - METHOD FOR PRODUCING HARDENED, MOISTURIZED HYDROPHOBIC LAYERS - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung festhaftender, feuchtestabiler Hydrophobierungsschichten. Ziel der Erfindung ist eine dauerhafte, wasserabweisende Wirkung und schmutzabweisende Wirkung von mit derartigen Schichten versehenen Oberflaechen. Die Loesung besteht darin, dasz auf die Festkoerperoberflaeche, die mit der Hydrophobierungsschicht versehen werden soll, eine haftvermittelnde SiO2-haltige Schicht aufgebracht wird. Anschlieszend erfolgt die Aufbringung einer bevorzugt silikonhaltigen Hydrophobierungsschicht der Dicke 50 nm. Die SiO2-haltige Schicht kann flammenpyrolytisch, durch einen Sol-Gel-Prozesz aufgebracht werden.{Hydrophobierungsschicht, festhaftend, feuchtestabil; Zwischenschicht; SiO2-haltig; Hydrophobierungsschicht, silikonhaltig}Process for the production of firmly adhering, moisture-stable hydrophobing layers. The aim of the invention is a durable, water-repellent effect and soil-repellent effect of provided with such layers surfaces. The solution consists in applying an adhesion-promoting SiO 2 -containing layer to the solid surface which is to be provided with the hydrophobization layer. Anschlieszend the application of a preferably silicone-containing hydrophobization layer of thickness 50 nm. The SiO 2 -containing layer can be applied by flame-pyrolytic, by a sol-gel process applied {hydrophobing layer, adhesive, moisture-stable; Intermediate layer; SiO2 sustainably; Hydrophobing layer, containing silicone}
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dauerhaften, feuchtestabilen Hydrophobierung von Festkörperoberflächen.The invention relates to a method for producing a durable, moisture-stable hydrophobization of solid surfaces.
Hydrophobierungsschichten, d. h., Oberflächenschichten mit einer wasserabweisenden Wirkung, die sich in großen Randwinkeln von Wassertropfen und damit einem schnellen Ablaufen von Wasser auf der Oberflächenschicht darstellt, finden eine breite technische Anwendung, die häufig auch mit einem schmutzabweisenden Effekt verbunden ist, da im Wasser gelöste Schmutzpartikel gleichzeitig mit dem Wassertropfen schnell ablaufen.Hydrophobing layers, d. h., Surface layers with a water-repellent effect, which is in large contact angles of water droplets and thus a rapid drainage of water on the surface layer, find a wide technical application, which is often associated with a dirt-repellent effect, since the dissolved dirt in the water at the same time drain quickly with the water drop.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Die Hydrophobierung der Oberfläche wird bevorzugt durch Aufbringen unpolarer Wachse oder Polymere, die aus Lösungen oder aus Suspensionen aufgetragen oder aufgesprüht werden (W. Noil: Chemie und Technologie der Silikone; Verlag Chemie, Weinheim 1960), oder zunehmende durch Schichten auf Silikonbasis erreicht. Besonders günstige Eigenschaften auch hinsichtlich der chemischen und mechanischen Stabilität besitzen Schichten aus PTFE (Polytetrafluorethylen), die allerdings kostspielig und aufwendig in der Verarbeitung sind und damit ausgewählten Anwendungsfällen vorbehalten bleiben. Silikone besitzen eine hohe Oxydationsbeständigkeit und gute chemische Stabilität (F.G.A.Stone, W.A.G.Graham: Inorganic Polymers, Academic Press, New York, London 1962). Sie werden als Silikonöle, meist Methylpolysilikone unterschiedlichen Molekulargewichtes und damit unterschiedlicher Viskosität, gewöhnlich aus Lösungen aufgetragen und gegebenenfalls durch eine thermische Nachbehandlung bei Temperaturen bis zu 3000C nachgehärtet, d. h. nachvernetzt. Ein weiterer Weg zur Oberflächenhydrophobierung mit Silikonen besteht im Einsatz von reaktiven Silikonen, die mit der Oberfläche, auf die sie aufgebracht werden, oder auch untereinander vernetzen. Solcherart hergestellte Schichten sind gewöhnlich nur dünn, d. h. einige nm dick.The hydrophobing of the surface is preferably achieved by applying nonpolar waxes or polymers which are applied or sprayed from solutions or from suspensions (W. Noil: Chemie und Technologie der Silicones, Verlag Chemie, Weinheim 1960), or increased by layers based on silicone. Particularly favorable properties also in terms of chemical and mechanical stability have layers of PTFE (polytetrafluoroethylene), however, which are expensive and expensive to process and thus remain reserved for selected applications. Silicones have high oxidation resistance and good chemical stability (FGAStone, WAGGraham: Inorganic Polymers, Academic Press, New York, London 1962). They are used as silicone oils, usually methyl polysilicones of different molecular weight and thus different viscosity, usually applied from solutions and optionally post-cured by thermal post-treatment at temperatures up to 300 0 C, ie postcrosslinked. Another way to surface hydrophobicize with silicones is the use of reactive silicones, which crosslink with the surface to which they are applied, or even with each other. Such produced layers are usually only thin, ie a few nm thick.
Bekannt ist auch, daß den Silikonlösungen selbst zusätzlich Haftvermittler zugesetzt werden, um die Haftung auf dem beschichteten Untergrund zu verbessern.It is also known that adhesion promoters are additionally added to the silicone solutions themselves in order to improve the adhesion to the coated substrate.
Besonders aus diesen technischen Lösungsversuchen wird der Nachteil des Standes der Technik deutlich, der in einer unzureichenden Haftung der Silikonschichten auf verschiedenen metallischen, oxidischen und silikatischen Oberflächen besteht. Dieser Nachteil macht sich in besonderem Maße bei einer Belastung der Grenzfläche im feuchten und noch stärker im sauren Milieu bemerkba. und führt zu einem mit der Belastungszeit zunehmenden Funktionsabfall der Hydrophobierungswirkung.The disadvantage of the prior art, which results in insufficient adhesion of the silicone layers to various metallic, oxidic and silicate surfaces, becomes particularly clear from these technical solutions. This disadvantage manifests itself to a particular extent with a load on the interface in the humid environment and even more in the acidic environment. and leads to an increasing with the loading time functional decline of the hydrophobing effect.
Das Ziel der Erfindung besteht in einem Verfahren, das die Haftfestigkeit von Hydrophobierungsschichten, insbesondere die Feuchtebeständigkeit der Haftfestigkeit erhöht. Dadurch soll eine dauerhafte wasserabweisende Wirkung und damit verbunden auch schmutzabweisende Wirkung von mit derartigen Schichten versehenen Oberflächen erreicht werden.The object of the invention is a method which increases the adhesion of hydrophobing layers, in particular the moisture resistance of the adhesive strength. This is intended to achieve a permanent water-repellent effect and, associated therewith, dirt-repellent effect of surfaces provided with such layers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Hinblick auf die Parameter Haftfestigkeit, Feuchtestabilität und Standzeit erheblich verbesserte Hydrophobierung von Festkörperoberflachen zu erreichen. Die Herstellung festhaftender, feuchtestabiler Hydrophobierungsschichten auf Festkörperoberflächen wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Festkörperoberflache, die mit der Hydrophobierungsschicht versehen werden soll, eine haftvermittelnde SiO2-haltige Schicht aufgebracht wird. Erfindungsgemäß bewirkt die Haftverbesserung durch die SiO2 haltige Zwischenschicht indirekt auch eineThe invention has for its object to achieve a significantly improved in terms of parameters adhesive strength, moisture stability and durability hydrophobing of solid surfaces. The production of adherent, moisture-stable hydrophobing layers on solid surfaces is inventively achieved in that an adhesion-promoting SiO 2 -containing layer is applied to the solid surface, which is to be provided with the hydrophobization layer. According to the invention, the adhesion improvement by the SiO 2 -containing intermediate layer indirectly also causes a
mechanischen Ablösung der Hydrophobierungsschicht kommt. Eine solche Wirkung der Haftschicht ist überraschend, da diewasserabweisende Wirkung der Hydrophobierungsschicht mehr in einem Benetzungseffekt der Oberfläche bzw. desoberflächennahen Bereiches gesehen wird. Ursache dafür ist die chemische Struktur der Hydrophobierungsschichten mit ihrenunpolaren Gruppen, wie beispielsweise Methylgruppen.mechanical detachment of the hydrophobization layer comes. Such an effect of the adhesive layer is surprising, since the water-repellent effect of the hydrophobing layer is seen more in a wetting effect of the surface or the near-surface region. This is due to the chemical structure of the hydrophobing layers with their non-polar groups, such as methyl groups.
flammenpyrolytische Zersetzung von Si-Alkoxy-Verbindungen in variabler Dicke erzeugen. Beschrieben werden auchphysikalische Verfahren wie Aufsputtern oder reaktives Aufdampfen sowie die Plasmazersetzung von Si-haltigen Verbindungen in einer O2-haltigen Atmosphäre. Besonders geeignet sind hierfür Glimmentladungen, wie sie von der Plasmapolymerisation her bekannt sind.produce flame pyrolytic decomposition of Si-alkoxy compounds in variable thickness. Also described are physical processes such as sputtering or reactive vapor deposition and the plasma decomposition of Si-containing compounds in an O 2 -containing atmosphere. Especially suitable for this are glow discharges, as are known from plasma polymerization.
beschriebenen Beispiele. Eine Verbesserung insbesondere auf einer Reihe von Metalloxiden und Legierungen erreicht mandurch vorheriges Aufbringen einer dünnen (2-5nm) Cr-Oxid-Schicht. Die haftverbessernde Wirkung von Cr-Oxid-Schichten ansich ist aus anderen Gebieten der Technik bekannt. Die Cr-Oxid-bildende Komponente kann auch in die die SiO2-schichtbildendedescribed examples. An improvement, especially on a range of metal oxides and alloys, is achieved by previously depositing a thin (2-5nm) Cr oxide layer. The adhesion-enhancing effect of Cr oxide layers per se is known from other fields of technology. The Cr oxide-forming component may also be included in the SiO 2 layer-forming
angesäuerten alkoholischen Lösungen zur Anwendung kommen.acidified alcoholic solutions are used.
Das Wesen der Erfindung soll an drei im folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Um den bei Anwendung der Erfindung zu erreichenden technischen Fortschritt deutlich machen zu können, sind für jedes Ausführungsbeispiel die mit bekannten Verfahren der Hydrophobierung erreichbaren Randwinkel und im Gegensatz dazu die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erhaltenden Verhältnisse angegeben.The essence of the invention will be explained in more detail in three embodiments illustrated below. In order to be able to make clear the technical progress to be achieved using the invention, the contact angle achievable with known methods of hydrophobization and, in contrast thereto, the ratios to be obtained by the method according to the invention are indicated for each exemplary embodiment.
1. Hydrophobierung von Dachziegeln1. Hydrophobization of roof tiles
unterworfen. Nach dem fünfstündigen Kochen der Probe in einer sauren wäßrigen Lösung (pH 4-5) verringert sich dersubjected. After boiling the sample in an acidic aqueous solution (pH 4-5) for five hours, the
Silikonlösung: 2,25mllsopropanol 0,37mlDioxan 0,03 ml NM1-200 (Silikonöl) 0,06 ml WON 100 (Netzmittel)Silicone solution: 2,25mllsopropanol 0,37mlDioxane 0,03 ml NM1-200 (silicone oil) 0,06 ml WON 100 (wetting agent)
Eine erfindungsgemäße Behandlung der Dachziegeloberlfäche (Slllcoater-Verfahran 5min + Silikonlösung [25O0C, 15mini) ergibt einen Randwinkel von 98°.An inventive treatment of Dachziegeloberlfäche (Slllcoater-Verfahran 5min + silicone solution [25O 0 C, 15mini) results in a contact angle of 98 °.
Nach einem Kochtest von 5 Stunden in einer sauren Lösung (pH 4-5) verringert sich der Randwinkel für Wasserzwar geringfügig auf 89°, liegt damit aber wesentlich über den Ergebnisse für unbehandelte Proben und weist auf eine gute Stabilität der Hydrophobierungsschicht hin.After a boiling test of 5 hours in an acid solution (pH 4-5), the contact angle for water is slightly reduced to 89 °, but is significantly higher than the results for untreated samples and indicates good stability of the hydrophobing layer.
2. Hydrophobierung einer AI2Oj-Keramlk Vorbehandlung: · Reinigung mit Aceton2. Water-repellent treatment of an Al 2 O 3 ceramic pretreatment: · Cleaning with acetone
• Trocknung bei 12O0C• Drying at 12O 0 C
Nach dieser Vorbehandlung der Oberfläche wird ein HjO-Randwinkel von 39° gemessen. Versieht man die Keramikoberfläche mit einer silikonölhaltigen '.äsung und tempert 10min bei 300"C, erhöht sich der Randwinkel von Wasser auf 90°. Nach einem fünfstündigen Kochen in oiner angesäuerten Lösung (pH 4-5) verringert sich der Randwinkel auf 58°. Eine erfindungsgemäße Konditionierung der AI2O3-Keramikoberfläche mit den VerfahrensschrittenAfter this pretreatment of the surface, a HjO contact angle of 39 ° is measured. If the ceramic surface is treated with a silicone oil-based treatment and tempered for 10 minutes at 300 ° C., the contact angle of water increases to 90 ° C. After a five-hour boiling in an acidified solution (pH 4-5), the contact angle is reduced to 58 °. A conditioning according to the invention of the Al 2 O 3 ceramic surface with the method steps
- Silicoater-Verfahren 5min + Silikonlösung (2500C, 15min)- liefert einen H2O-Randwinkel von 105°. Auch nach einem fünfstündigen Kochen in einer wäßrigen Lösung mit dem pH-Wert 5 liegt der Randwinkel noch bei 70° und damit weit über den der unbehandelten Proben.- Silicoater method 5min + silicone solution (250 0 C, 15min) - provides a H 2 O contact angle of 105 °. Even after boiling in an aqueous solution with a pH of 5 for 5 hours, the contact angle is still at 70 ° and thus far above that of the untreated samples.
3. Hydrophobierung von Fensterglas Vorbehandlung: · Reinigung mit Aceton3. Hydrophobing of window glass Pretreatment: · Cleaning with acetone
• Trocknung bei 1200C• Drying at 120 ° C
Nach dieser Vorbehandlungsprozedur ergab sich für die Fensterglasoberfläche ein Randwinkel für H2O von 36°. Beim Aufbringen einer hydrophobierenden Schicht auf der Basis von Silikonöl vergrößert sich der Randwinkel auf 103,6°. Er verringert sich allerdings um mehr als die Hälfte (53,7°) nach einer Kochdauer von 5 Stunden, was auf eine verminderte Stabilität der Hydrophobierungsschicht hinweist. Die Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Silicoater-Verfahren 5 min + Silikontösung 2500C, 15 min) führt zu einem Randwinkel von 95°. Dieser hohe Wert bleibt nach dem Kochen nicht nur erhalten, sondern erhöht sich noch auf 106,7°, was nur mit einer beträchtlichen Stabilität der Hydrophobierungsschicht zu erklären ist.After this pretreatment procedure, the window glass surface had a contact angle for H 2 O of 36 °. When applying a hydrophobizing layer based on silicone oil, the contact angle increases to 103.6 °. However, it decreases by more than half (53.7 °) after a cooking time of 5 hours, indicating a reduced stability of the hydrophobing layer. The treatment by the process according to the invention (silicoater process 5 min + silicone solution 250 0 C, 15 min) leads to a contact angle of 95 °. This high value is not only retained after cooking, but also increases to 106.7 °, which can only be explained by a considerable stability of the hydrophobing layer.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD33951290A DD293340A5 (en) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | METHOD FOR PRODUCING HARDENED, MOISTURIZED HYDROPHOBIC LAYERS |
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DD293340A5 true DD293340A5 (en) | 1991-08-29 |
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DD (1) | DD293340A5 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10013865A1 (en) * | 2000-03-21 | 2001-10-04 | Siemens Ag | Process for reducing the corrosion of a component of a nuclear facility and component of a nuclear facility |
DE10018525B4 (en) * | 2000-04-15 | 2016-02-11 | Erlus Aktiengesellschaft | The weather of exposed roof tiles with hydrophobic surface and method of applying a protective layer on the tile |
-
1990
- 1990-04-06 DD DD33951290A patent/DD293340A5/en not_active IP Right Cessation
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DE10013865A1 (en) * | 2000-03-21 | 2001-10-04 | Siemens Ag | Process for reducing the corrosion of a component of a nuclear facility and component of a nuclear facility |
DE10018525B4 (en) * | 2000-04-15 | 2016-02-11 | Erlus Aktiengesellschaft | The weather of exposed roof tiles with hydrophobic surface and method of applying a protective layer on the tile |
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