DE10019926A1 - Verfahren zum Modifizieren einer Oberfläche eines kompakten Substrates - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Modifizieren einer Oberfläche eines kompakten Substrates vorgeschlagen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es folgende Schritte umfasst: DOLLAR A - Modifizierung der Oberfläche mit mindestens einer oxidierenden Flamme und DOLLAR A - Modifizierung der Oberfläche mit mindestens einer silikatisierenden Flamme.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modifizie­ ren einer Oberfläche eines kompakten Substrates, insbesondere Glas, Keramik und/oder Porzellan sowie mit dem Verfahren gewonnene Substanzen.

Kompakte Substrate oder Materialien werden im Haus­ halt, im gewerblichen Bereich sowie in Forschung und Entwicklung eingesetzt. Die natürliche Oberflä­ che der kompakten Substrate ist für eine Vielzahl von Anwendungen jedoch aufgrund von heterogenen Strukturierungen oder der Porösität nicht geeignet.

Es ist bekannt, die Oberfläche der kompakten Sub­ strate biologisch, chemisch oder physikalisch zu modifizieren. Die Modifizierung kann beispielsweise mit Ölen, Wachsen und Lacken erfolgen oder durch radioaktive Strahlung, mit Sandstrahlen oder durch Beschichtung mit Biomolekülen. Im industriellen und gewerblichen Bereich kommt vor allem die chemische Modifizierung zum Einsatz. Im Falle der chemischen Modifizierung wird die Oberfläche der amorphen Sub­ stanz mittels Flüssigkeiten, wie beispielsweise starken Säuren und Basen, behandelt.

Maßgebend für die Beschichtung ist die physikoche­ mische Konstitution der Grenzfläche beziehungsweise der Grenzphase, die modifiziert werden soll. Be­ kannte Maßnahmen sind Säurebäder, Wachsumhüllungen, das Beflammen, beziehungsweise die Plasma- oder Co­ rona-Vorbehandlung beispielsweise von unpolaren Kunststoffen. Die Oberfläche kann jedoch auch durch das Aufbringen von haftvermittelnden Schichten wie zum Beispiel Konversionsschichten modifiziert wer­ den.

Die DE-PS 35 11 720 beschreibt ein Verfahren, bei dem Glasscheiben dadurch hydrophiliert werden, dass die Glasscheiben in mehreren Schritten mit einem flüssigen alkalischen Phosphat-Reiniger und einer phosphorsäurehaltigen Lösung behandelt werden.

In der US 5,585,15 wird ein Verfahren offenbart, bei dem eine Druckfarbe zusammen mit einem Silan­ haftvermittler direkt auf eine Glasoberfläche auf­ getragen wird.

Im Falle von Glas, Keramik, Porzellan oder Kristal­ len kann die Oberfläche jedoch so beschaffen sein, dass aufgrund der Oberflächenenergie eine Modifi­ zierung der Oberfläche mittels flüssiger Substanzen nur bedingt oder überhaupt nicht möglich ist. Die Oberflächenenergie und die Polarität der Oberfläche der sind kritische Größen für eine Benetzung mit Flüssigkeiten und den gesamten Verlauf der Oberflä­ chenbehandlung sowie für die anschließende Haftung der aufgebrachten, modifizierenden Schichten.

Die EP 0 594 171 B1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modifizieren der Oberflächen­ aktivität eines Silicatglassubstrates. Durch Auf­ bringen einer siliciumhaltigen Beschichtung wird mittels eines pyrolytischen Prozesses eine Hydrophilierung des Silicatglassubstrates erreicht. Durch diesen Modifizierungsprozess des Silicatgla­ ses sind Folgereaktionen, wie beispielsweise Be­ schichtungen mit Lacken möglich.

Aus der AT-PS 381 693 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Oberfläche eines Silikatglassubstrates hydrophile Eigenschaften verliehen werden, indem auf die Oberfläche des Substrates eine Sulfonato- Organosilanol-Verbindung aufgebracht und anschlie­ ßend getrocknet wird.

Die DD 232 429 B1 und DD 236 758 A1 offenbaren Ver­ fahren, bei denen mit Hilfe von Flammhydrolysebren­ nern metallische Dentalprothesenteile mit Siliciu­ moxid in normaler Luftatmosphäre beschichtet wer­ den.

Mit dem im Stand der Technik offenbarten Verfahren zur Behandlung von Oberflächen kompakter Substrate, insbesondere Glas, Keramik, Porzellan und andere, ist es nicht möglich, homogene Oberflächeneigen­ schaften mit hoher Reproduzierbarkeit zu erzeugen. Das liegt vor allem daran, dass das direkte Auf­ bringen beispielsweise einer Siliciumoxidschicht immer von der Struktur der Oberfläche des zu behan­ delnden kompakten Substrats abhängt. Auf der Ober­ fläche sind natürlicherweise lokale Verdichtungen oder chemische Modifikationen dergestalt vorhanden, dass die Siliciumoxidschicht in bestimmten Berei­ chen besser gebunden wird als in anderen Bereichen, was zu einer inhomogenen Beschichtung führt.

Nachteilig wirkt sich bei dem direkten Aufbringen von Druckfarbe und Silanhaftvermittler aus, dass bei dieser Modifizierung der Oberfläche eine reak­ tive Wechselwirkung mit den natürlichen OH-Gruppen der Oberfläche und dem Silanhaftvermittler statt­ findet. Somit beeinflussen alle unreproduzierbaren Inhomogenitäten der Oberflächen die Verbundeigen­ schaften und bedingen so eine unbefriedigende Haf­ tung der modifizierenden Schichten auf der Oberflä­ che.

Die chemische Behandlung der Oberflächen von Glas, die mit dem Ziel durchgeführt wird, eine einheit­ lich strukturierte, homogene Oberfläche zu erhal­ ten, ist deshalb nachteilig, da solche Verfahren nur nach dem Zerteilen des Glasbandes in einzelne Glasscheiben in einem Tauchverfahren angewandt wer­ den können. Das Tauchverfahren erfordert einen ho­ hen apparativen Aufwand. Die hydrophilierende Be­ schichtung weist außerdem organische Bestandteile auf, die mit den aufzubringenden Schichten in uner­ wünschter Weise wechselwirken. Wenn die behandelte Oberfläche Teil eines Behältnisses oder Teil eines Rohres ist, können daher unerwünschte Interaktionen mit den in den Behältnissen gelagerten Lösungen o­ der durch das Rohr geführten Flüssigkeiten auftre­ ten.

Bei glasartigen, kompakten Substraten treten wei­ terhin Probleme wegen der an der Oberfläche gebun­ denen Feuchtigkeit auf. Die Feuchtigkeit wird in Form von Gelschichten gebunden, die die Hafteigen­ schaften der aufzubringenden Schichten negativ be­ einflussen. Mit dem im Stand der Technik bekannten Verfahren ist es nicht möglich, die Gelschicht ho­ mogen und reproduzierbar zu reduzieren.

Die Qualität der Modifizierung der Oberfläche hängt auch von den aufgebrachten oder erzeugten reaktiven Gruppen ab, da diese die Grundlage für die feste Bindung der nachfolgend aufgebrachten Schichten sind. Die Dichte der in der Silikatschicht befind­ lichen reaktiven OH-Gruppen ist bei den bekannten Verfahren nicht ausreichend, was zu einer vermin­ derten Haftung der folgend aufgebrachten Schichten führt.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht also darin, ein Verfah­ ren bereitzustellen, mit dem die amorphen Oberflä­ chen von kompakten Substraten so behandelt werden, dass reproduzierbare, homogenisierte Oberflächen erzeugt werden, die eine hohe Dichte an reaktiven OH-Gruppen aufweisen und wobei eine mikroretentive Oberfläche durch Verringerung der Gelschicht aufge­ baut wird.

Die Erfindung löst das ihr zugrundeliegende Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Modi­ fizieren einer Oberfläche einer amorphen Substanz, das die folgenden Schritte umfasst:

• - Modifizierung der Oberfläche mit mindestens einer oxidierenden Flamme und
• - Modifizierung der Oberfläche mit mindestens einer silikatisierenden Flamme.

Durch die kombinierte Behandlung der Oberfläche mit mindestens einer oxidierenden und mindestens einer silikalisierenden Flamme wird eine homogene, mikro­ retentive Oberfläche bereitgestellt, die eine hohe Dichte an reaktiven Gruppen aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass die an die amorphe Oberfläche des kompak­ ten Substrates in Form von nicht homogenen Gel­ schichten gebundene Feuchtigkeit reduziert wird.

Überraschenderweise wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Gelschicht reproduzierbar reduziert. Die Gelschicht ist von der jeweiligen amorphen Struktur wie auch von dem Alterungszustand der Gel­ schicht abhängig. Durch die oxidierende Flamme wird in einem ersten Verfahrensschritt die Gelschicht und somit die gebundene Feuchtigkeit reduziert. Die Reduktion der Gelschicht führt zu reproduzierbaren, homogenen Oberflächeneigenschaften.

Auf die so erzeugte Oberfläche wird in einem zwei­ ten Schritt mittels einer silikalisierenden Flamme eine bis zu 60 nm, vorzugsweise 5 bis 50 nm, insbe­ sondere 10 bis 30 nm dicke Siliciumoxidschicht auf­ gebracht, die sich durch einen hohen Gehalt an re­ aktiven OH-Gruppen auszeichnet. Die Homogenität und die guten Haftungseigenschaften der aufgetragenen Siliciumoxidschicht werden durch die Kombination aus dem ersten und zweiten Verfahrensschritt er­ reicht. Vorteilhaft ist es, die Flammenanzahl so zu wählen, dass 1 bis 5 oxidierende und silikatisie­ rende Flammen die Oberfläche modifizieren. Vorzugs­ weise weisen die Flammen eine Temperatur von 900 bis 1200°C auf; die kompakte Substanz wird vor­ teilhafterweise auf 50 bis 100°C erwärmt. Mit Vor­ teil beträgt die Dauer der Beflammung 0,1 s bis 5, bevorzug 0,1 s bis 1 s.

Die reaktiven Gruppen sind die chemische Grundlage für eine feste chemische Anbindung der nachfolgend aufgebrachten oberflächenbehandelnden Schichten, beispielsweise Wachs-, Lack- oder Farbschichten.

Wenn die amorphe Substanz beispielsweise Glas ist, liegt die Flächendichte der OH-Gruppen der Oberflä­ che des erfindungsgemäßen kompakten Substrates um den Faktor 2 bis 5 höher als bei nicht behandelten Oberflächen.

Die im zweiten Behandlungsschritt aufgebrachte Si­ liciumoxid- beziehungsweise Silikatschicht besitzt eine submikroskopische Rauhigkeit. Die Rauhigkeit und die damit verbundene mechanische Verankerungs­ möglichkeit für weitere Schichten führt zu einer deutlich verbesserten Haftung aller folgenden Schichten. Durch den oxidierenden und den silikati­ sierenden Verfahrensschritt wird eine reproduzier­ bare, homogene, mikroretentive Oberfläche erzeugt. Die Kombination der beiden Verfahrensschritte führt überraschend zu einer Reduzierung der Gelschicht und zu einer Erhöhung der Dichte und zu einer homo­ gen Verteilung der reaktiven OH-Gruppen.

Unter einer oxidierenden Flamme im Sinne der Erfin­ dung wird jedes entzündete Gas, Gas-Luftgemisch, Aerosol oder Spray verstanden, das überschüssigen Sauerstoff enthält und/oder oxidierend wirken kann.

Unter einer silikatisierenden Flamme im Sinne der Erfindung wird jedes entzündete Gas, Gas-Luftge­ misch, Aerosol oder Spray verstanden, mit dessen Hilfe durch flammenpyrolytische Zersetzung einer siliciumhaltigen Substanz eine Siliciumoxidschicht auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Es kann ins­ besondere vorgesehen sein, dass die siliciumhaltige Beschichtung im Wesentlichen kohlenstofffrei aufge­ bracht wird und dass bei der Flammenpyrolyse als Silicium-haltige Substanz ein Silicium-Alkoxisilan in eine Mischung von Luft- und Brenngas sowie be­ darfsweise Sauerstoff eingeleitet wird. Das Brenn­ gas umfasst beispielsweise Propan-, Butan-, Leucht­ gas und/oder Erdgas.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Er­ findung wird auf die Oberfläche der amorphen Sub­ stanz mindestens eine Druckfarbe aufgebracht. Vor­ teilhafterweise führen die Rauhigkeit und die guten Hafteigenschaft der Silikatschicht dazu, dass die Druckfarbe sehr gut haftet. Das direkte Bedrucken der Oberfläche der Substanzen führt zu einer Sen­ kung der Energiekosten gegenüber den bisherigen Verfahren der Bedruckung mit keramischen Farben und anschließendem Einbrennen in einem Durchlaufofen. Vorteilhafterweise sind die auf die Silikatschicht aufgebrachten Farben kratz- und abriebbeständig und haben eine hohe Wasser- und Wasserdampfbeständig­ keit. Durch die erzeugte homogene Silikatschicht wird mit Vorteil eine sehr hohe Farbdeckung der aufgebrachten Druckfarben erreicht.

Die Eigenschaften der Druckfarbe wie Buntton, Farb­ stärke, Metamerie, Deckvermögen und Transparenz können vorteilhafterweise durch die erfindungsgemä­ ße Oberfläche nahezu frei gewählt werden.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung ist die Druckfarbe flüssig, pastös, pulverförmig oder liegt als Aerosol oder Spray vor. Die Aerosole können vorteilhafterweise als Staube oder Rauche beziehungsweise als Nebel vorliegen. Vorteilhaft ist es, die Aerosolteilchen elektrisch aufzuladen, um sie so spezifisch an die modifizierte Oberfläche zu binden. Das Aerosol kann mit Vorteil auch mit einem Treibgas als sogenannten Spray auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht werden.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung wird die mindestens eine Druck­ farbe im Siebdruck-, Flachdruck-, Tiefdruck-, Off­ setdruck-, Rollen-Flexodruck- und/oder Hochdruck­ verfahren aufgebracht. Das Aufbringen der mindes­ tens einen Druckfarbe kann vorteilhafterweise mit einer direkten oder indirekten Einfärbung oder durch fotomechanische, elektrostatische Druckver­ fahren erfolgen. Vorteilhaft sind Druckverfahren mit dem Druck von einer Druckform, deren druckende Teile erhaben sind, Druckverfahren mit dem Druck von einer Druckform, deren druckende und nicht dru­ ckende Teile praktisch in einer Ebene liegen, Druckverfahren mit dem Druck von einer Druckform, deren druckende Teile vertieft sind und Druckver­ fahren mit dem Druck durch eine Druckform, die aus einer Schablone aus einem farbdurchlässigen Materi­ al besteht. Mit Vorteil werden die Druckfarben in einem Durchdruckverfahren aufgebracht, bei welchem die druckenden Stellen der Druckform druckfarben­ durchlässig sind. Bei dem Durchdruckverfahren wird die Druckfarbe beispielsweise durch ein siebförmi­ ges Gewebe einer Druckform gepresst und auf das zu bedruckende Material übertragen. Das direkte Druck­ verfahren des Durchdruckverfahrens umfasst im Sinne der Erfindung insbesondere das Siebdruckverfahren und das elektrostatische Durchdruckverfahren.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel wird die Druckfarbe ausgewählt aus der Gruppe umfassend anorganische Pigmente, Metallpigmente, Indifferenzpigmente, organische Pigmente, organisch lösliche Farbstoffe und/oder UV-Farbstoffe. Die Pigmente können vorteilhafterweise synthetisch her­ gestellte oder natürlich vorkommende mineralische, organische, pflanzliche oder tierische Pigmente sein. Die anorganischen Pigmente umfassen unter an­ derem Titanweiß, Eisenoxidpigmente oder Bleichroma­ te und Bleimolybdate. Die Metallpigmente oder die sogenannten Bronzen umfassen beispielsweise Alumi­ nium, Messing-Pulver oder Kupferbronzen und andere. Indifferenzpigmente im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Perlmut-, Perlglanzpigmente und feu­ ergefärbte Bronzen. Für schwarze Druckfarben werden vorteilhafterweise Kohlenstoffpigmente, vorzugswei­ se aus reinem Kohlenstoff verwandt. Die organischen Pigmente zeichnen sich vorteilhafterweise durch ei­ ne hohe Farbstärke, reine Farbtöne, Transparenz, Lasur und geringe Dispergierhärte, Lichtechtheit, Hitzebeständigkeit, Überlackierechtheit und Chemi­ kalienbeständigkeit aus. Die organisch löslichen Farbstoffe sind vorteilhafterweise sehr rein und besitzen eine hohe Farbstärke. Die UV-Farben sind mit Vorteil bei relativ geringem Energieeinsatz sehr schnell unter UV-Licht auszuhärten. Außerdem ist bei der Verwendung von UV-Farben vorteilhafter­ weise eine hohe Druckgeschwindigkeit und Rasterauf­ lösung und damit eine sehr effiziente wirtschaftli­ che Produktion von zu bedruckenden Oberflächen er­ reichbar.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung sind die organischen Pigmente ausgewählt aus der Gruppe umfassend Azopigmente, Isoindulin-Pigmente, Phthalocyanin-Pigmente, poly­ cyclische Spezialpigmente, Salze basischer Farb­ stoffe, Lumineszenzpigmente, Tagesleuchtpigmente und/oder nachleuchtende Pigmente. Die organischen Pigmente besitzen vorteilhafterweise gute Farbecht­ heit, Lichtechtheit, Beständigkeit, Brillanz, hohe Farbstärke, hohe Farbintensität und sind preisgüns­ tig einzusetzen. Mit Vorteil können die Farbpigmen­ te als Schönungsmittel, zur Warenkennzeichnung, zu Werbezwecken oder beispielsweise für Broncier- Effekte eingesetzt werden.

Nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung sind die Druckfarben mit Füll­ stoffen ausgewählt aus der Gruppe umfassend Calci­ umcarbonat, Aluminiumoxidhydrat, Bariumsulfat, Si­ liciumdioxid, Aluminiumsilicat und/oder Magnesium­ silicat versetzt. Füllstoffe im Sinne der Erfindung sind Stoffe, die die Viskosität der Druckfarben er­ höhen, ohne gleichzeitig die Zügigkeit zu steigern. Mit Vorteil verhindern die Füllstoffe das Absetzen der Pigmente bei beispielsweise flüssigen Farben oder das Eindringen der Farben bei porösen Oberflächen sowie das Verblocken und Abliegen in der Rolle oder im Stapel. Im Sinne der Erfindung sind unter Füllstoffen jedoch auch Bindemittel, Lösemittel, Verdünnungsmittel und Additive zu verstehen. Die Bindemittel, wie beispielsweise Harze oder Öle, um­ hüllen vorteilhafterweise die Farbpigmente beim Dispergierprozess zur feinsten Kornverteilung in einer Dispersion oder zum Lösen der Farbstoffe. Mit Vorteil beeinflussen die Bindemittel den Transport der Pigmente beispielsweise in der Druckmaschine oder bei der Farbübertragung sowie die Verankerung der Pigmente auf der Oberfläche nach dem Trocknen. Die Lösemittel, zu denen beispielsweise Kohlenwas­ serstoffe, Mineralöle, Alkohole, Glycole, Glycol­ ether, Ester, Ketone, Wasser, Aceton, Benzin, Buta­ non, Cyclohexanon, Toluol, Xylol, Benzol, Ethanol und/oder pflanzliche Öle gehören, stellen vorteil­ hafterweise eine definierte Druckfarbenviskosität ein. Mit Vorteil bestimmen die Lösemittel durch die Verdunstungsgeschwindigkeit die Trocknung, vor al­ lem bei Tief-, Flexo-, Sieb- und Tampondruckfarben und Offsetfarben. Vorteilhafterweise können den Lö­ semitteln sogenannte Nichtlöser zur Trocknungsregu­ lierung und als Schleppmittel zur Reduzierung von Restlösemitteln im Druckfilm zugegeben werden. Ad­ ditive im Sinne der Erfindung sind alle Substanzen, die zugesetzt werden, um gezielte Druckfarbeneigen­ schaften zu bewirken. Vorteilhafterweise können beispielsweise Wachse zur Erhöhung der Gleitfähig­ keit, der Scheuerfestigkeit und der Wasserfestig­ keit eingesetzt werden. Die Abriebfestigkeit, die Blockfestigkeit und die Erhöhung der Oberflächen­ glätte wird mit Vorteil mittels Fettsäureamiden verbessert. Zu den Additiven im Sinne der Erfindung gehören beispielsweise auch Weichmacher, Trocken­ stoffe, Trocknungsverzögerer, Netzmittel, Neutrali­ sationsmittel, Vernetzer, Fotoinitatoren, Anti­ schaummittel und Komplexbildner.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung ist die amorphe Substanz ein Glas, eine Schmelze, eine Glaskeramik, eine Keramik und/oder ein Kristall oder ein beliebiger Feststoff dessen Oberfläche mit Glas, einer Schmelze, Glaske­ ramik, Keramik und/oder einem Kristall beschichtet ist. Amorphe Substanzen im Sinne der Erfindung sind Substanzen, bei denen im molekularen Aufbau eine Nahordnung, aber keine Fernordnung erhalten ist. Daher ähneln sie im Aufbau den Flüssigkeiten und können somit als Flüssigkeit mit extrem hoher Vis­ kosität oder unterkühlte Flüssigkeiten aufgefasst werden. Zu den amorphen Substanzen gehören bei­ spielsweise amorphe Metalle, amorphes Silicium, Glas, Schmelzen, Glaskeramik und andere. Glas im Sinne der Erfindung umfasst jedes anorganische, vorzugsweise oxidisches Schmelzprodukt, das durch einen Einfriervorgang in einen festen Zustand über­ führt wird. Im Sinne der Erfindung ist Glas jedoch auch organisches Glas, wie beispielsweise Acrylglas oder Zellglas und ähnliches; das heißt, das Aus­ bleiben der Auskristallisation der Schmelzphasen­ komponenten ist kein notwendiges Charakteristikum für Gläser im Sinne der Erfindung. Glaskeramik im Sinne der Erfindung sind polykristalline Festkör­ per, die durch Keramisierung, das heißt vorteil­ hafterweise durch gesteuerte Entglasung, von Glä­ sern hergestellt werden können. Sie entstehen mit Vorteil durch Wärmebehandlung eines geeigneten Glases, in welchem Kristalle erzeugt werden. Vorteil­ hafterweise kann die Kristallisation auch durch Strahlung initiiert werden. Die glaskeramischen Substanzen enthalten vorteilhafterweise ebenso wie keramische Substanzen noch einen Anteil an Glaspha­ se neben den Kristallen. Im Sinne der Erfindung ist unter einer Glaskeramik auch eine polykristalline kieselsäurefreie Substanz aus reinen Oxiden oder Oxidverbindungen zu verstehen, der Sinterhilfsmit­ tel oder Stabilisatoren zugesetzt sind, um vorteil­ hafterweise die Herstellung zu erleichtern oder um definierte Eigenschaften zu erzielen. Die polykri­ stallinen kieselsäurefreien Substanzen werden mit Vorteil nach keramischen Methoden hergestellt.

Die amorphe Substanz kann mit Vorteil auch eine Substanz sein, die aus Tonmineralien, aus Carbiden, Nitriden, Oxiden und Siliciden beispielsweise mit dem Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt ist. Erzeugnisse der aus Tonmineralien hergestell­ ten Substanzen können beispielsweise Keramik, La­ borporzellan, Knochenporzellan, Dauermagnetwerk­ stoffe, Silicasteine und/oder Magnesiasteine wie auch Wandfliesen, Töpfermassen und andere sein.

Vorteilhafterweise kann das Glas, die Schmelze, die Glaskeramik, die Keramik und/oder der Kristall als Beschichtung eines beliebigen Feststoffes oder Werkstoffes ausgebildet sein.

Die Oberfläche eines beliebigen Feststoffes oder Werkstoffes kann vorteilhafterweise auch aus einem glasartig erstarrten Schmelzgemisch mit überwiegend oxidischer Zusammensetzung bestehen, wobei der beliebige Feststoff aus Metall oder Glas ist. Derar­ tige auch als Emaille bezeichnete Schmelzgemische sind vorteilhafterweise chemisch, thermisch und me­ chanisch sehr widerstandsfähig.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel ist der Feststoff die Oberfläche eines PET- Produktes.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das PET-Produkt eine Flasche.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung ist die amorphe Substanz ein Kalkglas, Borosilicat-Glas, Natron-Silicat-Glas, Silicat-Glas und/oder ein Silicat-freies Glas, ins­ besondere ein Phosphat-Glas. Vorteilhafterweise be­ steht die amorphe Substanz aus abgekühlten Schmel­ zen aus Siliciumdioxid, Calciumoxid, Natriumoxid, insbesondere mit Anteilen Bortrioxid, Aluminium­ oxid, Bleioxid, Magnesiumoxid, Bariumoxid, Caliumo­ xid und anderen.

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel ist das Glas ein Flachglas, ein Behälterglas, ein Hohlglas, ein Wirtschaftsglas, ein Glühlampen­ glas, ein Fernsehkolbenglas, ein Laborgeräteglas, ein Bleikristallglas, ein Faserglas, ein Schmuck­ glas, ein Mattglas, ein Milchglas, ein Farbglas, ein Dekorationsglas und/oder ein optisches Glas.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Er­ findung ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Brenners und einer amorphen Substanz,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der amorphen Substanz mit zwei Brennern,

Fig. 3 eine schematische Ansicht der amorphen Substanz mit drei Brennern und

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Hohlkör­ pers und zwei Brennern.

Fig. 1 zeigt eine Oberflächenmodifizierungseinheit 1, die einen Brenner 3 umfasst und ein kompaktes Substrat 5. Dem Brenner 3 werden über nicht darge­ stellte Zuführleitungen gemäß einem Pfeil 7 Brenn­ gase, Luft und bedarfsweise Silicium-organische Substanzen zugeführt. Das Brenngas umfasst Propan-, Butan-, Leuchtgas und/oder Erdgas. Die Brenngase, die Luft sowie die anderen Substanzen werden über eine Düse 9 in Form eines Verbrennungsgemisches 11 auf eine Oberfläche 13 des kompakten Substrates 5 aufgebracht. In einem ersten Schritt wird in den Brenner 3 gemäß Pfeil 7 ein Brenngas-/Luftgemisch geleitet, das beim Austritt aus der Düse 9 als Verbrennungsgemisch 11 mit einem Anteil an über­ schüssigem Sauerstoff verbrennt. Das Verbrennungs­ gemisch 11 wirkt deshalb oxidierend. Es kann vorge­ sehen sein, dass jeweils einem Brenner 3 eine Düse 9 zugeordnet ist, es ist jedoch auch möglich, dass jeweils einem Brenner 3 beispielsweise mehrere hin­ tereinander angeordnete Düsen zugeordnet sind. Das oxidierende Verbrennungsgemisch 11 oxidiert und de­ sorbiert organische Verunreinigungen sowie anhaf­ tende Feuchtigkeitsschichten auf der Oberfläche 13. Das kompakte Substrat 5 hat einen rotationssymmet­ rischen Querschnitt. Das kompakte Substrat 5 befin­ det sich während des Vorgangs der oxidierenden Be­ flammung in rotierender Bewegung. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Brenner 3 um das kompakte Substrat 5 rotiert. Die Oberfläche 13 wird mit einer Geschwindigkeit von bis zu 70 m/min ro­ tierend unterhalb des Brenners 3 bewegt.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird in den Brenner 3 ein Luftbrenngasgemisch eingeleitet, das Tetramethoxysilan umfasst. Das Tetramethoxysilan wird dem Brenngasluftgemisch in einem Molverhältnis von 10^-2 bis 10^-6 zugesetzt. Das Volumenverhältnis von Brenngas zu Luft beträgt 1-3 bis 1-80. Das Ge­ misch verlässt die Düse 9 als Verbrennungsgemisch 11 in Form einer silikatisierenden Flamme. Während dieses Prozesses der sogenannten Flammenpyrolyse erfolgt eine SiO_X-Beschichtung auf der Oberfläche 13. Mittels mehrerer aufeinander folgender flammen­ pyrolytischer Behandlungen werden mehrere, mindes­ tens jedoch eine Einzelschicht SiO_X auf die Ober­ fläche 13 aufgebracht. Die siliciumhaltige Be­ schichtung weist hierbei, je nach Anzahl der Schichten, eine Stärke von 1 bis 100 nm auf. Durch die langsame Rotationsbewegung von bis zu 70 m/min des kompakten Substrat 5 erfolgt eine nahezu gleichmäßige siliciumhaltige Beschichtung, wodurch die Oberfläche 13 gleichmäßig hydrophiliert wird. Die Silicatschicht zeichnet sich durch einen hohen Gehalt an reaktiven OH-Gruppen aus. Die Dichte der OH-Gruppen ist auf der gesamten Oberfläche 13 nahe­ zu gleich, da durch die oxidierende Behandlung im ersten Verfahrensschritt eine homogenisierte Ober­ fläche 13 für den zweiten Verfahrensschritt bereit­ gestellt wird.

Fig. 2 zeigt eine Oberflächenmodifizierungseinheit 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen so aufgebaut ist wie die Oberflächen­ modifizierungseinheit 1 gemäß Fig. 1. Insoweit wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen und im Nachstehenden nur noch auf die Unterschiede ein­ gegangen. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel ge­ mäss Fig. 1, umfasst die anhand von Fig. 2 erläu­ terten Oberflächenmodifizierungseinheit 1 zwei Brenner 3. Die Brenner 3 sind so angeordnet, dass sie auf einer gemeinsamen gedachten Linie liegen, die durch den Mittelpunkt des kompakten Substrates 5 verläuft. Die Brenner 3 weisen jeweils den glei­ chen Abstand zu der Oberfläche 13 auf. Der Abstand zwischen Düse 9 und Oberfläche 13 beträgt 3 bis 15 cm. Die beiden Brenner 3 können hierbei so mit Brenngasen versorgt werden, dass der eine Brenner oxidierend und der andere ein silikatisierend be­ handelt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass beide Brenner 3 die Oberfläche 13 in einem ersten Schritt mit einer oxidierende Flamme und in einem zweiten Schritt mit einer silikalisierenden Flamme die modifizieren. Die amorphe Substanz bewegt sich mit einer Rotationsgeschwindigkeit von bis zu 70 m/min um die eigene Achse. Während der Rotation wird die Oberfläche 13 flammenpyrolytisch gleichmä­ ßig behandelt.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ei­ ner Oberflächenmodifizierungseinheit 1, die wei­ testgehend gleich wie die Oberflächenmodifizie­ rungseinheit 1 gemäss der Fig. 2 ausgebildet ist. Unterschiedlich ist lediglich, dass statt zwei Brennern 3, drei Brenner 3 radial um das kompakte Substrat 5 angeordnet sind. Die Brenner 3 können so um das kompakte Substrat 5 angeordnet sein, dass der Winkel zwischen der Mittelachsen der Brenner 3 jeweils 120° beträgt; es ist jedoch auch jede ande­ re Anordnung der Brenner 3 möglich.

Fig. 4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Oberflächenmodifizierungseinheit 1, die ähnlich wie die Oberflächenmodifizierungseinheit 1 gemäss auf­ gebaut ist. Das kompakte Substrat 5 ist als Hohl­ körper 15 ausgebildet. Die Düsen 9 sind längs an dem Brenner 3 so angeordnet, dass sie die Oberflä­ che 13 des Hohlkörpers 15 in Längsrichtung nahezu vollständig modifizieren können. Der Hohlkörper 15 und die Brenner 3 befinden sich in einer Relativbe­ wegung, so dass in dem ersten Verfahrensschritt na­ hezu die gesamte Oberfläche 13 von der oxidierenden Flamme behandelt wird, wobei die Gelschicht auf der Oberfläche 13 reduziert wird und Verunreinigungen oxidiert und desorbiert werden. Die so vorbehandel­ te gereinigte und homogenisierte Oberfläche 13 wird in dem zweiten Verfahrensschritt mit einer silika­ lisierenden Flamme behandelt, wodurch eine 10 bis 30 nm dicke SiO₂-Schicht aufgetragen wird.

Claims (12)

1. Verfahren zum Modifizieren einer Oberfläche ei­ nes kompakten Substrates, gekennzeichnet durch fol­ gende Schritte:

• - Modifizierung der Oberfläche mit mindestens einer oxidierenden Flamme und
• - Modifizierung der Oberfläche mit mindestens einer silikatisierenden Flamme.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass auf die Oberfläche des kompakten Substra­ tes mindestens eine Druckfarbe aufgebracht wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfarbe flüssig, pastös und/oder pulverförmig ist und/oder als Aerosol oder Spray vorliegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Druckfarbe im Siebdruck-, Flachdruck-, Offset­ druck-, Tiefdruck-, Rollen-Flexodruck- und/oder Hochdruck-Verfahren aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfarbe ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend anorgani­ sche Pigmente, Mineralpigmente, Metallpigmente, Interferenzpigmente, Kohlenstoffpigmente, organische Pigmente, organische, lösliche Farbstoffe und/oder UV-Farbstoffe.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Pigmente ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Azopigmente, Isoindolin-Pigmente, Phthalocyanin- Pigmente, polycyclische Spezialpigmente, Salze ba­ sischer Farbstoffe, Lumineszenzpigmente, Tages­ leuchtpigmente und/oder nachleuchtende Pigmente.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfarben versetzt sind mit Füllstoffen ausgewählt aus der Gruppe umfassend Calciumcarbonat, Aluminiumoxidhyd­ rat, Bariumsulfat, Siliciumdioxid, Aluminiumsilicat und/oder Magnesiumsilicat.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das kompakte Sub­ strat ein Glas, eine Schmelze, eine Glaskeramik, eine Keramik und/oder ein. Kristall ist und/oder ein beliebiger Feststoff dessen Oberfläche mit Glas, einer Schmelze, Glaskeramik, Keramik und/oder Kris­ tall beschichtet ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das kompakte Sub­ strat die Oberfläche eines PET-Produktes ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das PET-Produkt eine Flasche ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das kompakte Sub­ strat ein Kalk-Natron-Silicat-Glas, Borosilicat- Glas, Silicat-Glas und/oder ein Silicat-freies Glas, insbesondere ein Phosphat-Glas ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas ein Flachglas, ein Behälterglas, ein Hohlglas, ein Wirtschaftsglas, ein Glühlampenglas, ein Fernseh­ kolbenglas, ein Laborgeräteglas, ein Bleikristall­ glas, ein Faserglas, ein Schmuckglas, ein Mattglas, ein Milchglas, ein Farbglas, ein Dekorationsglas und/oder ein optisches Glas ist.