DE10036434A1 - Preparation of a barrier layer useful for packaging of foodstuffs or materials sensitive to moisture and aromatics, comprises reacting a silane mixture with an acidic silica sol - Google Patents
Preparation of a barrier layer useful for packaging of foodstuffs or materials sensitive to moisture and aromatics, comprises reacting a silane mixture with an acidic silica solInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von als Barriereschichten verwendbaren Siloxanschichten sowie mit Barriereschichten versehene Gegenstände.The invention relates to a method for producing as Barrier layers usable siloxane layers as well as with Objects provided with barrier layers.
Barriereschichten können direkt auf empfindlichen Gegenstän den aufgebracht sein, um diese gegen allerlei äußerliche Ein flüsse zu schützen, insbesondere gegenüber einem Einwirken von Feuchtigkeit, Lösungsmitteln, oder sonstigen flüssigen oder gasförmigen, organischen oder anorganischen Substanzen.Barrier layers can be placed directly on sensitive objects who are upset to these against all kinds of external input protect rivers, especially against exposure of moisture, solvents, or other liquid or gaseous, organic or inorganic substances.
Anwendungen finden Barriereschichten beispielsweise in der Mikroelektronik, wobei oxidische oder allgemein anorganische Barriereschichten (zum Beispiel Oxide oder Nitride von Alumi nium oder Silizium) einen Halbleiter oder eine Halbleiter schaltung insbesondere gegen Feuchtigkeit schützen. Die Bar riereschicht kann direkt auf die Halbleiterschaltung aufge bracht sein, eine Teilschicht der Halbleiterschaltung sein oder eine Schicht der Verpackung sein. Bekannt sind auch Bar riereschichten aus organischen Lacken, insbesondere aus Epoxiden.Applications find barrier layers, for example, in the Microelectronics, being oxidic or generally inorganic Barrier layers (for example oxides or nitrides from Alumi nium or silicon) a semiconductor or a semiconductor Protect the circuit especially against moisture. The bar Riereschicht can be applied directly to the semiconductor circuit brought be a sub-layer of the semiconductor circuit or be a layer of packaging. Bars are also known barrier layers made from organic paints, in particular from Epoxides.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit finden Barriereschichten als insbesondere äußere Teilschichten von Materialien, die von sich aus wenig oder gar keinen Schutz gegen die Einwirkung von Dämpfen oder Flüssigkeiten bieten, beziehungsweise die eine sehr hohe Durchlässigkeit für Gase, Dämpfe oder Flüssig keiten aufweisen. Anwendung finden Barriereschichten daher insbesondere auch als Beschichtungen von Verpackungsmateria lien wie Papier, Karton oder Pappe sowie von Textilien, Fa sern oder allgemein Geweben, um einerseits sowohl die be schichteten Materialien gegen die genannten Einwirkungen zu schützen und um andererseits die damit beschichteten Materialien zum Schutz von Gegenständen einzusetzen, insbesondere unter Verwendung der beschichteten Materialien als Verpac kungsmaterial. Insbesondere für letztgenannten Einsatz ist es wünschenswert, möglichst dünne Barriereschichten zu finden, die im übrigen die Eigenschaften der damit beschichteten Ma terialien wenig oder zumindest nicht nachteilig beeinflussen.Barrier layers are another application especially outer sublayers of materials made by little or no protection against exposure of vapors or liquids, or the a very high permeability for gases, vapors or liquids have features. Barrier layers are therefore used especially as coatings for packaging materials lines such as paper, cardboard or cardboard as well as textiles, sern or general tissues, on the one hand both the be coated materials against the effects mentioned protect and on the other hand the materials coated with it to protect objects, in particular using the coated materials as Verpac kung material. It is especially for the latter use desirable to find barrier layers as thin as possible, the rest of the properties of the coated Ma little or at least not adversely affect materials.
Bekannte Barriereschichten bestehen zum Beispiel auf der Ba sis von organisch modifizierten Siloxanen. Solche auch als ORMOCER bekannte organisch-anorganische Hybridpolymere können durch Kondensation von kondensationsfähigen und mit geeigne ten organischen Gruppen substituierten Silanen hergestellt werden. Zur weiteren Modifikation können die Siloxane zusam men mit anderen organischen und cokondensationsfähigen Ver bindungen kondensiert werden, um die Eigenschaften weiter zu beeinflussen. Auch mit einer Reihe von Füllstoffen können Si loxane modifiziert werden. Eine weitere Möglichkeit zur Modi fikation von Siloxanen besteht darin, eine oder mehrere der kondensierten Verbindungen mit polymerisierbaren Gruppen zu substituieren und diese nach den Kondensation zum Siloxan durch Polymerisation zu vernetzen.Known barrier layers exist for example on the Ba sis of organically modified siloxanes. Such as ORMOCER known organic-inorganic hybrid polymers can through condensation of condensable and with suitable ten organic groups substituted silanes become. For further modification, the siloxanes can be put together men with other organic and cocondensation Ver bonds are condensed to further increase the properties influence. Even with a number of fillers, Si loxanes can be modified. Another way to modes Specification of siloxanes consists of one or more of the condensed compounds with polymerizable groups substitute and this after the condensation to the siloxane crosslink by polymerization.
Aus der US 5,618,628 sind als Sauerstoffbarriereschichten einsetzbare Sol-Gelschichten bekannt, die durch Hydrolysie rung von tetrafunktionalen Alkoxy-Silanen in wässriger saurer Lösung unter Anwesenheit eines Säure- oder Metallkatalysators kondensiert werden. Die erhaltenen Sol-Gelpolymere können di rekt auf zu schützende Gegenstände aufgestrichen werden und sind bereits nach dem Trocknen ohne weitere Härtung als Bar riereschichten wirksam.From US 5,618,628 as oxygen barrier layers usable sol-gel layers known by hydrolysis tion of tetrafunctional alkoxy silanes in aqueous acidic Solution in the presence of an acid or metal catalyst be condensed. The sol-gel polymers obtained can di are spread directly onto objects to be protected and are already as a bar after drying without further hardening barrier layers effective.
Aus der EP 0 062 899 B1 ist ein härtbares Überzugsmittel auf der Basis olefinisch ungesättigter Polysiloxane bekannt, wel che insbesondere zur Herstellung von kratzfesten Überzügen auf Kunststoffen geeignet sind. Dazu werden mit olefinisch ungesättigten Gruppen substituierte Alkoxysilane mit gesät tigten Alkoxysilanen und gegebenenfalls epoxidgruppenhaltigen Silanen in wässriger oder wässrig/alkoholischer Lösung in An wesenheit eines Säurekatalysators umgesetzt. Nach dem Auftra gen auf die gewünschten Oberflächen können die Überzüge mit ionisierendere Strahlung, beispielsweise mit Elektronenstrah len oder UV-Licht durch Polymerisation gehärtet werden.EP 0 062 899 B1 discloses a curable coating agent the basis of olefinically unsaturated polysiloxanes known, wel che especially for the production of scratch-resistant coatings are suitable on plastics. To do this, use olefinic unsaturated groups substituted alkoxysilanes with sown saturated alkoxysilanes and optionally containing epoxy groups Silanes in aqueous or aqueous / alcoholic solution in an presence of an acid catalyst implemented. After the order The coatings can be applied to the desired surfaces more ionizing radiation, for example with an electron beam len or UV light can be cured by polymerization.
Für Verpackungen geeignete Verbundmaterialien unter Verwen dung von ORMOCER-Schichten sind beispielsweise aus der DE 196 50 286 A1 bekannt. Solche Verbundsysteme basieren auf einem Trägermaterial, beispielsweise einer Folie und zumin dest zwei Schichten, von denen eine ein anorganisch- organisches Hybridpolymer enthält, welches durch hydrolyti sche Polykondensation eines organofunktionellen Silans und anschließende Vernetzung der organischen Gruppen erhalten wird. Die Barrierefunktion, insbesondere gegen Feuchtigkeit und Gase wird in Zusammenwirkung mit einer weiteren Schicht erreicht, insbesondere einer zum Beispiel aufgedampften Sili ziumoxidschicht.Composite materials suitable for packaging using ORMOCER layers are, for example, from the DE 196 50 286 A1 known. Such composite systems are based on a carrier material, for example a film and at least at least two layers, one of which is an inorganic contains organic hybrid polymer, which by hydrolyti cal polycondensation of an organofunctional silane and subsequent crosslinking of the organic groups obtained becomes. The barrier function, especially against moisture and gases will interact with another layer achieved, especially a vapor-deposited sili ziumoxidschicht.
Diese zweischichtige Barriereschicht zeigt zwar gute Eigen schaften bezüglich einer niedrigen Durchlässigkeit gegenüber Gasen und Wasserdampf, ist jedoch als Doppelschicht mit zwei unterschiedlichen Schichten nur aufwendig herzustellen.This two-layer barrier layer has good properties have low permeability Gases and water vapor, however, is a double layer with two to produce different layers only with great effort.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verein fachtes Verfahren zur Herstellung einer Barriereschicht anzu geben, die gegenüber Flüssigkeiten, Gasen und Wasserdampf ei ne hohe Sperrwirkung aufweist und mit der sowohl dünne foli enartige Materialien als auch kompakte Körper in einfacher Weise versehen werden können.The object of the present invention is therefore to unite fold method for producing a barrier layer give to liquids, gases and water vapor ne has a high barrier effect and with the thin film such materials as well as compact bodies in simpler Way can be provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein mit der erfindungsgemäßen Barriereschicht versehe ner Gegenstand sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen. According to the invention, this object is achieved by a method Claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention and provide one with the barrier layer according to the invention Further subject matter can be found in the subject matter.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine als Barriere schicht geeignete Siloxanschicht erzeugt, die neben dem anor ganischen Siloxangrundgerüst zusätzlich durch Reaktion orga nofunktioneller Gruppen organisch vernetzt wird. In einer er sten Stufe wird zunächst ein Vorkondensat erzeugt, indem ein Alkoxygruppen aufweisendes und organische, an Silizium gebun dene vernetzbare funktionelle Gruppen tragendes Silangemisch mit einem sauren Kieselsol umgesetzt wird. Bei dieser Konden sation, bei der ein Siloxan entsteht, bleiben die organi schen, polymerisierbaren funktionellen Gruppen erhalten.With the method according to the invention one becomes a barrier layer creates a suitable siloxane layer, which in addition to the anor ganic siloxane backbone additionally by reaction orga nofunctional groups is organically networked. In a he Most stage, a precondensate is first generated by a Organic and alkoxy groups, bonded to silicon their crosslinkable silane mixture carrying functional groups is reacted with an acidic silica sol. With these condens tion, in which a siloxane is formed, remains the organi get polymerizable functional groups.
Das Vorkondensat ist ein wässriges Sol, welches bei Raumtem peratur zumindest 3 Monaten unverändert stabil ist. Eine die ses Sol enthaltende Beschichtungslösung wird nun in einer dünnen Schicht auf eine zu beschichtende Oberfläche aufge bracht und anschließend thermisch oder unter Einwirkung von ionisierender Strahlung vernetzt. Dabei wird eine Barriere schicht erhalten, die eine äußerst geringe Durchlässigkeit für Feuchtigkeit, Dämpfe und Gase aufweist. Mit einer 1 bis 10 µm dicken Barriereschicht wird eine Wasserdampfdurchläs sigkeit (nach DIN 53122-3) von weniger als 100 g/m2d (d = Tag) erhalten. Durch geeignete Einstellung der organischen Gruppe kann die Wasserdampfdurchlässigkeit weiter verbessert werden, so daß für Ausführungsbeispiele Durchlässigkeiten bis unter 30 g/m2d erreicht werden. Auch die Sauerstoffdurchläs sigkeit (nach ASTM-D 3985-1) kann auf einen niedrigen Wert von weniger als 100 (cm)3/m2d.bar eingestellt werden. Die be sten Ausführungsbeispiele erreichen Sauerstoffdurchlässigkei ten von weniger als 3 (cm)3/m2d.bar.The pre-condensate is an aqueous sol, which remains stable at room temperature for at least 3 months. A coating solution containing this sol is now applied in a thin layer to a surface to be coated and then crosslinked thermally or under the action of ionizing radiation. A barrier layer is obtained which has an extremely low permeability to moisture, vapors and gases. With a 1 to 10 µm thick barrier layer, a water vapor permeability (according to DIN 53122-3) of less than 100 g / m 2 d (d = day) is obtained. The water vapor permeability can be further improved by suitable adjustment of the organic group, so that permeability of less than 30 g / m 2 d can be achieved for exemplary embodiments. The oxygen permeability (according to ASTM-D 3985-1 ) can also be set to a low value of less than 100 (cm) 3 / m 2 d.bar. The best exemplary embodiments achieve oxygen permeabilities of less than 3 (cm) 3 / m 2 d.bar.
Die Barriereschichten sind beständig gegen Wasser und Lö sungsmittel, insbesondere gegenüber Alkanen, chlorierten Koh lenwasserstoffen, Alkoholen, Ketonen, Estern, aromatischen Lösungsmitteln und gegenüber einigen Säuren und Basen. Außer dem sind sie gegenüber Ölen und Fetten dicht und wirken ge genüber gasförmigen Aromastoffen als Barriere. The barrier layers are resistant to water and solder solvents, especially against alkanes, chlorinated carbon Hydrogen oils, alcohols, ketones, esters, aromatic Solvents and against some acids and bases. except they are impervious to oils and fats and work well against gaseous aromas as a barrier.
Die Siloxanschicht kann als Barriereschicht auf beliebigen Substraten (Oberflächen) aufgebracht werden, insbesondere auf Papier, Karton und Pappe, auf Textilfasern oder -Geweben und auf Kunststoffolien. Die Haftung auf diesen Oberflächen ist sehr gut, so daß auch eine hohe Abriebfestigkeit gegeben ist. Da die Barrierewirkung bereits in geringen Schichtdicken von 1 bis 10 µm erreicht wird, können die übrigen Eigenschaften der beschichteten Materialien weitgehend unverändert bleiben. Dies macht erfindungsgemäß mit einer Barriereschicht versehe ne flächige Materialien insbesondere zur Verwendung als Ver packungsmaterial geeignet. Die Barrierewirkung ist insbeson dere immer dann vorteilhaft, wenn ein zu verpackender Gegen stand gegen äußere Einflüsse (Flüssigkeiten, Gase, Duftstoffe oder Aromen) zu schützen ist, wenn der verpackte Gegenstand beispielsweise ein Lebensmittel ist, bei dem die Verpackung einen Feuchtigkeits- oder Aromaverlust verhindern muß und au ßerdem wenn die Verpackung gegen ein vom Lebensmittel oder anderen zu verpackenden Gegenständen ausgehendes Durchweichen oder Durchfetten geschützt sein muß.The siloxane layer can be used as a barrier layer on any Substrates (surfaces) are applied, in particular on Paper, cardboard and cardboard, on textile fibers or fabrics and on plastic films. The adhesion on these surfaces is very good, so that there is also a high abrasion resistance. Since the barrier effect already in thin layers of 1 to 10 µm is reached, the other properties of the coated materials remain largely unchanged. According to the invention, this provides a barrier layer ne sheet materials in particular for use as Ver packaging material suitable. The barrier effect is in particular This is always advantageous when a counter to be packed stood against external influences (liquids, gases, fragrances or flavors) is to be protected when the packaged item for example, is a food with packaging must prevent loss of moisture or aroma and au also if the packaging is against a food or soak out of other items to be packaged or greasing must be protected.
Das Silangemisch zur Herstellung des Vorkondensats enthält
zumindest ein Silan der Formel 1:
The silane mixture for producing the precondensate contains at least one silane of the formula 1:
Ra 1Rb 2Si(OR)c 1
R a 1 R b 2 Si (OR) c 1
wobei R1 eine über eine Si-C-Bindung an Silizium gebundene Gruppe mit mindestens einer vernetzbaren, organischen funk tionellen Gruppe, ausgewählt aus Kohlenstoff-Kohlenstoff- Doppelbindung, Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung oder Epoxidgruppe. R2 ist eine gegebenenfalls substituierte, ge sättigte aliphatische oder eine aromatische Kohlenwasser stoffgruppe, während R einen Alkylrest darstellt. Die Parame ter a, b und c addieren sich auf den Wert 4, wobei a die Wer te 1 oder 2 annehmen kann, b für 0 oder 1 steht und c 2 oder 3 sein kann. Der Alkylrest R besitzt vorzugsweise bis zu 4 Kohlenstoffatome und ist insbesondere eine Methyl- oder Ethylgruppe. where R 1 is a group bonded to silicon via an Si-C bond with at least one crosslinkable, organic functional group selected from carbon-carbon double bond, carbon-carbon triple bond or epoxy group. R 2 is an optionally substituted, saturated aliphatic or aromatic hydrocarbon group, while R represents an alkyl radical. The parameters a, b and c add up to the value 4, where a can take the values 1 or 2 , b stands for 0 or 1 and c can be 2 or 3. The alkyl radical R preferably has up to 4 carbon atoms and is in particular a methyl or ethyl group.
Das Silangemisch kann auch unterschiedliche der allgemeinen Formel 1 entsprechende Silane enthalten. Durch eine Variation der Silane in den Parametern a, b und c kann die Vernetzungs dichte in der späteren Barriereschicht eingestellt werden.The silane mixture can also be different from the general ones Formula 1 contain corresponding silanes. Through a variation the silanes in parameters a, b and c can crosslink density can be set in the later barrier layer.
Neben dem unabdingbaren, die organische vernetzbare funktio
nelle Gruppe enthaltenden Silan kann in dem Silangemisch zu
sätzlich auch zumindest ein weiteres Silan der allgemeinen
Formel 2 enthalten sein:
In addition to the indispensable silane containing the organic crosslinkable functional group, the silane mixture can additionally also contain at least one further silane of the general formula 2:
Rd 2Re 3Si(OR)f 2
R d 2 R e 3 Si (OR) f 2
wobei R und R2 wie vorstehend definiert sind. Der Rest R3 kann wie R2 definiert sein, ist aber unabhängig von R2 und kann unterschiedlich zu diesem sein. Die Parameter d, e und f addieren sich wieder zu 4, wobei d die Werte 1 oder 2 anneh men kann und e 0 oder 1 ist. Dieses weitere Silan dient dazu, ohne die Vernetzungsdichte des anorganischen Siloxangerüsts zu erniedrigen, eine weitere Gruppe R2 einzuführen, um die polaren beziehungsweise unpolaren Eigenschaften der späteren Barriereschicht zu beeinflussen. Längere Alkylreste, aromati sche Reste oder andere unpolare Gruppen als Rest R2 erniedri gen die Polarität der Barriereschicht.where R and R 2 are as defined above. The radical R 3 can be defined as R 2 , but is independent of R 2 and can be different from this. The parameters d, e and f add up to 4 again, where d can take the values 1 or 2 and e is 0 or 1. This further silane serves, without lowering the crosslinking density of the inorganic siloxane skeleton, to introduce a further group R 2 in order to influence the polar or non-polar properties of the later barrier layer. Longer alkyl radicals, aromatic radicals or other non-polar groups as radical R 2 lower the polarity of the barrier layer.
Die Polymerisation der im Silan 1 enthaltenen organischen funktionellen Gruppe kann unter Anwesenheit eines copolymeri sationsfähigen weiteren Stoffes durchgeführt werden. Ist die funktionelle vernetzbare Gruppe R1 eine olefinisch ungesät tigte Gruppe, so werden zur Copolymerisation bevorzugt eben falls olefinisch ungesättigte aber vorzugsweise di- und mehr funktionelle, also zwei- und mehrfach ungesättigte Verbindun gen, insbesondere (Meth)Acrylate eingesetzt. Ist die funktio nelle vernetzbare Gruppe R1 eine Epoxidgruppe, so können auch Di- und Polyepoxide sowie Di- und Polyole zur Copolymerisati on mit dem Silangemisch bzw. mit dem Vorkondensat eingesetzt werden. The polymerization of the organic functional group contained in silane 1 can be carried out in the presence of a copolymerizable further substance. If the functional crosslinkable group R 1 is an olefinically unsaturated group, copolymerization is preferably carried out using olefinically unsaturated but preferably di- and more functional, that is to say di- and polyunsaturated compounds, in particular (meth) acrylates. If the functional crosslinkable group R 1 is an epoxy group, then di- and polyepoxides as well as di- and polyols can be used for copolymerization with the silane mixture or with the precondensate.
Ein wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Kieselsol. Darunter wird eine stabilisierte Dispersi on von Siliziumoxidteilchen in üblicherweise wässriger oder wässrig/alkoholischer Lösung verstanden, die üblicherweise bis zu 40 Gew.-% Partikel enthalten kann. Erfindungsgemäß ist das Kieselsol sauer, das heißt, sein pH-Wert beträgt 7 oder weniger. Obwohl bereits der natürliche pH-Wert von Kieselsäu re im Sauren liegt, kann das erfindungsgemäße Kieselsol mit Hilfe organischer oder anorganischer Säure (z. B. HCl oder Es sigsäure) auf einen niedrigeren pH-Wert eingestellt sein. Das Kieselsol und dessen pH-Wert ist wesentlich für die Kondensa tionsreaktion des Silangemisches, da das Kieselsol bezie hungsweise die dispergierten Siliziumoxidpartikel Kristalli sationskeime für die Polykondensation des Silans beziehungs weise des Silangemisches darstellen. Der pH-Wert bestimmt da bei die Größe der Poren im Sol, wobei ein niedrigerer pH-Wert zu kleineren Poren führt. Kleinere Poren bedeuten dabei auch eine geringere Permeabilität. Der pH-Wert des Kieselsols ist auch maßgeblich für die Stabilität des Vorkondensats, welches nur im sauren Medium die hohe Stabilität von zumindest 3 Mo naten besitzt. Ein bevorzugter pH-Wert für das Kieselsol liegt im Bereich von 3 bis 6. Derartige Kieselsole sind im Handel erwerblich und werden beispielsweise unter den Marken Levasil, Lefasol, Köstrosol, Bindziel, Aerosil oder Sipernat vertrieben. Doch sind auch andere Kieselsole erfindungsgemäß einsetzbar.An essential part of the method according to the invention is the silica sol. Below that is a stabilized dispersion on of silicon oxide particles in usually aqueous or understood aqueous / alcoholic solution, usually can contain up to 40 wt .-% particles. According to the invention the silica sol is acidic, that is, its pH is 7 or fewer. Although the natural pH value of silica re is acidic, the silica sol according to the invention can be used Using organic or inorganic acid (e.g. HCl or Es acetic acid) to a lower pH. The Silica sol and its pH is essential for the condensate tion reaction of the silane mixture since the silica sol the dispersed silicon oxide particles crystalli sation nuclei for the polycondensation of the silane represent the silane mixture. The pH value determines there at the size of the pores in the sol, with a lower pH leads to smaller pores. Smaller pores also mean a lower permeability. The pH of the silica sol is also decisive for the stability of the precondensate, which only in acidic medium the high stability of at least 3 months naten owns. A preferred pH for the silica sol is in the range from 3 to 6. Such silica sols are in the Trade available and are for example under the brands Levasil, Lefasol, Köstrosol, Bindziel, Aerosil or Sipernat distributed. However, other silica sols are also in accordance with the invention used.
Mit dem erfindungsgemäß verwendeten Kieselsol setzt die Kon
densationsreaktion der Silane beziehungsweise des Silangemi
sches von selbst ein. Möglich ist es jedoch auch, einen Kon
densationskatalysator zuzusetzen, insbesondere eine organi
sche oder anorganische protonenhaltige Säure, eine Lewis-
Säure oder einen Metallchelat-Komplex. Weniger geeignet auf
grund des sauren Kieselsols sind Kondensationskatalysatoren
auf der Basis von Basen, wie beispielsweise Amine, Natronlau
ge und andere. Wahlweise ist es außerdem möglich, dem Siloxangemisch
eine metallorganische Verbindung der allgemeinen
Formel 3 zuzusetzen:
With the silica sol used according to the invention, the condensation reaction of the silanes or the silane mixture starts automatically. However, it is also possible to add a condensation catalyst, in particular an organic or inorganic proton-containing acid, a Lewis acid or a metal chelate complex. Due to the acidic silica sol, condensation catalysts based on bases such as amines, sodium hydroxide and others are less suitable. Alternatively, it is also possible to add an organometallic compound of the general formula 3 to the siloxane mixture:
M(OR)g 3
M (OR) g 3
in welcher R wie bei den Formeln 1 und 2 definiert ist. M steht dabei für Germanium, Silizium, Titan, Zirkonium oder Aluminium. Der Index g ist im Fall von Aluminium gleich 3 und beträgt ansonsten 4. Die Verbindung 3 ist mit dem Siloxange misch cokondensationsfähig und führt zum Einbau des Zentrala toms M in das Siloxangrundgerüst. Damit kann der anorganische Anteil im Sol und damit in der Barriereschicht erhöht werden.in which R is defined as in formulas 1 and 2. M stands for germanium, silicon, titanium, zirconium or aluminum. The index g is 3 in the case of aluminum and is otherwise 4. The compound 3 is capable of co-condensation with the siloxane and leads to the incorporation of the central atom M into the siloxane framework. This allows the inorganic content in the sol and thus in the barrier layer to be increased.
Die Kondensation kann wie bereits erwähnt ohne Katalysator
durchgeführt werden und läuft bereits bei Raumtemperatur ab.
Vorzugsweise wird die Kondensation jedoch durch Temperaturer
höhung unterstützt, wobei ein Erhitzen auf Werte von 20 bis
80°C geeignet ist. Wird die Kondensation bei Raumtemperatur
durchgeführt, so wird eine Kondensation der kondensationsfä
higen Gruppen bereits nach ca. 3 Stunden Rühren erreicht. Die
Kondensation kann ohne weitere Lösungsmittel durchgeführt
werden, ebenso ist das erhaltene Vorkondensat "in Substanz"
lagerstabil. Zur späteren Verarbeitung zur Beschichtungslö
sung beziehungsweise zum Beschichten der mit einer Barriere
schicht zu versehenden Oberfläche kann das Vorkondensat mit
bis zu 20% Lösungsmittel verdünnt werden, wobei Alkohole
(zum Beispiel Iso-Propanol und Ethanol) und Wasser oder Gemi
sche davon bevorzugt sind. Dementsprechend kann eine erfin
dungsgemäß verwendete Beschichtungslösung einschließlich ge
gebenenfalls zusätzlicher Zusätze folgende in Gewichtsprozent
angegebene Zusammensetzung aufweisen:
As already mentioned, the condensation can be carried out without a catalyst and takes place at room temperature. However, the condensation is preferably supported by increasing the temperature, heating to values of 20 to 80 ° C. being suitable. If the condensation is carried out at room temperature, the condensable groups are already condensed after about 3 hours of stirring. The condensation can be carried out without further solvents, and the precondensate obtained is also stable in storage “in bulk”. For later processing for the coating solution or for coating the surface to be provided with a barrier layer, the precondensate can be diluted with up to 20% solvent, alcohols (for example isopropanol and ethanol) and water or mixtures thereof being preferred. Accordingly, a coating solution used in accordance with the invention, including any additional additives, may have the following composition, expressed in percent by weight:
- 1. A 10 bis 60%, vorzugsweise 15 bis 35% Silane der allge meinen Formel 11. A 10 to 60%, preferably 15 to 35% silanes of the general my Formula 1
- 2. B 0 bis 50% Alkoxysilan der allgemeinen Formel 2, wobei bis zu 3 verschiedene Silane der Formel 2 und insbesondere 1 bis 2 unterschiedliche Alkylsilane enthalten sein können2. B 0 to 50% alkoxysilane of the general formula 2, wherein up to 3 different silanes of formula 2 and in particular 1 to 2 different alkylsilanes can be included can
- 3. C 0 bis 20% einer Verbindung der allgemeinen Formel 3, wo bei bis zu 2 verschiedene metallorganische Verbindungen eingesetzt sein können3. C 0 to 20% of a compound of general formula 3, where with up to 2 different organometallic compounds can be used
- 4. D 10 bis 55% Kieselsol, vorzugsweise 20 bis 45%4. D 10 to 55% silica sol, preferably 20 to 45%
- 5. E 0,2 bis 0,8 Mol bis- oder mehrfunktioneller, mit der Epoxidgruppe im Silan 1 copolymerisierbarer Stoff pro Mol eingesetzter Epoxidgruppe, wobei bis zu 2 verschiedene Stoffe dem Vorkondensat zugesetzt sein können (gilt nur für den Fall, daß das Silan 1 eine Epoxidgruppe enthält)5. E 0.2 to 0.8 mol of bifunctional or multifunctional substance which can be copolymerized with the epoxide group in the silane 1 per mol of epoxy group used, it being possible for up to 2 different substances to be added to the precondensate (only applies if the silane 1 contains an epoxy group)
- 6. F bis zu 20% Lösungsmittel, vorzugsweise Alkohol und/oder Wasser6. F up to 20% solvent, preferably alcohol and / or water
Nach Bedarf können der Beschichtungslösung außerdem ein oder mehrere Füllstoffe zur weiteren Modifikation der Eigenschaf ten hinzugefügt werden. Als Füllstoffe sind Polymere und oli gomere Verbindungen geeignet, die reaktiv entweder in das Vorkondensat oder während der Vernetzung in das Siloxan bzw. die Barriereschicht mit eingebunden werden können. Möglich ist es jedoch auch, den Füllstoff nur mechanisch als Partikel in die Siloxanmatrix einzubinden. Auch diese Füllstoffe, die bis zu einem Anteil von zusätzlichen 10 Gew.-% in der Beschich tungslösung enthalten sein können, stören weder Kondensation zum Siloxan-Vorkondensat noch die abschließende Vernetzung.If necessary, the coating solution can also have one or several fillers for further modification of the properties ten can be added. As fillers are polymers and oli gomeric compounds that are reactive either in that Precondensate or during crosslinking into the siloxane or the barrier layer can be integrated. Possible it is, however, only the filler mechanically as particles to be integrated into the siloxane matrix. These fillers, too up to a proportion of an additional 10% by weight in the coating solution may not interfere with condensation the final crosslinking to the siloxane precondensate.
Geeignete Füllstoffe sind Polymere oder Dispersionen, bei spielsweise die unter den folgenden Handelsnamen D. E. R., Pa raloid, Saxofloc, Cerafac, Aquacer, Acrosol, Acronal, Mowi lith, Vinnapas, Contraqua, Glaswachs, Vinnol, oder unter den Bezeichnungen Poly-(Bisphenol A)-Co-Epichlorhydrin, Polysty ren, Polyvinylalkohol, Polyvinylenfluorid, Polyme thyl(meth)acrylat erhältlichen Stoffe.Suitable fillers are polymers or dispersions for example, the under the following trade names D. E. R., Pa raloid, Saxofloc, Cerafac, Aquacer, Acrosol, Acronal, Mowi lith, Vinnapas, Contraqua, Glaswachs, Vinnol, or among the Designations poly (bisphenol A) co-epichlorohydrin, polysty ren, polyvinyl alcohol, polyvinylene fluoride, polyme thyl (meth) acrylate available fabrics.
Zusätzlich zu den genannten Bestandteilen können dem Vorkon densat thermische und/oder photochemische Initiatoren zuge setzt werden, die die thermische oder photochemische Polymerisation unterstützt. Für eine Reihe unterschiedlicher Silan gemische sind zur Vernetzung keine Initiatoren erforderlich. Die Initiatoren werden vorzugsweise in einer Menge von 0 bis 3 Gewichts% (bezogen auf die gesamte Beschichtungslösung) zu gesetzt. Möglich ist es auch, die Vernetzung durch eine Kom bination eines photochemischen mit einem thermischen Schritt durchzuführen.In addition to the components mentioned, the precon densat thermal and / or photochemical initiators added be set, the thermal or photochemical polymerization supported. For a number of different silanes Mixtures do not require initiators for crosslinking. The initiators are preferably used in an amount of 0 to 3% by weight (based on the total coating solution) set. It is also possible to use a comm Combination of a photochemical with a thermal step perform.
Die Vernetzung kann wie gesagt durch ionisierende Strahlung (insbesondere durch UV Bestrahlung) und/oder thermisch durch geführt werden. Die thermische Härtung wird bei 100 bis 160°C, vorzugsweise bei 120 bis 140°C durchgeführt. Bei einer kombinierten Härtung wird die Vernetzung zunächst photoche misch ausgelöst und thermisch nachgehärtet.As mentioned, the crosslinking can be done by ionizing radiation (in particular by UV radiation) and / or thermally be performed. Thermal curing is at 100 to 160 ° C, preferably at 120 to 140 ° C. At a Combined curing is first photoche triggered by mixing and thermally hardened.
Mit der Erfindung können Mono- oder Verbundmaterialien mit Barriereschichten und damit mit Barriereeigenschaften gegen über Flüssigkeiten, Gasen, Aromastoffen und Wasserdampf ver sehen werden. Solche Eigenschaften sind bei Anwendungen in der Verpackungs- und Baubranche zur Versiegelung von Baustof fen vorteilhaft. Die exzellente Sperrwirkung sowie die Be ständigkeit gegenüber Wasser, Lösungsmitteln sowie eine Reihe von Säuren und Basen wird mit einer Barriereschicht erreicht, die in dünner Schicht auf einem Trägermaterial aufgebracht wird. Geeignet sind Monoträgermaterialien, wie Papier, Kar ton, Pappe, Folie sowie Verbundmaterialien, wie verbundene Kartone, Fliese, Filz und Textilien. Die Barriereschicht kann eine oberflächliche Schicht sein, kann jedoch auch Teil eines Verbundmaterials sein, bei dem die Barriereschicht eine von mehreren Schichten und gegebenenfalls auch eine Zwischen schicht zwischen ersten und zweiten Schichten, beispielsweise zwischen zwei Papierschichten ist. In dieser Anwendung kann die Barriereschicht bzw. die Beschichtungslösung auch als Ka schierkleber zum Kaschieren von Papier, Karton und Pappe als Substrat mit weiteren Materialien, wie Folien oder Papieren dienen. With the invention, mono- or composite materials can be used Barrier layers and thus with barrier properties against about liquids, gases, flavors and water vapor will see. Such properties are common in applications the packaging and construction industry for sealing building materials fen advantageous. The excellent locking effect and the loading resistance to water, solvents and a number of acids and bases is achieved with a barrier layer, which are applied in a thin layer on a carrier material becomes. Mono-carrier materials such as paper and card are suitable clay, cardboard, foil and composite materials such as bonded Cardboard boxes, tiles, felt and textiles. The barrier layer can be a superficial layer, but can also be part of one Composite material in which the barrier layer is one of several layers and possibly also an intermediate layer between first and second layers, for example between two layers of paper. In this application you can the barrier layer or the coating solution also as Ka Schier adhesive for laminating paper, cardboard and cardboard as Substrate with other materials, such as foils or papers serve.
Es können auch Hohlkörper oder poröse Materialien mit inneren Oberflächen mit der Barriereschicht beschichtet werden.Hollow bodies or porous materials with internal ones can also be used Surfaces are coated with the barrier layer.
Die Eigenschaften der Barriereschichten und damit die Eigen schaften der mit Barriereschichten versehenen Oberflächen wird erfindungsgemäß durch die Vernetzungsdichte und die an Silizium gebundenen Reste R2 bestimmt. Bei den Gruppen R2 in den Silanen der allgemeinen Formeln 1 und 2 handelt es sich vorzugsweise um insbesondere unsubstituierte Alkylgruppen, wobei solche mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bevorzugt sind. Geeignete Reste R2 für die Silane des Silangemisches sind die Gruppen Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Cyclohexylmethyl, Cy clooctyl, Cyclopentyl, Decyl, Dodecyl, Eicosyl, Hexyl, Octyl, Phenyl, Phenylmethyl und deren Derivate.The properties of the barrier layers and thus the properties of the surfaces provided with barrier layers are determined according to the invention by the crosslinking density and the radicals R 2 bound to silicon. The groups R 2 in the silanes of the general formulas 1 and 2 are preferably, in particular, unsubstituted alkyl groups, those with 1 to 8 carbon atoms being preferred. Suitable radicals R 2 for the silanes of the silane mixture are the groups methyl, ethyl, propyl, butyl, cyclohexylmethyl, cyclooctyl, cyclopentyl, decyl, dodecyl, eicosyl, hexyl, octyl, phenyl, phenylmethyl and their derivatives.
Im Silan 1 und 2 hat die Gruppe R vorzugsweise 1 bis 4 Koh lenstoffatome, ist daher beispielsweise Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl, vorzugsweise aber Methyl oder Ethyl. Die Grup pe R1 ist oder trägt vorzugsweise Gruppe wie Vinyl, Allyl, 2- Methylpropenyl, 1,7-Octadienyl, 7-Octenyl, 2,4-Pentadienyl, Phenylethenyl, Phenylethynyl, Ethynyl, 3-Cyclohexenyl, O- (Methacryloxyethyl)-N-(Triethoxysilyl)propyl, Methacryloxy propyl, Methacryloxymethyl, Epoxycyclohexylethyl, Epoxypropy loxypropyl, Epoxyhexyl.In silane 1 and 2 , the group R preferably has 1 to 4 carbon atoms and is therefore, for example, methyl, ethyl, n- or i-propyl, but preferably methyl or ethyl. The group R 1 is or preferably carries a group such as vinyl, allyl, 2-methylpropenyl, 1,7-octadienyl, 7-octenyl, 2,4-pentadienyl, phenylethenyl, phenylethynyl, ethynyl, 3-cyclohexenyl, O- (methacryloxyethyl) -N- (triethoxysilyl) propyl, methacryloxypropyl, methacryloxymethyl, epoxycyclohexylethyl, epoxypropyloxypropyl, epoxyhexyl.
Für das Silan der allgemeinen Formel 2 können die Gruppen R2 auch Fluoralkylgruppen, insbesondere solche mit 2 bis 14 Koh lenstoffatomen und mindestens 3 Fluoratomen sein. Beispiele für derartige Fluoralkylgruppen sind Tridecafluor-1,1,2,2- tetrahydrooctyl und Heptaldecafluor-1,1,2,2,-tetrahydrodecyl. Als weitere fluorierte Gruppen können auch fluorierte aroma tische Gruppen als Reste R2 dienen, beispielsweise Pentaflu orphenyl.For the silane of the general formula 2, the groups R 2 can also be fluoroalkyl groups, in particular those having 2 to 14 carbon atoms and at least 3 fluorine atoms. Examples of such fluoroalkyl groups are tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl and heptaldecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl. Fluorinated aromatic groups can also serve as radicals R 2 , for example pentafluorophenyl, as further fluorinated groups.
Als photochemische und/oder thermische Initiatoren sind ins besondere die folgenden Stoffe geeignet: Melamin, Dicyandia mid, Histidin, N-Methylimidazol, Harnsäure, Maleinsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, 2,2- Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-on, 2-Hydroxy-2-Methyl-1- phenylpropan-1-on, Bis-(2,6-dimethoxybenzoyl)-2,4- trimethylpentylphosphinoxid, Bis-(2,4,6-dimethylbenzoyl)- 2,4,4-trimethylpentylphosphinoxid), 1- Hydroxycyclohexylphenylketon, 1-[4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl]- 2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-on, Azoisobutyronitril, Wasser stoffperoxid-Harnstoffaddukt, Ammoniumpersulfat, Dilauroyl peroxid, Dicyclohexylperoxydicarbonat, Cumylperoxyneodeca noat, Dibenzoylperoxid, Didecanoylperoxid, Di(3,5,5- trimethylheyanoyl)peroxid, Disuccinoylperoxid, tert- Butylperoxybenzoat, Di(tert-Butyl)peroxid, 2,2-Di(tert butylperoxy)butan, 1,1-Di(tertbutylperoxy)cyclohexan, Cyclo hexanonperoxid, Cumenhydroperoxid, tert-Butylhydroperoxid, tert-Amylhydroperoxid und deren Gemische. Als thermische In itiatoren dienen dabei insbesondere Azoverbindungen, Azide und Peroxide.The following substances are particularly suitable as photochemical and / or thermal initiators: melamine, dicyandia mid, histidine, N-methylimidazole, uric acid, maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1-on, bis (2, 6 -dimethoxybenzoyl) -2,4-trimethylpentylphosphine oxide, bis (2, 4, 6 -dimethylbenzoyl) - 2,4,4- trimethylpentylphosphine oxide), 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone, 1- [4- ( 2- hydroxyethoxy) phenyl] - 2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, azoisobutyronitrile, hydrogen peroxide-urea adduct, ammonium persulfate, dilauroyl peroxide, dicyclichexylate, Cumylperoxyneodeca noat, dibenzoyl peroxide, didecanoyl peroxide, di (3,5,5-trimethylheyanoyl) peroxide, disuccinoyl peroxide, tert-butyl peroxybenzoate, di (tert-butyl) peroxide, 2,2-di (tert-butylperoxy) butane, 1,1-di ( tertbutylperoxy) cyclohexane, cyclohexanone peroxide, cumene hydroperoxide, tert-butyl hydroperoxide, tert-amyl hydroperoxide and their mixtures. Azo compounds, azides and peroxides in particular serve as thermal initiators.
Werden epoxidgruppenhaltige Silane der allgemeinen Struktur formel 1 eingesetzt, so wird die Vernetzung der Epoxidgruppen gegebenenfalls durch die genannten bis- oder mehrfunktionel len Stoffe unterstützt. Solche können beispielsweise ausge wählt sein aus 4,4'-(Phenylendiisopropyliden)-Bisphenol [2167-51-3], beispielsweise 4,4'-(1,3- Phenylendiisopropyliden)-Bisphenol [13595-5-0], 4,4'- Cyclohexylidenbisphenol[843-55-0], Bis(4-Hydroxyphenyl)methan [620-92-8], 4,4'Sulfonyldiphenol [80-09-1], Bis (4- Hydroxyphenyl)propan [80-05-7], 2,2-Bis(4-Hydroxy-3- methylphenyl)propan [79-97-0], Bis(hydroxymethyl)- Tricyclo (5.2.1.0 2.6) Decan [26896-48-0], 4,4'- Isopropylidenbis(Dimethylphenol) [5613-46-7] und deren Gemi sche. In Klammern ist jeweils die entsprechende CAS Nr. ange geben.If silanes of the general structure formula 1 are used which contain epoxy groups, the crosslinking of the epoxy groups is optionally supported by the bis- or polyfunctional substances mentioned. Such can be selected, for example, from 4,4 '- (phenylenediisopropylidene) bisphenol [2167-51-3], for example 4,4' - (1,3-phenylenediisopropylidene) bisphenol [13595-5-0], 4, 4'-cyclohexylidenebisphenol [843-55-0], bis (4-hydroxyphenyl) methane [620-92-8], 4,4'Sulfonyldiphenol [80-09-1], bis (4-hydroxyphenyl) propane [80- 05-7], 2,2-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) propane [79-97-0], bis (hydroxymethyl) tricyclo ( 5.2.1.0 2.6 ) decane [26896-48-0], 4 , 4'-isopropylidenebis (dimethylphenol) [5613-46-7] and their mixtures. The corresponding CAS number is given in brackets.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. In the following the invention is based on exemplary embodiments play and explained the associated figures.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen schematische Querschnitte durch erfindungsgemäße mit Barriereschichten versehene Gegenstände. Figs. 1 to 3 are schematic cross-sections through the invention, provided with barrier layers objects.
Als Silan 1 wird γ-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan verwen det. 3,1 g Silan werden mit 5,3 g Kieselsol mit einem pH-Wert kleiner gleich 7 (zum Beispiel Köstrosol 0815 BS) versetzt und 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Es wird ein Vorkon densat erhalten, welches 3 Monate lagerstabil ist. In einer Variante können vor der Kondensation noch 1 g 0,1 n-HCl zuge mischt werden.As silane 1 , γ-glycidyloxypropyltrimethoxysilane is used. 3.1 g of silane are mixed with 5.3 g of silica sol with a pH of less than or equal to 7 (for example Köstrosol 0815 BS) and stirred for 3 hours at room temperature. A precondensation is obtained which is stable in storage for 3 months. In a variant, 1 g of 0.1 n-HCl can be added before the condensation.
Die Zusammensetzung von Beispiel 1 wird vor der Kondensation zusätzlich noch mit 6,34 g Alkylsilan 2 (beispielsweise Oc tyltriethoxysilan) versetzt. Die Mischung wird 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt oder eine halbe Stunde auf 40 bis 70°C erhitzt und anschließend nochmals 2 Stunden bei Raumtempera tur gerührt. Danach ist die Zusammensetzung durchkondensiert, das Vorkondensat ist zumindest 3 Monate lagerfähig.Before the condensation, 6.34 g of alkylsilane 2 (for example octyltriethoxysilane) are additionally added to the composition of Example 1. The mixture is stirred for 3 hours at room temperature or heated to 40 to 70 ° C for half an hour and then stirred for another 2 hours at room temperature. The composition is then fully condensed and the precondensate can be stored for at least 3 months.
Zu den Ausgangsstoffen des zweiten Ausführungsbeispiels wird als Coadditiv (bisfunktionelles Edukt) Bisphenol A zugefügt, wobei pro vorhandener Epoxidgruppe 0,4 Mol bisfunktionelles Edukt zugesetzt werden. Die Kondensation kann wie im Ausfüh rungsbeispiel 2 bei Raumtemperatur oder leicht erhöhter Tem peratur durchgeführt werden.Bisphenol A is added to the starting materials of the second exemplary embodiment as a coadditive (bisfunctional starting material), 0.4 mol of bisfunctional starting material being added per epoxy group present. The condensation can be carried out as in embodiment 2 at room temperature or at a slightly elevated temperature.
Zu den Ausführungsbeispielen (Vorkondensate) 1 bis 3 werden Thermo- und/oder UV-Initiatoren in einem Anteil bis zu 3 Gew- % zugesetzt. Die Kondensationsfähigkeit wird davon nicht be einflußt. Die fertige Beschichtungslösung bleibt trotz zuge setzter Initiatoren über 3 Monate stabil und geliert nicht.The exemplary embodiments (precondensates) 1 to 3 are Thermal and / or UV initiators in a proportion of up to 3 wt. % added. This does not affect the ability to condense influenced. The finished coating solution remains despite set initiators stable over 3 months and does not gel.
Dazu werden die Ausführungsbeispiele 1 und 2 mit dem Unter schied wiederholt, daß anstelle des epoxidgruppenhaltigen Si lan nun ein olefinische Gruppen enthaltendes Silan 1 einge setzt wird, und zwar 2,1 g Methacrylpropyltrimethoxysilan. Auch hier kann die Vorkondensation ohne Zugabe zusätzlicher Kondensationskatalysatoren bei milden Bedingungen durchge führt werden. Die erhaltenen Beschichtungslösungen (Vorkon densate) sind auch bei zugegebenen thermischen/photochemi schen Initiatoren für längere Zeit (mehrere Monate) lagersta bil und gelieren nicht.For this purpose, the embodiments 1 and 2 are repeated with the difference that instead of the Si lan containing epoxide groups, an olefinic silane 1 is now used, namely 2.1 g of methacrylopropyltrimethoxysilane. Here, too, the precondensation can be carried out under mild conditions without the addition of additional condensation catalysts. The coating solutions obtained (precondensation) are stable even for a long time (several months) with added thermal / photochemical initiators and do not gel.
Die Ausführungsbeispiele 1 bis 5 werden mit dem Unterschied wiederholt, daß zusätzlich zum Vorkondensat vor oder nach der Kondensationsreaktion 10% Füllstoff zugesetzt werden, bei spielsweise ein Wachs (z. B. Cerafac 127). Selbst wenn der Füllstoff zu den Ausgangskomponenten vor der Kondensation zu gefügt wird, wird die Kondensationsreaktion davon nicht be einträchtigt und kann unter den genannten milden Bedingungen durchgeführt werden.The exemplary embodiments 1 to 5 are repeated with the difference that in addition to the precondensate, 10% filler, for example a wax (for example Cerafac 127 ), is added before or after the condensation reaction. Even if the filler is added to the starting components before the condensation, the condensation reaction is not impaired by this and can be carried out under the mild conditions mentioned.
Zur Beschichtung einer Oberfläche können je nach gewünschter Dicke der zu erzeugenden Barriereschicht unterschiedliche Auftragsmethoden verwendet werden. Durchgehende Barriere schichten auf Gegenständen mit überwiegend flachen Oberflä chen, insbesondere auf flächigen folienartigen Materialien werden beispielsweise durch Rakeln, Walzen, Spritzen oder Sprayen aufgebracht. Gegebenenfalls können die Beschichtungs zusammensetzungen durch Zugabe von Lösungsmitteln (Alkohol, zum Beispiel Isopropanol) oder Wasser auf eine entsprechende für die gewählte Auftragsmethode optimale Viskosität einge stellt werden. Für die Beschichtung glatter Oberflächen wird die Beschichtungszusammensetzung z. B. in einer Menge von 3 bis 20 g/m2 aufgebracht, was zum Erzeugen einer dichten Bar riereschicht ausreichend ist.Depending on the desired thickness of the barrier layer to be produced, different application methods can be used to coat a surface. Continuous barrier layers on objects with predominantly flat surfaces, in particular on sheet-like materials, are applied, for example, by doctoring, rolling, spraying or spraying. If necessary, the coating compositions can be adjusted to an appropriate viscosity for the chosen application method by adding solvents (alcohol, for example isopropanol) or water. For coating smooth surfaces, the coating composition is e.g. B. applied in an amount of 3 to 20 g / m 2 , which is sufficient to produce a dense barrier layer.
Die Vernetzung der Beschichtungslösungen beziehungsweise der erfindungsgemäßen dünnen Schichten wird thermisch bei 110 bis 150°C durchgeführt, wobei eine Reaktionszeit von 3 bis 5 Mi nuten ausreichend ist. Dies ist insbesondere bei der Be schichtung thermisch empfindlicher Materialien bzw. Oberflä chen von Vorteil. Alternativ kann die Vernetzung durch Be strahlung mit UV-Licht durchgeführt werden, wozu allerdings in der Regel Beschichtungslösung mit UV-Initiatoren erforder lich sind. Möglich ist es auch, die Vernetzung durch eine kurzzeitige UV-Bestrahlung zu starten und durch eine thermi sche Nachbehandlung bei 110 bis 150°C zu vervollständigen.The networking of the coating solutions or the thin layers according to the invention is thermally at 110 to 150 ° C, with a reaction time of 3 to 5 Mi grooves is sufficient. This is particularly the case with the Be layering of thermally sensitive materials or surfaces chen an advantage. Alternatively, networking through Be radiation with UV light, but for what usually coating solution with UV initiators required are. It is also possible to network through a start short-term UV radiation and by a thermi complete after-treatment at 110 to 150 ° C.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein er findungsgemäß beschichtetes Substrat 2. Das Substrat ist vor zugsweise ein dünnes folienartiges Material, beispielsweise Papier oder Kunststoffolie und weist eine glatte Oberfläche 4 auf. Die darauf aufgebrachte Barriereschicht 1 hat bereits in einer Dicke von 1 bis 10 µm eine ausreichende Sperrwirkung für Feuchtigkeit und Gase. Die Oberfläche 4 kann auch eine innere Oberfläche eines Hohlkörpers oder einer Pore sein. Fig. 1 shows a schematic cross section through a he inventively coated substrate 2. The substrate is preferably a thin film-like material, for example paper or plastic film, and has a smooth surface 4 . The barrier layer 1 applied thereon has a sufficient barrier effect for moisture and gases already in a thickness of 1 to 10 μm. The surface 4 can also be an inner surface of a hollow body or a pore.
Fig. 2 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts eine weitere Möglichkeit, einen erfindungsgemäßen Gegenstand mit einer Barriereschicht zu versehen. In dem Ausführungsbeispiel wird die Beschichtungslösung auf die Oberfläche einer ersten Schicht 2 aus Papier, Kunststoff, Pappe oder Karton als Schicht 5 aufgebracht. Auf die noch unvernetzte Schicht wird anschließend eine weitere Materialschicht 3 aufgebracht, wel che aus gleichem oder vorzugsweise unterschiedlichem Material der genannten Auswahl für die erste Schicht 2 besteht. Ein ausreichender Kontakt zwischen den beiden Schichten 2 und 3 kann beispielsweise durch Laminieren hergestellt werden, wo bei die beiden Materialbahnen 2 und 3 mit dem dazwischen an geordneten Schicht 5 der Beschichtungslösung unter Druck zwi schen zwei Walzen durchgeführt werden. Erst anschließend wird die Beschichtungszusammensetzung vernetzt. Hierzu ist eine thermische Vernetzung bevorzugt. Ist eine der beiden Mate rialbahnen 2 oder 3 ein für UV-Strahlung transparentes Mate rial, so kann auch für dieses Ausführungsbeispiel eine UV- Vernetzung durchgeführt werden. Durch die Vernetzung wird ei ne innige Verbindung der beiden Materialbahnen 2 und 3 herge stellt, wobei die vernetzte Schicht sowohl als Kaschierkleber als auch als Barriereschicht dient. Fig. 2 on the basis of a schematic cross section of a further possibility, an object of the present invention with a barrier layer is to be provided. In the exemplary embodiment, the coating solution is applied to the surface of a first layer 2 of paper, plastic, cardboard or cardboard as layer 5 . A further material layer 3 is then applied to the still uncrosslinked layer, which surface consists of the same or, preferably, different material of the selection mentioned for the first layer 2 . Adequate contact between the two layers 2 and 3 can be produced, for example, by lamination, where the two material webs 2 and 3 with the layer 5 of the coating solution arranged in between are carried out under pressure between two rollers. Only then is the coating composition crosslinked. Thermal crosslinking is preferred for this purpose. If one of the two materials 2 or 3 is a transparent material for UV radiation, UV crosslinking can also be carried out for this exemplary embodiment. The crosslinking creates an intimate connection between the two material webs 2 and 3 , the crosslinked layer serving both as a lamination adhesive and as a barrier layer.
Fig. 3 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt durch einen mit einer Barriereschicht 1 versehenen Gegenstand 2. Dieser ist auf beiden Hauptoberflächen mit je einer Barriere schicht 1, 1' versehen, so daß der Gegenstand von beiden Sei ten geschützt ist. Das Substrat 2 kann hier ebenfalls ein flächiges oder folienartiges Material sein. Möglich ist es jedoch auch, massive Gegenstände auf mehreren oder allen Oberflächen mit Barriereschichten zu versehen. Möglich ist es auch, auf diese Weise faserartiges Material rundum mit Bar riereschichten zu versehen und so insbesondere Textilfasern mit einer entsprechenden Ausrüstung zu versehen. Fig. 3 shows another schematic cross-section through a provided with a barrier layer 1 Object 2. This is provided on both main surfaces with a barrier layer 1 , 1 ', so that the object is protected by both sides. The substrate 2 can also be a flat or sheet-like material here. However, it is also possible to provide solid objects with barrier layers on several or all surfaces. It is also possible in this way to provide fiber-like material all around with barrier layers and in particular to provide textile fibers with appropriate equipment.
Anhand der Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nur aus zugsweise beschrieben, um die Durchführbarkeit und die damit erzielten Eigenschaften zu demonstrieren. Dabei ist die Er findung jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt sich über die ganze Variationsbreite der für die Erfindung möglichen Komponenten und der für die Kom ponenten angegebenen Anteilsbereiche.On the basis of the exemplary embodiments, the invention is only described preferably described to the feasibility and thus to demonstrate achieved properties. Here is the he However, the invention is not restricted to the exemplary embodiments, but extends across the entire range of variation components possible for the invention and for the com specified ranges of components.
Die Erfindung ist zwar für die Erzeugung von Barriereschich ten auf den angegebenen Substraten und Oberflächen besonders geeignet, jedoch nicht auf die angegebenen Substrate (Ober flächen) beschränkt. Vielmehr können mit der Erfindung nahezu beliebige Oberflächen mit Barriereschichten versehen werden, wobei das Verfahren zur Beschichtung in einfacher Weise an die zu beschichtende Oberfläche beziehungsweise anders zu be schichtende Material angepaßt werden kann. Die Eigenschaften der Barriereschicht sind dabei nicht von Art und Material der beschichteten Oberfläche abhängig.The invention is true for the production of barrier layers especially on the specified substrates and surfaces suitable, but not on the specified substrates (upper areas) limited. Rather, almost with the invention any surfaces can be provided with barrier layers, the method of coating in a simple manner the surface to be coated or otherwise layering material can be adjusted. The properties The barrier layer are not of the type and material of the coated surface dependent.
Claims (17)
- - bei dem ein Silangemisch, welches zu einem Siloxan konden sierbar ist, Alkoxygruppen aufweist und organische, an Si lizium gebundene, vernetzbare funktionelle Gruppen bein haltet, mit einem sauren Kieselsol zu einem Vorkondensat umgesetzt wird,
- - bei dem eine, das Vorkondensat als zumindest Hauptbestand teil aufweisende Beschichtungslösung in dünner Schicht auf die Oberfläche aufgebracht wird, und
- - bei dem die dünne Schicht mit Hilfe der organisch polyme risierbaren funktionellen Gruppen thermisch und/oder unter Einwirkung von ionisierender Strahlung vernetzt wird.
- a silane mixture which is condensable to a siloxane, has alkoxy groups and contains organic, crosslinkable functional groups bonded to silicon is reacted with an acidic silica sol to form a precondensate,
- in which a coating solution having the precondensate as at least the main constituent is applied in a thin layer to the surface, and
- - In which the thin layer is crosslinked thermally and / or under the action of ionizing radiation with the aid of the organic polymerizable functional groups.
Ra 1Rb 2Si(OR)c 1
wobei R1 eine über eine Si-C-Bindung an Si gebundene Grup pe mit mindestens einer organisch vernetzbaren funktio nellen Gruppe, ausgewählt aus Kohlenstoff-Kohlenstoff- Doppel- oder -Dreifach-Bindung oder Epoxygruppe ist,
R2 eine gegebenenfalls substituierte, gesättigte ali phatische oder eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe darstellt, R einen Alkylrest darstellt, a = 1 oder 2, b = 0 oder 1, c = 2 oder 3 und c = 4 - (a + b) ist.2. The method of claim 1, wherein the silane mixture contains at least one silane of formula 1:
R a 1 R b 2 Si (OR) c 1
wherein R 1 is a group bonded to Si via an Si-C bond with at least one organically crosslinkable functional group selected from carbon-carbon double or triple bond or epoxy group,
R 2 represents an optionally substituted, saturated aliphatic or an aromatic hydrocarbon group, R represents an alkyl radical, a = 1 or 2, b = 0 or 1, c = 2 or 3 and c = 4 - (a + b).
Rd 2Re 3Si(OR)f 2
wobei R und R2 wie vorstehend definiert sind, R3 unabhängig von R2 wie R2 definiert ist, d = 1 oder 2, e = 0 oder 1 und (d + e + f) = 4 ist.3. The method of claim 2, wherein the silane mixture contains at least one other silane of formula 2:
R d 2 R e 3 Si (OR) f 2
wherein R and R 2 are as defined above, R 3 is independently of R 2 as R 2 , d = 1 or 2, e = 0 or 1 and (d + e + f) = 4.
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DE10036434A DE10036434A1 (en) | 2000-07-26 | 2000-07-26 | Preparation of a barrier layer useful for packaging of foodstuffs or materials sensitive to moisture and aromatics, comprises reacting a silane mixture with an acidic silica sol |
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---|---|---|---|
DE10036434A Withdrawn DE10036434A1 (en) | 2000-07-26 | 2000-07-26 | Preparation of a barrier layer useful for packaging of foodstuffs or materials sensitive to moisture and aromatics, comprises reacting a silane mixture with an acidic silica sol |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE10036434A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006132851A1 (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Colloidal particle sols, methods for preparing and curable film-forming compositions containing the same |
WO2011054476A1 (en) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | Amcor Flexibles Kreuzlingen Ltd. | Packaging film |
EP3854907A1 (en) * | 2020-01-27 | 2021-07-28 | FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Composite with barrier function, its production and use |
DE102012004278B4 (en) | 2011-03-31 | 2022-07-07 | Few Chemicals Gmbh | Coating composition for abrasion-resistant and anti-adhesive surface coatings, use thereof and coated surface |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2000
- 2000-07-26 DE DE10036434A patent/DE10036434A1/en not_active Withdrawn
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