DE10059487A1 - Metallische Substrate mit einer glasartigen Oberflächenschicht - Google Patents
Metallische Substrate mit einer glasartigen OberflächenschichtInfo
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Abstract
Beschichtungszusammensetzungen, die erhältlich sind durch ein Verfahren, umfassend die Hydrolyse und Polykondensation eines oder mehrerer Silane der allgemeinen Formel DOLLAR A R¶n¶SiX¶4-n¶ (I), DOLLAR A worin die Gruppen X, gleich oder verschieden voneinander, hydrolysierbare Gruppen oder Hydroxylgruppen sind, die Reste R, gleich oder verschieden voneinander, für Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen und Aryl-, Aralkyl- und Alkarylgruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen stehen und n 0, 1 oder 2 bedeutet, mit der Maßgabe, daß mindestens ein Silan mit n = 1 oder 2 verwendet wird, oder davon abgeleiteter Oligomere, in Anwesenheit a) nanoskaliger SiO¶2¶-Teilchen und/oder b) mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Oxide und Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle, werden zum Beschichten metallischer Oberflächen unter Bildung einer glasartigen Schicht verwendet. DOLLAR A Die Oberflächenschichten eignen sich insbesondere zur optisch neutralen, glättenden Beschichtung strukturierter Metalloberflächen. Es werden schmutzabweisende, reibungsvermindernde, kratzfeste und abriebfeste Beschichtungen erhalten.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung glasartiger Ober
flächenschichten auf metallischen Substraten.
Glasartige Schichten auf metallischen Oberflächen werden z. B. über Emaillierungs
verfahren hergestellt, bei denen eine partikelhaltige Zusammensetzung aufgetragen
wird, die beim Erhitzen zu einem Glas aufschmilzt. Häufig sind relativ dicke
Schichten erforderlich, die unflexibel und spröde sind. Zur Beschichtung wurden
auch Sol-Gel-Techniken unter Bildung von z. B. Zirkondioxid-, Borosilikat- oder
Silikat-Schichten verwendet. Die Überzüge dienen insbesondere dem mechanischen
und chemischen Schutz der metallischen Oberfläche.
Häufig weisen Gegenstände Oberflächen aus Metall auf, die mit einer Oberflächen
strukturierung versehen sind. Diese Strukturierung wird beispielsweise zur Erzielung
einer bestimmten ästhetischen Wirkung verwendet. Die für den dekorativen Effekt
notwendige Unebenheit der metallischen Oberfläche führt aber gleichzeitig dazu,
daß sich eine erhöhte Anfälligkeit gegen Anhaftungen aller Art, ein verstärkte Rei
bungswirkung und eine verringerte Abriebfestigkeit ergibt.
Es wurde gefunden, daß eine Zusammensetzung, die durch. Hydrolyse und Polykon
densation von mindestens einem organisch modifizierten hydrolysierbaren Silan in
Anwesenheit nanoskaliger SiO2-Teilchen und/oder Alkalimetall- und Erdalkalimetall
oxiden und -hydroxiden erhalten wird, für die Beschichtung metallischer Ober
flächenschichten geeignet ist und insbesondere zur Glättung strukturierter
metallischer Oberflächenschichten verwendet werden kann, so daß eine verringerte
Anhaftung von Schmutz, eine erhöhte Abrieb- und Kratzfestigkeit und eine vermin
derte Reibwirkung erreicht werden. Insbesondere gestattet die erfindungsgemäße
Verwendung die Bildung eines Überzugs, der den optischen Eindruck der Ober
fläche, insbesondere der strukturierten Oberfläche, nicht verändert, so daß der
dekorative Effekt der metallischen Oberfläche erhalten bleibt. Daneben werden
Beschichtungen mit verbesserter Flexibilität, Witterungsbeständigkeit und che
mischer Beständigkeit erhalten.
Die Erfindung betrifft daher die Verwendung einer Beschichtungszusammensetzung,
die erhältlich ist durch ein Verfahren umfassend die Hydrolyse und Polykondensation
eines oder mehrerer Silane der allgemeinen Formel (I)
RnSiX4-n (I)
worin die Gruppen X, gleich oder verschieden voneinander, hydrolysierbare Gruppen
oder Hydroxylgruppen sind, die Reste R, gleich oder verschieden voneinander, für
Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen und
Aryl-, Aralkyl- und Alkarylgruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen stehen und n 0, 1
oder 2 bedeutet, mit der Maßgabe, daß mindestens ein Silan mit n = 1 oder 2
verwendet wird, oder davon abgeleiteter Oligomere, in Anwesenheit a) nanoskaliger
SiO2-Teilchen und/oder b) mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Oxide
und Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle, zur Beschichtung einer metallischen
Oberfläche mit einem glasartigen Überzug.
Damit können glasartige Schichten auf metallischen Oberflächen erhalten werden,
deren Dicke z. B. bis zu 10 µm betragen kann, ohne daß bei der Trocknung und beim
Verdichten Rißbildung auftritt. Die aufgetragenen Beschichtungszusammen
setzungen können zum Beispiel auf Edelstahl- oder Stahloberflächen schon bei
relativ niedrigen Temperaturen (in der Regel ab 400°C) in dichte SiO2-Filme
umgewandelt werden. Derartige Filme sind in der Regel 3 bis 5 µm dick und bilden
eine hermetisch abschließende Schicht, die auch bei höheren Temperaturen den
Sauerstoffzutritt an die metallische Oberfläche verhindert bzw. drastisch reduziert
und einen hervorragenden Korrosionsschutz gewährleistet. Die erhaltenen Schichten
sind abriebfest und flexibel, so daß Biegungen oder Abknickungen der Oberfläche zu
keinerlei Rissen oder Beeinträchtigungen der Schicht führen.
Als erfindungsgemäß zu beschichtende metallische Oberfläche eignen sich alle aus
einem Metall oder einer Metallegierung bestehenden bzw. dieses oder diese
umfassenden Oberflächen. Beispiele für Metallegierungen sind insbesondere Stahl
bzw. Edelstahl, Messing oder Bronze. Als Beispiele für Oberflächen aus Metall
können solche aus Aluminium, Zinn, Zink, Chrom oder Nickel, einschließlich
verzinkter oder verchromter Oberflächen, genannt werden. Besonders bevorzugt
werden metallische Oberflächen aus Stahl, insbesondere Edelstahl verwendet.
Vorzugsweise wird die metallische Oberfläche vor dem Auftrag der Beschichtungs
zusammensetzung gründlich gereinigt und insbesondere von Fett und Staub befreit.
Vor der Beschichtung kann auch eine Oberflächenbehandlung, z. B. durch Corona-
Entladung, durchgeführt werden.
Die metallische Oberfläche bzw. das metallische Substrat kann eine ebene oder eine
strukturierte Oberfläche aufweisen. Bevorzugt weist die metallische Oberfläche eine
strukturierte Oberfläche auf. Es kann sich um eine mikrostrukturierte Oberfläche oder
um eine Struktur größerer Dimensionen handeln. Die Struktur kann regelmäßig sein,
wie sie z. B. durch Prägen erhalten wird, oder unregelmäßig sein, wie sie z. B. durch
Aufrauhen erhalten wird. In besonderen Fällen kann die Oberfläche auch emailliert
sein.
Die strukturierte metallische Oberfläche kann durch Behandlung von normalen
metallischen Substraten mit innerhalb der Fehlergrenzen ebenen Oberflächen
erhalten werden. Die Strukturierung der metallischen Oberflächen kann z. B. durch
Aufrauhen, Ätzen, Bestrahlen mit Laserlicht (Lasern) oder Prägen erfolgen. Eine
Aufrauhung der metallischen Oberfläche ist z. B. durch Sandstrahlen, Glasperlen
strahlen oder Bürsten möglich. Die Verfahren zur Strukturierung metallischer
Oberflächen sind dem Fachmann bekannt. Durch die Strukturierung können z. B.
dekorative Effekte erzielt werden.
Der Gegenstand der Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung
glasartiger Oberflächenschichten auf Bauwerken und Teilen davon; Fortbewegungs-
und Transportmitteln und Teilen davon; Arbeitsgerätschaften, Vorrichtungen und
Maschinen für gewerbliche bzw. industrielle Zwecke und Forschung sowie Teilen
davon; Haushaltsgegenständen und Arbeitsgerätschaften für den Haushalt sowie
Teilen davon; Ausrüstung, Geräten und Hilfsmitteln für Spiel, Sport und Freizeit und
Teilen davon; sowie Geräten, Hilfsmitteln und Vorrichtungen für medizinische
Zwecke und Kranke. Konkrete Beispiele für derartige beschichtungsfähige
Materialien bzw. Gegenstände als Substrat werden im folgenden angegeben.
Bevorzugt handelt es sich bei den beschichteten Oberflächen um Oberflächen aus
Stahl oder Edelstahl.
Innen- und Außenfassaden von Gebäuden, Fußböden und Treppen, Fahrtreppen,
Aufzüge, z. B. deren Wände, Treppengeländer, Möbel, Verkleidungen, Beschläge,
Türen, Griffe (insbesondere mit Anti-Fingerprint-Ausrüstungen, z. B. Türgriffe), Fassa
denbleche, Bodenbeläge, Fenster (insbesondere Fensterrahmen, Fensterbänke und
Fenstergriffe), Jalousien, Armaturen in Küche, Bad und WC, Duschkabinen, Sanitär
zellen, WC-Kabinen, allgemein Gegenstände im Sanitärbereich (z. B. Toiletten,
Waschbecken, Armaturen, Accessoires), Rohre (und insbesondere Abflußrohre),
Heizkörper, Lichtschalter, Lampen, Beleuchtung, Briefkästen, Geldautomaten, Info
terminals, seewasserfeste Beschichtung für die Ausrüstung von Hafenanlagen,
Dachrinnen, Regenrinnen, Antennen, Satellitenschüsseln, Handläufe von Geländern
und Rolltreppen, Öfen, Windkraftanlagen, insbesondere Rotorblätter, Denkmäler,
Skulpturen und allgemein Kunstwerke mit metallischen Oberflächen, insbesondere
solche, die im Freien aufgestellt sind.
Schutzbleche von Fahrrädern und Motorrädern, Instrumente von Motorrädern,
Türgriffe, Lenkräder, Reifenfelgen, Auspuffanlagen bzw. -rohre, temperaturbelastete
Teile (Motorteile, Verkleidungen, Ventile und Ventildeckel), Beschläge, Latentwärme
tauscher, Kühler, Teile der Innenausstattung mit metallischer Oberfläche (z. B. als
Kratzfestbeschichtung), Tankstutzen, Gepäckträger, Dachcontainer für Pkws, Anzei
geinstrumente, Tankwagen, z. B. für Milch, Öl oder Säure, und allgemein sämtliche
Karosserieteile sowie seewasserfeste Beschichtung für die Ausrüstung von Schiffen
und Booten.
Wärmetauscher, Verdichterräder, Spaltwendeltauscher, Cu-Elemente zur industri
ellen Heizung, Formen (z. B. Gießformen, insbesondere aus Metall), Schütttrichter,
Einfüllanlagen, Extruder, Wasserräder, Walzen, Transportbänder, Druckmaschinen,
Siebdruckschablonen, Abfüllmaschinen, (Maschinen-)Gehäuse, Bohrköpfe, Turbi
nen, Rohre (innen und außen, insbesondere für Flüssigkeits- und Gastransport),
Rührer, Rührkessel, Ultraschallbäder, Reinigungsbäder, Behälter, Transporteinrich
tungen in Öfen, Innenauskleidung von Öfen zum Hochtemperatur-, Oxidations-,
Korrosions- und Säureschutz, Gasflaschen, Pumpen, Reaktoren, Bioreaktoren,
Kessel (z. B. Brennstoffkessel), Wärmetauscher (z. B. in der Lebensmittelprozeß
technik oder für (Biomasse-)festbrennstoffkessel), Abluftanlagen, Sägeblätter,
Abdeckungen (z. B. für Waagen), Tastaturen, Schalter, Knöpfe, Kugellager, Wellen,
Schrauben, Solarzeilen, Solaranlagen, Werkzeuge, Werkzeuggriffe, Flüssigkeits
behälter, Isolatoren, Kapillaren, Laboreinrichtungen (z. B. Chromatographiesäulen
und Abzüge) und Teile von Elektroakkumulatoren und Batterien.
Mülleimer, Geschirr (z. B. aus Edelstahl), Bestecke (z. B. Messer), Tabletts, Pfannen,
Töpfe, Backformen, Kochutensilien (z. B. Raspeln, Knoblauchpressen sowie
Halterungen), Aufhängevorrichtungen, Kühlschränke, Kochfeldrahmen, Kochmulden,
Heizplatten, Warmhalteflächen, Backöfen (innen und außen), Eierkocher, Mikro
wellengeräte, Wasserkocher, Grillroste, Dampfgare, Öfen, Arbeitsflächen, Armaturen
im Küchenbereich, Dunstabzugshauben, Blumenvasen, Gehäuse von TV Geräten
und Stereo-Anlagen, Gehäuse von (elektrischen) Haushaltsgeräten, Blumenvasen,
Christbaumkugeln, Möbel, Möbelfronten aus Edelstahl, Spülen, Lampen und
Leuchten.
Gartenmöbel, Gartengeräte, Werkzeuge, Spielplatzgeräte (z. B. Rutschen), Snow
boards, Roller, Golfschläger, Hanteln, Gewichte, Trainingsgeräte, Beschläge, Sitz
gelegenheiten in Parks, Spielplätzen, Einrichtungsgegenstände und Geräte in
Schwimmbädern usw.
Chirurgische Instrumente, Kanülen, medizinische Behälter, Spritzen, Implantate,
zahnmedizinische Geräte, Zahnspangen, Brillengestelle, medizinische Bestecke (für
Operationen und Zahnbehandlungen), Spiegel aus Metall (z. B. Edelstahl) als
medizinische Spiegel, allgemein Gegenstände aus dem Bereich der Medizintechnik
(z. B. Rohre, Apparate, Behälter) und Rollstühle, sowie ganz allgemein
Krankenhauseinrichtungen zwecks Verbesserung der Hygiene.
Gegenstände, die eine elektrische Isolierung benötigen, z. B. Solarzellen und
Kondensatoren. Die erfindungsgemäße Verwendung der Zusammensetzung kann
hier als elektrisches Isoliermaterial in Form von Isolierschichten dienen.
Neben den obigen Gegenständen können natürlich auch andere Gegenstände und
Teile davon vorteilhaft mit den obigen Oberflächenschichten versehen werden, wie
z. B. Spielzeuge, Schmuck, Münzen, Spiegel aus Metall (z. B. Edelstahl) als
Kosmetikspiegel oder Verkehrsspiegel, Urnen, Schilder (z. B. Verkehrsschilder),
Ampelanlagen, Postkästen, Telefonhäuschen, Wartehäuschen für öffentliche Ver
kehrsmittel, Schutzbrillen, Schutzhelme, Raketen, allgemein alle Gegenstände aus
Stahlblech, Uhrengehäuse, Uhrenarmbänder, Zifferblätter, Schreibgeräte aus Metall,
insbesondere Edelstahl, Anzeigeinstrumente (Manometer, Thermometer) und
elektrische und elektronische Schaltungen und Bauteile (z. B. integrierte Schaltungen
oder Platinen und Teile davon).
Im folgenden werden die Beschichtungszusammensetzung und deren Komponenten
beschrieben.
Unter nanoskaligen SiO2-Teilchen werden vorzugsweise SiO2-Teilchen mit einer
durchschnittlichen Teilchengröße (bzw. einem durchschnittlichen Teilchendurch
messer) von nicht mehr als 100 nm, bevorzugter nicht mehr als 50 nm und
insbesondere nicht mehr als 30 nm verstanden. Hierfür können z. B. auch
handelsübliche Kieselsäureprodukte, z. B. Kieselsole, wie die Levasile®, Kieselsole
der Bayer AG, oder pyrogene Kieselsäuren, z. B. die Aerosil-Produkte von Degussa,
verwendet werden. Die teilchenförmigen Materialien können in Form von Pulvern
und Solen eingesetzt werden. Sie können auch in situ gebildet werden.
Unter den obigen Silanen der allgemeinen Formel (I) befindet sich mindestens ein
Silan, in dessen allgemeiner Formel n den Wert 1 oder 2 aufweist. In der Regel
werden mindestens zwei Silane der allgemeinen Formel (I) in Kombination
eingesetzt. In diesem Fall werden diese Silane bevorzugt in einem solchen
Verhältnis eingesetzt, daß der Durchschnittswert von n (auf molarer Basis) 0,2 bis
1,5, vorzugsweise 0,5 bis 1,0, beträgt. Besonders bevorzugt ist ein Durchschnitts
wert von n im Bereich von 0,6 bis 0,8.
In der allgemeinen Formel (I) sind die Gruppen X, die gleich oder verschieden
voneinander sind, hydrolysierbare Gruppen oder Hydroxylgruppen. Konkrete
Beispiele für hydrolysierbare Gruppen X sind Halogenatome (insbesondere Chlor
und Brom), Alkoxygruppen und Acyloxygruppen mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen.
Besonders bevorzugt werden Alkoxygruppen, insbesondere C1-4-Alkoxygruppen wie
Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy und i-Propoxy. Vorzugsweise sind die Gruppen X in
einem Silan identisch, wobei besonders bevorzugt Methoxy- oder Ethoxygruppen
eingesetzt werden.
Bei den Gruppen R in der allgemeinen Formel (I), die im Falle von n = 2 gleich oder
identisch sein können, handelt es sich um Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinyl
gruppen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen und Aryl-, Aralkyl- und Alkarylgruppen mit 6
bis 10 Kohlenstoffatomen. Konkrete Beispiele für derartige Gruppen sind Methyl,
Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, sek.-Butyl und tert.-Butyl, Vinyl, Allyl und Propargyl,
Phenyl, Tolyl und Benzyl. Die Gruppen können übliche Substituenten aufweisen,
vorzugsweise tragen derartige Gruppen aber keinen Substituenten.
Bevorzugte Gruppen R sind Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbe
sondere Methyl und Ethyl, sowie Phenyl.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, wenn mindestens zwei Silane der allgemeinen
Formel (I) eingesetzt werden, wobei in einem Fall n = 0 und im anderen Fall n = 1 ist.
Derartige Silan-Mischungen umfassen zum Beispiel mindestens ein Alkyltri
alkoxysilan (z. B. (M)ethyltri(m)ethoxysilan) und ein Tetraalkoxysilan (z. B. Tetra-
(m)ethoxysilan), die vorzugsweise in einem solchen Verhältnis eingesetzt werden,
daß der Durchschnittswert von n in den oben angegebenen bevorzugten Bereichen
liegt. Eine besonders bevorzugte Kombination für die Ausgangssilane der Formel (I)
ist Methyltri(m)ethoxysilan und Tetra(m)ethoxysilan.
Die gemäß Variante (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu den
hydrolysierbaren Silanen der allgemeinen Formel (I) verwendeten nanoskaligen
SiO2-Teilchen werden vorzugsweise in einer solchen Menge eingesetzt, daß das
Verhältnis aller Si-Atome in den Silanen der allgemeinen Formel (I) zu allen Si-
Atomen in den nanoskaligen SiO2-Teilchen im Bereich von 5 : 1 bis 1 : 2, insbesondere
3 : 1 bis 1 : 1, liegt. Derartige nanoskalige SiO2-Teilchen können beispielsweise in Form
von handelsüblichen Kieselsolen (z. B. von der Firma Bayer erhältlich) eingesetzt
werden.
Alternativ oder zusätzlich zu den nanoskaligen SiO2-Teilchen kann die Hydrolyse
und Polykondensation des oder der Silane der allgemeinen Formel (I) in Anwesen
heit mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Oxide und Hydroxide der
Alkali- und Erdalkalimetalle durchgeführt werden. Bei diesen Oxiden und Hydroxiden
handelt es sich vorzugsweise um solche von Li, Na, K, Mg, Ca und/oder Ba.
Vorzugsweise werden Alkalimetallhydroxide, insbesondere NaOH und KOH verwen
det. Bei Verwendung eines Alkalimetalloxids bzw. -hydroxids wird dieses vorzugs
weise in einer solchen Menge eingesetzt, daß das Atomverhältnis Si : Alkalimetall im
Bereich von 20 : 1 bis 7 : 1, inbesondere von 15 : 1 bis 10 : 1, liegt. In jedem Fall wird das
Atomverhältnis von Silicium zu (Erd)alkalimetall so (groß) gewählt, daß der resul
tierende Überzug nicht wasserlöslich ist (wie beispielsweise im Falle von Wasser
glas).
Auch im Fall der Variante (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird davon
ausgegangen, daß sich die (im Falle von Variante (a) als solche eingesetzten)
nanoskaligen SiO2-Teilchen in situ bilden, so daß zwischen den Varianten (a) und (b)
kein prinzipieller Unterschied besteht. Vielmehr wird angenommen, daß auch bei
bloßem Einsatz eines Alkalimetall- oder Erdalkalimetalloxids bzw. -hydroxids nano
skalige SiO2-Teilchen im Überzug vorhanden sind und eine ausreichende Schicht
dicke ermöglichen. Ebenso wird angenommen, daß die Anwesenheit von Gruppen R
in den Ausgangssilanen dazu dient, eine zu starke Vernetzung des organischen
SiO2-Gerüstes (und somit eine zu starke Versteifung bzw. Versprödung) zu
verhindern.
Im Fall der Variante (a) werden die Hydrolyse und Polykondensation der Silane der
allgemeinen Formel (I) im allgemeinen sauer katalysiert, wobei als Katalysatoren in
der Regel anorganische Säuren wie beispielsweise Salzsäure und (bevorzugt)
Phosphorsäure Verwendung finden. Bei Variante (b) findet die Hydrolyse und
Polykondensation offensichtlich im alkalischen Millieu statt, was insbesondere dann
von Vorteil ist, wenn gegen Angriff von Säuren nicht oder nur wenig beständige
metallische Oberflächen (z. B. aus Stahl) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit einem glasartigen Überzug versehen werden sollen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Hydrolyse und
Polykondensation der Silane sowohl in Anwesenheit a) nanoskaliger SiO2-Teilchen
als auch in Anwesenheit b) mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Oxide
und Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle durchgeführt.
Die Hydrolyse und Polykondensation der Silane der allgemeinen Formel (I) können
in Abwesenheit oder Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels durchgeführt
werden. Vorzugsweise ist kein organisches Lösungsmittel vorhanden. Bei Einsatz
eines organischen Lösungsmittels sind die Ausgangskomponenten vorzugsweise im
Reaktionsmedium (das in der Regel Wasser einschließt) löslich. Als organische
Lösungsmittel eignen sich insbesondere mit Wasser mischbare Lösungsmittel wie
beispielsweise ein- oder mehrwertige aliphatische Alkohole (wie beispielsweise
Methanol, Ethanol), Ether (wie beispielsweise Diether), Ester (wie beispielsweise
Ethylacetat), Ketone, Amide, Sulfoxide und Sulfone. Im übrigen können die Hydro
lyse und Polykondensation gemäß den dem Fachmann geläufigen Modalitäten
durchgeführt werden.
Zusätzlich können handelsübliche Mattierungsmittel, z. B. mikroskalige SiO2- oder
keramische Pulver zugesetzt werden, um mattierte Schichten mit Anti-Fingerprint-
Eigenschaften zu erreichen. Sofern eingesetzt, können die Hydrolyse und
Polykondensation der Silane in Anwesenheit von Mattierungsmitteln, z. B. mikroskaligen
SiO2- oder keramischen Pulvern erfolgen. Diese können aber auch später
zur Beschichtungszusammensetzung zugegeben werden.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Beschichtungszusammensetzung kann nach
üblichen Beschichtungsmethoden auf die metallische Oberfläche aufgebracht
werden. Anwendbare Techniken sind zum Beispiel das Tauchen, Gießen, Schleu
dern, Aufsprühen oder Aufstreichen. Besonders bevorzugt werden Tauchverfahren.
Die auf die metallische Oberfläche aufgetragene Beschichtungszusammensetzung
wird anschließend thermisch zu einer glasartigen Schicht verdichtet. Vor dieser
thermischen Verdichtung wird normalerweise eine Trocknung der Beschichtungs
zusammensetzung bei Raumtemperatur bzw. leicht erhöhter Temperatur (beispiels
weise einer Temperatur von bis zu 100°C, insbesondere bis zu 80°C) durchgeführt.
Obwohl sich die (End)temperatur bei der thermischen Verdichtung auch an der
Wärmebeständigkeit der metallischen Oberfläche orientieren muß, liegt diese
Temperatur in der Regel bei mindestens 400°C, insbesondere mindestens 500°C.
Wenn die metallische Oberfläche insbesondere bei diesen hohen Temperaturen
oxidationsempfindlich ist, empfiehlt es sich, die thermische Verdichtung in einer
sauerstofffreien Atmosphäre, z. B. unter Stickstoff oder Argon, durchzuführen.
Ebenso ist eine Verdichtung im Vakuum möglich. Die thermische Verdichtung kann
gegebenenfalls auch durch IR- oder Laser-Strahlung erfolgen. Es ist auch möglich,
durch selektive Wärmeeinwirkung strukturierte Überzüge herzustellen.
Die nach der thermischen Verdichtung erzielte Dicke der glasartigen Schicht sollte
erfindungsgemäß vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 µm, insbesondere 2 bis 7 µm
und besonders bevorzugt 3 bis 5 µm liegen.
Falls gewünscht kann auf die so hergestellte (in der Regel transparente und
farblose) glasartige Schicht (mindestens) eine weitere (glasartige) Schicht
aufgebracht werden, zum Beispiel eine funktionelle glasartige Schicht, wie sie in der
internationalen Patentanmeldung PCT/EP 94/03423 (entsprechend EP-A 729442)
oder in der DE-A-196 45 043 beschrieben ist. Bei dieser funktionellen glasartigen
Schicht kann es sich z. B. um eine farbige Schicht handeln. Da derartige gefärbte
glasartige Schichten mit Hilfe einer Beschichtungszusammensetzung hergestellt
werden, die zum Beispiel Precursoren für Metallkolloide enthalten, läßt sich dadurch
auch verhindern, daß die metallische Oberfläche die Reaktionen der Metallkolloid-
Precursoren etc. beeinträchtigt bzw. beeinflußt, da kein direkter Kontakt zwischen
der metallischen Oberfläche und der gefärbten glasartigen Schicht vorliegt. Eine
derartige gefärbte glasartige Schicht kann auf der erfindungsgemäß hergestellten
glasartigen Schicht dadurch vorgesehen werden, daß man den erfindungsgemäß auf
der metallischen Oberfläche vorgesehenen Überzug vor seiner thermischen
Verdichtung (und vorzugsweise nach seiner Trocknung bei Raumtemperatur oder
erhöhter Temperatur) mit der Beschichtungszusammensetzung für die gefärbt
glasartige Schicht versieht und die beiden Überzüge dann gemeinsam thermisch
verdichtet.
Die erfindungsgemäß verwendete Beschichtungszusammensetzung eignet sich
insbesondere zur Beschichtung der obengenannten Gegenständen, die eine
metallische Oberfläche aufweisen bzw. aus Metall bestehen. Weiter sind die
Schichten in der Regel glasklar und transparent und können so aufgetragen werden,
daß die metallische Oberfläche in ihrem Aussehen nicht verändert wird. So ist es
zum Beispiel möglich, auf Edelstahlbauteilen derartige Schichten aufzutragen, ohne
daß eine Veränderung des Aussehens eintritt. Die erfindungsgemäß verwendete
Beschichtungszusammensetzung eignet sich ganz besonders zur glättenden
Beschichtung von strukturierten metallischen Oberflächen, insbesondere aus
Edelstahl, wobei der dekorative Effekt der strukturierten metallischen Oberflächen
wegen der optisch neutralen Wirkung der Beschichtung erhalten bleibt. Durch die
glättende Beschichtung wird die strukturierte Oberfläche mit einem Überzug mit
ebener Oberfläche versehen.
Die metallische Oberfläche erhält eine witterungsbeständige, korrosionsinhibierende,
kratzunempfindliche und gegen Chemikalien beständige Beschichtung, die
insbesondere auch Verschmutzungen, z. B. durch Fingerabdrücke, Wasser, Öl, Fett,
Tensid und Staub, vermeiden hilft. Die Beschichtung eignet sich zum Beispiel gut für
eine sogenannte Anti-Fingerprint-Ausrüstung. Insbesondere bei strukturierten me
tallischen Oberflächen ist die Verbesserung in der Schmutz-abweisenden Wirkung
besonders groß und es wird außerdem eine verminderte Reibung erzielt.
Claims (13)
1. Verwendung einer Beschichtungszusammensetzung, die erhältlich ist durch ein
Verfahren umfassend die Hydrolyse und Polykondensation eines oder mehrerer
Silane der allgemeinen Formel (I)
RnSiX4-n (I)
worin die Gruppen X, gleich oder verschieden voneinander, hydrolysierbare Gruppen oder Hydroxylgruppen sind, die Reste R, gleich oder verschieden voneinander, für Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen und Aryl-, Aralkyl- und Alkarylgruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen stehen und n 0, 1 oder 2 bedeutet, mit der Maßgabe, daß mindestens ein Silan mit n = 1 oder 2 verwendet wird, oder davon abgeleiteter Oligomere, in Anwesenheit
RnSiX4-n (I)
worin die Gruppen X, gleich oder verschieden voneinander, hydrolysierbare Gruppen oder Hydroxylgruppen sind, die Reste R, gleich oder verschieden voneinander, für Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen und Aryl-, Aralkyl- und Alkarylgruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen stehen und n 0, 1 oder 2 bedeutet, mit der Maßgabe, daß mindestens ein Silan mit n = 1 oder 2 verwendet wird, oder davon abgeleiteter Oligomere, in Anwesenheit
- a) nanoskaliger SiO2-Teilchen und/oder
- b) mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Oxide und Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle,
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungs
zusammensetzung zusätzlich mikroskaliges SiO2- oder Keramikpulver als
Mattierungszusatz enthält.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2 als glättende Beschichtung einer
strukturierten metallischen Oberfläche.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als optisch neutrale
Beschichtung einer metallischen Oberfläche.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Schmutz-abweisende,
reibungsvermindernde, kratzfeste und/oder abriebfeste Beschichtung.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für die Herstellung glasartiger
Oberflächenschichten auf Bauwerken und Teilen davon; Fortbewegungs- und
Transportmitteln und Teilen davon; Arbeitsgerätschaften, Vorrichtungen und
Maschinen für gewerbliche bzw. industrielle Zwecke und Forschung sowie Teilen
davon; elektrischen und elektronischen Schaltungen und Bauteilen und Teilen
davon; Haushaltsgegenständen und Arbeitsgerätschaften für den Haushalt
sowie Teilen davon; Ausrüstung, Geräten und Hilfsmitteln für Spiel, Sport und
Freizeit und Teilen davon; sowie Geräten, Hilfsmitteln und Vorrichtungen für
medizinische Zwecke und Kranke.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Beschichtung einer durch
Aufrauhen, z. B. mittels Sandstrahlen, Glasperlenstrahlen oder Bürsten, Ätzen,
Bestrahlen mit Laserlicht oder Prägen strukturierten metallischen Oberfläche.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Beschichten einer
metallischen Oberfläche aus Aluminium, Zinn, Zink, Chrom, Nickel, (Edel)stahl,
Messing oder Bronze, insbesondere Stahl und Edelstahl.
9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hydrolyse und Polykondensation eines oder mehrerer Silane in
Anwesenheit a) der nanoskaligen SiO2-Teilchen und b) mindestens einer
Verbindung aus der Gruppe der Oxide und Hydroxide der Alkali- und
Erdalkalimetalle durchgeführt werden.
10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide und
Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle mindestens ein Oxid bzw. Hydroxid
von Li, Na, K, Mg, Ca oder Ba umfaßt.
11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung
aus Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid ausgewählt wird.
12. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Alkalimetalloxid bzw. -hydroxid in einer solchen Menge
eingesetzt wird, daß das Atomverhältnis Si : Alkalimetall im Bereich von 20 : 1 bis
7 : 1, insbesondere von 15 : 1 bis 10 : 1, liegt.
13. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Durchschnittswert von n in den Ausgangssilanen der
allgemeinen Formei (I) 0,2 bis 1,5, insbesondere 0,5 bis 1,0, beträgt.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: ENDRES, KLAUS, 66424 HOMBURG, DE Inventor name: KOCH, THOMAS, 66125 SAARBRUECKEN, DE Inventor name: MENNIG, MARTIN, 66287 QUIERSCHIED, DE Inventor name: NIEGISCH, NICO, 66125 SAARBRUECKEN, DE Inventor name: SCHMIDT, HELMUT, 66130 SAARBRUECKEN, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LEIBNIZ-INSTITUT FUER NEUE MATERIALIEN GEMEINN, DE |
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8131 | Rejection |