DE102004001536A1

DE102004001536A1 - Verfahren zur Herstellung von mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung versehenen Oberflächen

Info

Publication number: DE102004001536A1
Application number: DE200410001536
Authority: DE
Inventors: Gerd Brammer
Original assignee: KRD SICHERHEITSTECHNIK GmbH
Current assignee: KRD SICHERHEITSTECHNIK GmbH
Priority date: 2004-01-10
Filing date: 2004-01-10
Publication date: 2005-08-04

Abstract

Verfahren zum Versehen von Oberflächen, die mit üblichen Topcoats auf Silikatbasis beschichtbar sind, mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung, bei dem Silanmoleküle der allgemeinen Formel X - A - Si - R¶1¶R¶2¶R¶3¶ durch Ausbildung kovalenter Bindungen mit zuvor aktivierten, hydrophil funktionalisierten Gruppen direkt oder indirekt in oder am Topcoat immobilisiert werden. Bei den verwendeten Silanmolekülen ist X ein fluorierter, verzweigter oder unverzweigter Alkylrest der Summenformel C¶n¶F¶2n+1¶, A ein Alkylrest, Si ein Siliziumatom, R¶1¶ = -H, -OCH¶3¶ oder -OCH¶2¶CH¶3¶, R¶2¶ = -H, -OCH¶3¶ oder -OCH¶2¶CH¶3¶ und R¶3¶ = -OCH¶3¶ oder -OCH¶2¶CH¶3¶.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versehen von Oberflächen mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung gemäß Anspruch 1.
Im öffentlichen Raum zugängliche Oberflächen sind häufig Ziel von Verunstaltungen durch sogenannte Graffitis, die in der Regel mit Lacksprühdosen aufgetragen werden. Nahezu ebenso häufig kommen Verunstaltungen durch Bewurf mit Farbbeuteln oder Beschriftung mit wasserfesten Farbstiften vor, wobei diese Arten der Verunstaltung im folgenden ebenfalls unter dem Oberbegriff "Graffiti" zusammengefaßt werden. Insbesondere Lärmschutzwände, Telefonzellen, Eisen- und Straßenbahnwaggons, Automobile, Fassaden und Unterführungen sind hierdurch betroffen.
Die Reinigung dieser Oberflächen verursacht häufig hohe Kosten. In vielen Fällen läßt sich die aufgetragene Farbe nicht entfernen, ohne die betreffende Oberfläche zu beeinträchtigen oder sogar zu beschädigen.

Es gibt daher Bestrebungen, gefährdete Oberflächen mit geeigneten Beschichtungen zu versehen, die eine Haftung der aufgetragenen Farbe vermindern bzw. die Reinigung der Oberfläche erleichtern. Ein solches Verfahren ist z.B. aus der EP 0628610 bekannt, die die Verwendung von Beschichtungsmitteln, bestehend aus organischen Molekülen zur Herstellung von kratzfesten und schmutzabweisenden Beschichtungen auf einem Kunststoff-Formkörper, beschreibt.

Die dabei verwendeten fluoralkylgruppenhaltigen Monomere verbessern die Reinigungseigenschaften der Oberflächen.

Nachteilig ist, dass sich diese Beschichtung nur für Kunststoff-Oberflächen eignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Versehen von Oberflächen mit einer Antigraffiti-Ausrüstung zur Verfügung zu stellen, das sich für eine Vielzahl von Oberflächen eignet und gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen verbesserte Anti-Graffiti-Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Versehen von Oberflächen, die mit üblichen Topcoats auf Silikatbasis beschichtbar sind, mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung vorgesehen.

Bei diesen Topcoats auf Silikatbasis handelt es sich um Lacke oder Beschichtungen, die z.B. routinemäßig für die Veredelung von Acrylglasplatten ("Plexiglas") verwendet werden. Dabei werden diese Topcoats in Hinblick auf Eigenschaften ausgewählt, die den zu beschichtenden Oberflächen eine höhere Oberflächenhärte verleihen, sie feuerfest machen oder vor UV-Strahlung schützen. Überdies werden die Topcoats auch in Hinblick darauf ausgewählt, dassdass sie bestimmte funktionelle Gruppen aufweisen, die sich als Reaktionspartnern für die Agentien eignen, die den Oberflächen die eigentlichen Anti-Graffiti-Eigenschaften verleihen sollen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, Silanmoleküle der allgemeinen Formel X - A - Si - R₁R₂R₃ durch Ausbildung kovalenter Bindungen mit zuvor aktivierten, hydrophil funktionalisierten Gruppen direkt oder indirekt in oder am Topcoat zu immobilisieren.

Dabei ist X ein fluorierter, verzweigter oder unverzweigter Alkylrest der Summenformel C_nF_2+n, A ein Alkylrest, Si ein Siliziumatom, R₁ ein Wasserstoff-, Methoxy- oder Ethoxyrest (-H, -OCH₃, oder -OCH₂CH₃), R₂ ein Wasserstoff-, Methoxy- oder Ethoxyrest und R₃ ein Methoxy- oder Ethoxyrest.

Die Bindungen der hydrophil funktionalisierten Gruppen mit den Silanmolekülen können z.B. durch Hydrolyse oder Alkoholyse eingegangen werden. Letzteres ist z.B. dann der Fall, wenn ein Silanmolekül, das an R₁, R₂ und/oder R₃ einen alhoholischen Methoxy- oder Ethoxyrest aufweist, direkt an das Topcoat gebunden werden soll.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass die Oberflächen zunächst mit dem Topcoat beschichtet werden. Anschließend werden die funktionellen Gruppen des Topcoats durch geeignete Methoden aktiviert, so dass sie unter bestimmten Bedingungen Bindungen mit geeigneten Reaktionspartnern eingehen können. Die Aktivierung kann dabei einerseits darauf zielen, die sterische Ausrichtung der funktionellen Gruppen so zu verändern, dass sie für eine Bindungsreaktion leichter zugänglich sind, andererseits kann die Aktivierung aber auch darauf zielen, die funktionellen Gruppen chemisch zu aktivieren (z.B. durch Protonierung oder katalytische Aktivierung).

Nach der Aktivierung werden die mit dem Topcoat beschichteten Oberflächen in Kontakt mit einer Lösung gebracht, die die erwähnten Silanmoleküle enthält. Dabei ist die vorherige Aktivierung der funktionellen Gruppen des Topcoats Voraussetzung dafür, dass diese kovalente Bindungen mit den Silanmolekülen eingehen können.

Nach der Inkubation wird ggf. die überschüssige Silanlösung entfernt, die Oberflächen anschließend zur Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen den funktionellen Gruppen der Oberflächen und den Silanen einer thermischen Behandlung unterzogen und die Oberflächen werden gegebenenfalls poliert. Die thermische Behandlung kann z.B. für 2 h bei 80°C in einem Umluftofen erfolgen.

Wie weiter unten ausführlicher dargestellt, sind die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Silanmoleküle bereits bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sicher, dass die Silanmoleküle kovalente Bindungen mit der zu beschichtenden Oberfläche ausbilden, in dem es einerseits die Verwendung eines Topcoats auf Silikatbasis vorsieht, und andererseits die Aktivierung der funktionellen Gruppen vorsieht, die dergestalt in die Lage versetzt werden, kovalente Bindungen mit den Silanmolekülen auszubilden.

Daher gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren, dass die Silanmoleküle polar auf der Oberfläche ausgerichtet werden und ein Monolayer ausbilden können, bei dem die Fluorid-Reste von der Oberfläche weg weisen – ganz so, wie es für eine optimale Herabsetzung der Oberflächenspannung erforderlich ist. Durch die kovalente Bindung bilden die Silanmoleküle überdies so eine widerstandsfähige, dauerhafte Beschichtung.

Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden, dass die an die Oberfläche gebundenen Silanmoleküle Polymere ausbilden, was zu einer Schlierenbildung führen würde. Diese würde insbesondere bei durch sichtigen Oberflächen eine Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften darstellen, ist aber auch bei nicht durchsichtigen Oberflächen unerwünscht.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zunächst hydrophil funktionalisierte Kleinstpartikel aktiviert werden, so dass sie unter bestimmten Bedingungen Bindungen mit geeigneten Reaktionspartnern eingehen können.

Die aktivierten Kleinstpartikel werden dann in Kontakt mit einer Lösung gebracht, die die bereits beschriebenen Silanmoleküle enthält. Dabei ist die hydrophile Funktionalisierung der Kleinstpartikel Voraussetzung dafür, dass diese kovalente Bindungen mit den Silanmolekülen eingehen können. Die Funktionalisierung kann z.B. darin bestehen, dass die Kleinstpartikel bestimmte funktionelle Gruppen auf ihrer Oberfläche aufweisen, die in der Lage sind, durch Hydrolyse oder Alkoholyse kovalente Bindungen mit Silanmolekülen einzugehen, die alkoholische Methoxy- oder Ethoxyreste aufweisen.

Zur Ausbildung der kovalenten Bindungen zwischen den funktionellen Gruppen der Partikel und den Silanmolekülen kann vorgesehen sein, dass das Gemisch nach der Inkubation einer thermischen Behandlung unterzogen wird.

Anschließend wird ggf. überschüssige Lösung entfernt, die Kleinstpartikel mit dem Topcoat vermischt und die Oberflächen mit dem Gemisch beschichtet. In einem weiteren Schritt kann vorgesehen sein, dass die beschichteten Oberflächen einer thermischen Behandlung unterzogen werden, zum Beispiel um das Topcoat auszuhärten. Anschließend kann vorgesehen sein, dass die beschichteten Oberflächen poliert werden.

Die beschriebene Ausgestaltung gewährleistet im Unterschied zu der zuvor geschilderten Ausgestaltung eine bessere Immobilisierung der Silanmoleküle auf der zu beschichtenden Oberfläche, da diese kovalent an die in den Topcoat ein gebetteten Kleinstpartikel gebunden werden. Hinzu kommt, dass die Anti-Graffiti-Eigenschaften der beschichteten Oberfläche auch in Bereichen, die einem starken Abrieb ausgesetzt sind, lange erhalten bleiben, da die Silanmoleküle über die mit dem Topcoat vermischten Kleinstpartikel in der gesamten Tiefe des Topcoats eingebettet sind. Selbst bei Abrieb der oberen Schicht des Topcoats weist die dabei zu Tage tretende neue Oberfläche des Topcoats Silanmoleküle auf.

Die Bindungseigenschaften der verwendeten Silanmoleküle lassen sich in beiden Ausgestaltungen durch geeignete Wahl der Reste R₁, R₂ und R₃ an die funktionellen Gruppen des Topcoats bzw. der Kleinstpartikel anpassen. Durch Wahl einer bestimmten Kettenlänge des Alkylrests A läßt sich in der zuerst erwähnten Ausgestaltung überdies die Dicke der Beschichtung beeinflussen.

Geeignete Kettenlängen des Alkylrests A liegen in beiden Ausgestaltungen im Bereich zwischen 1 und 20 C-Atomen, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 10 C-Atomen. Besonders bevorzugt sind Alkylreste mit einer Länge zwischen 1 und 5 C-Atomen.

Durch geeignete Wahl des fluorierten Alkylrests X lassen sich in beiden Ausgestaltungen die schmutzabweisenden Eigenschaften der Silanmoleküle beeinflussen, insbesondere die Anti-Graffiti-Eigenschaften. Dies beruht darauf, dass fluorierte Alkyle einer Oberfläche aufgrund der hohen Elektronegativität der Fluorid-Reste eine sehr geringe Oberflächenspannung verleihen.

Farben und Lacke haften auf einer solchermaßen modifizierten Oberfläche nicht und lassen sich mühelos wieder abwischen. Selbst Sprühlacke aus handelüblichen Lacksprühdosen haften auf einer solchen Oberfläche nicht. Hinzu kommt, dass der aufgesprühte Lack unmittelbar nach dem Aufsprühen Falten aufwirft und eine inhomogene Textur ausbildet. Die aufsprühende Person merkt also unmittelbar während des Sprühens, dass der Lack nicht wie gewohnt haften wird. Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren modifizierte Oberfläche kann also einen abschreckenden Effekt auf Sprayer haben, der z.B. durch entsprechende Kennzeichnung der Oberfläche noch verstärkt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des beschriebenen Kleinstpartikel-Verfahrens ist darüber hinaus ggf. vorgesehen, dass die funktionellen Gruppen des Topcoats vor der Beschichtung der Oberfläche aktiviert werden. Ziel dieser Aktivierung ist es, dass die funktionellen Gruppen des Topcoats unter bestimmten Bedingungen Bindungen mit den Kleinstpartikeln eingehen können. Auf diesen Schritt kann jedoch verzichtet werden, wenn das Topcoat bereits ohne Aktivierung in der Lage ist, diese Bindungen einzugehen.

In einem weiteren Schritt ist vorgesehen, dass die noch freien funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel nach Inkubation mit den Silanmolekülen erneut aktiviert werden, um Bindungen mit dem Topcoat eingehen zu können. Auch auf diesen Schritt kann verzichtet werden, wenn die Bedingungen so gewählt sind, dass die nach der Inkubation noch freien funktionellen Gruppen weiterhin aktiviert bleiben.

In einem weiteren zusätzlichen Schritt ist in dieser Ausgestaltung vorgesehen, die mit dem Topcoat beschichteten Oberflächen zur Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen den aktivierten funktionellen Gruppen der Partikel und den Silanmolekülen sowie den funktionellen Gruppen des Topcoats einer thermischen Behandlung zu unterziehen.

Wichtig ist in dieser Ausgestaltung, dass bei der Inkubation der Kleinstpartikel mit den Silanmolekülen durch Einstellung der Inkubationsbedingungen (Temperatur, Dauer, Katalysatoren etc.) sichergestellt wird, dass ein Teil der funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel ungebunden bleibt, damit diese dann in einem späteren Stadium Bindungen mit den funktionellen Gruppen des Topcoats eingehen können. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass 30–50 % der Bindungsstellen der Kleinstpartikel ungebunden bleiben.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Kleinstpartikel neben der Einbettung in den Topcoat auch kovalent an die funktionellen Moleküle des Topcoats zu binden und so sicher und dauerhaft zu immobilisieren. Damit wird die Abriebfestigkeit der Anti-Graffiti-Beschichtung weiter erhöht.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Kleinstpartikel-Verfahrens ist ebenfalls vorgesehen, dass die funktionellen Gruppen des Topcoats vor der Beschichtung der Oberfläche aktiviert werden, so dass sie unter bestimmten Bedingungen Bindungen eingehen können. Ebenso ist vorgesehen, dass die noch freien funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel nach Inkubation mit den Silanmolekülen erneut aktiviert werden. Auf beide Schritte kann, wie bereits zuvor erklärt, unter bestimmten Bedingungen verzichtet werden.

Überdies werden in dieser Ausgestaltung organofunktionelle Silanmoleküle mit mindestens zwei zur Bindung geeigneten funktionellen Gruppen verwendet, die unter bestimmten Bedingungen Bindungen mit noch freien funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel einerseits und mit den funktionellen Gruppen des Topcoats andererseits eingehen können.

Die organofunktionellen Silanmoleküle werden mit den ggf. erneut aktivierten silanisierten Kleinstpartikeln vermischt, das Gemisch wird thermisch behandelt und dann mit dem Topcoat vermischt. Dabei bilden sich kovalente Bindungen zwischen den organofunktionellen Silanmolekülen und den noch verbliebenen freien funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel aus. Anschließend werden die mit dem Topcoat beschichteten Oberflächen einer thermischen Behandlung un terzogen, um kovalente Bindungen zwischen den organofunktionellen Silanmolekülen und den funktionellen Gruppen des Topcoats auszubilden.

Auch in dieser Ausgestaltung ist es wichtig, dass bei der Inkubation der Kleinstpartikel sichergestellt wird, dass ein Teil der funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel ungebunden bleibt. Die Kleinstpartikel, die kovalent gebundene fluorierte Silanmoleküle tragen, sind folglich über die organofunktionellen Silanmoleküle kovalent an die Moleküle des Topcoats gebunden und daher sicher und dauerhaft immobilistert.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die verwendeten Kleinstpartikel aus Silikaten bestehen oder Silikate enthalten. Solche Kleinstpartikel sind kommerziell erhältlich und können aufgrund ihrer chemischen Modifizierbarkeit leicht mit den hydrophil funktionalisierten Gruppen ausgestattet werden.

In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die Kleinstpartikel einen mittleren Durchmesser zwischen 5 nm und 25 μm aufweisen. Dabei stellt die optimale Große der Kleinstpartikel einen Kompromiß dar, der unter Berücksichtigung verschiedener Aspekte getroffen werden muß. Kleinstpartikel, die einen Durchmesser von weniger als einem μm aufweisen, werden auch als Nanopartikel bezeichnet, da sich ihr Durchmesser im Nanometerbereich bewegt.

Kleinstpartikel mit einem geringen Durchmesser weisen eine bessere Dispergierbarkeit im Topcoat auf als Kleinstpartikel mit einem großen Durchmesser. Es werden daher bevorzugt Kleinstpartikel verwendet, deren mittlerer Durchmesser kleiner ist als 10 μm.

Kleinstpartikel mit einem geringen Durchmesser weisen zudem ein günstigeres Oberflächen-Volumen-Verhältnis auf, d.h. es können mehr Silanmoleküle pro Volumeneinheit auf den Kleinstpartikeln immobilisiert werden. Um den resultierenden Anti-Graffitti-Effekt zu maximieren, werden daher Kleinstpartikel bevorzugt, deren mittlerer Durchmesser kleiner ist als 2 μm.

Die optische Beeinflussung des Topcoats soll häufig möglichst gering gehalten werden. Bei Topcoats, die hohen optischen Ansprüchen genügen müssen, müssen daher Kleinstpartikel verwendet werden, deren mittlerer Durchmesser unterhalb des Wellenlängenbereichs des sichtbaren Lichtes liegt, also etwa unterhalb von 400 nm.

Dabei sind der minimalen Größe der Kleinstpartikel durch Fertigungs- und Kostengründe Grenzen gesetzt. Der kleinste realisierbare, wirtschaftlich sinnvolle Durchmesser liegt bei ca. 5 nm. Für den Fall, dass die optischen Eigenschaften des Topcoats nur eine geringe Rolle spielen, kann der kleinste mittlere Durchmesser jedoch oberhalb von 400 nm liegen. Für den Fall, dass eine Maximierung des Anti-Graffitti-Effekts nicht erforderlich ist oder eine Trübung der Oberfläche gewünscht ist, kann der kleinste mittlere Durchmesser sogar oberhalb von 2 μm liegen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung zu versehende Oberfläche eine Metalloberfläche, eine Keramikoberfläche oder eine Glasoberfläche ist. Solche Oberflächen sind mit üblichen Topcoats auf Silikatbasis beschichtbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung zu versehende Oberfläche eine Kunststoffoberfläche ist. Besonders bevorzugt sind dabei Acrylkunststoff-Oberflächen, insbesondere Poly(methyl methacrylat)-Oberflächen, und Polycarbonat-Oberflächen. Solche Oberflächen sind ebenfalls mit üblichen Topcoats auf Silikatbasis beschichtbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung der Oberflächen mit dem Topcoat mittels Besprühen, Eintauchen, Fluten, Plasma-CVD, Plasma-PVD, Rakeln oder Roll-Coating erfolgt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass auf die Oberfläche vor Beschichtung mit dem Topcoat ein Primer aufgetragen wird.

Der Topcoat kann so gewählt sein, dass er der Oberfläche kratzfeste Eigenschaften verleiht, sie vor UV-Strahlung schützt und/oder ihr feuerhemmende Eigenschaften verleiht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die funktionellen Gruppen des Topcoats bzw. der Kleinstpartikel OH-, Carbonyl- und/oder Carboxylgruppen sind. Diese eignen sich zur Ausbildung von kovalenten Bindungen mit den gemäß Anspruch 1 verwendeten Silanen.

Die Aktivierung der funktionellen Gruppen des Topcoats bzw. der Kleinstpartikel, die eine Ausbildung der kovalenten Bindungen mit den Silanmolekülen erleichtert, erfolgt bevorzugt durch Behandlung mit einer Lauge. Besonders bevorzugt ist dabei die Behandlung mit KOH. Weitere bevorzugte Methoden zur Aktivierung der funktionellen Gruppen des Topcoats sind Plasmabehandlung, Coronabehandlung oder Beflammung.

Durch die Wahl geeigneter funktioneller Gruppen des Topcoats bzw. der Kleinstpartikel sowie die erfindungsgemäße Aktivierungsmethode wird sichergestellt, dass die Silanmoleküle über die funktionellen Gruppen effektiv an die Oberfläche gebunden werden und eine dauerhaft fixierte widerstandsfähige Beschichtung ausbilden.

Die auf die mit dem aktivierten Topcoat beschichtete Oberfläche aufzutragende Silanlösung wird bevorzugt durch Fluten, Besprühen oder Eintauchen auf die Oberfläche aufgebracht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei dem verwendeten Silan um CF₃(CF₂)₅(CH₂)₂-Si-(OCH₂CH₃)₃ (Tridecafluoroctyltriethoxysilan) handelt. Sein zentrales Siliziumatom ist mit drei Ethoxy-Resten substituiert, die bei geeigneten Bedingungen mit OH-Gruppen der Topcoat-beschichteten, aktivierten Oberfläche unter Alkoholyse und Freisetzung jeweils eines Ethanol-Moleküls kovalente Bindungen ausbilden.

Der hohe Fluorierungsgrad des Alkylrestes führt zu einer starken Herabsetzung der Oberflächenspannung einer mit diesem Molekül beschichteten Oberfläche. Es lassen sich dabei Oberflächenspannungen von weniger als 18 mN/m erreichen. Eine solchermaßen modifizierte Oberfläche besitzt hervorragende Wasser- und lackabweisende Eigenschaften. Zum Vergleich: Der für seine geringe Oberflächenspannung bekannte Kunststoff PTFE (Teflon) besitzt an sich bereits eine Oberflächenspannung von 22,5 mN/m.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Silanlösung außerdem eine Säure und/oder einen Alkohol enthält. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei der Säure um Salzsäure und/oder bei dem Alkohol um Ethanol handelt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die überschüssige Silanlösung vor der thermischen Behandlung durch Abwischen, Absaugen und/oder Abblasen entfernt wird. Ein solcher Schritt ist erforderlich, um zu verhindern, dass nicht vollständig entfernte freie Silanlösung bei der anschließenden thermischen Behandlung trübe Reste ausbildet, die nur sehr schwierig zu entfernen sind und die Oberfläche optisch stark beeinträchtigen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Bauelement mit einer Oberfläche vorgesehen, die nach einem Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung versehen wurde. Prinzipell kommt hier jedes Bauelement in Betracht, das ein potentielles Ziel einer Verunstaltung durch Graffitis sein kann – also insbesondere jedes im öffentlichen Raum zugängliche Bauelement – und dessen Oberfläche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtbar ist. Solche Bauelemente können insbesondere Platten sein, aber auch Formkörper, Profile, Kacheln, Glasbausteine, ziegelförmige Elemente und dergleichen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, solche Bauelemente für die Herstellung von Lärmschutzwänden, Telefonzellen, Eisen- und Straßenbahnwaggons oder Automobilen sowie im Messebau, für die Verkleidung von Fassaden oder für den Bau von Unterführungen zu verwenden.

Im Folgenden ist ein Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt:

1. Die Oberfläche einer mit einem Topcoat auf Silikatbasis beschichteten Poly(methyl methacrylat)-Platte wird mit einer 2.5 %igen, ethanolischen Kaliumhydroxidlösung beflutet und mit dieser 15 Minuten lang inkubiert.
2. Anschließend wird die Oberfläche mit vollentsalztem Wasser so lange gewaschen, bis das abtropfende Wasser einen neutralen pH-Wert erreicht.
3. Die Oberfläche wird mit einer Silanlösung beflutet, die folgende Komponenten enthält:

CF₃(CF₂)₅(CH₂)₂-Si-(OCH₂CH₃)₃ (Tridecafluor-octyltriethoxysilan) 0.5 Teile

HCl: 0,1 Teile

VE Wasser: 10 Teile

Ethanol: 89,4 Teile
4. Anschließend wird die Oberfläche mit einem mit Silanlösung angefeuchteten (nicht nassen oder trockenen!), staubfreien, weichen Tuch sorgfältig eingearbeitet, um überschüssige Silanlösung zu entfernen.
5. Das so beschichtete und abgewischte Substrat wird zum thermischen Aushärten bei 80°C für 2h in einen Umluftofen gestellt.
6. Das Substrat kann anschließend mit einer geeigneten Schutzfolie kaschiert werden und ist für den weiteren Gebrauch bereit.

In den Abbildungen sind beispielhaft Oberflächen gezeigt, die mit jeweils einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt worden sind.
1 zeigt eine Oberfläche 11, die mit einem Topcoat 12 auf Silikatbasis beschichtet worden ist. An das Topcoat 12 sind über seine zuvor aktivierten funktionellen Gruppen Silanmoleküle 13 der allgemeinen Formel X - A - Si - R₁R₂R₃ gebunden worden. Dabei kann es sich bei den funktionellen Gruppen des Topcoats z.B. um OH-Gruppen handeln und bei mindestens einem der Reste R1, R2 oder R3 um einen Ethoxyrest. Die Ausbildung der kovalenten Bindung findet folglich unter Abspaltung mindestens eines Ethanolmoleküls statt. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sicher, dass die hydrophoben Fluoralkylreste der gebundenen Silanmoleküle von der Oberfläche weg weisen.
2 zeigt eine Oberfläche 21, die mit einem Topcoat 22 auf Silikatbasis beschichtet worden ist. Das Topcoat 22 ist zuvor mit Kleinstpartikeln 23 vermischt worden, die über ihre zuvor aktivierten funktionellen Gruppen Silanmoleküle 24 der allgemeinen Formel X - A - Si - R₁R₂R₃ gebunden haben. Funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel 23, die keine Silanmoleküle 24 gebunden haben, können kovalente Bindungen 25 mit geeigneten funktionellen Gruppen des Topcoats ausbilden. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sicher, dass hydrophobe Fluoralkylreste der gebundenen Silanmoleküle sowohl an der Oberfläche des Topcoats als auch im Topcoat selbst angeordnet sind. Die Anti-Graffitti-Eigenschaften der Beschichtung bleiben also auch bei Abrieb der oberen Schichten des Topcoats erhalten.

Claims

Verfahren zum Versehen von Oberflächen, die mit üblichen Topcoats auf Silikatbasis beschichtbar sind, mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung, bei dem Silanmoleküle der allgemeinen Formel X - A - Si - R₁R₂R₃, wobei X ein fluorierter, verzweigter oder unverzweigter Alkylrest der Summenformel C_nF_2n+1 ist, A ein Alkylrest ist, Si ein Siliziumatom ist, R₁ = -H, -OCH₃, oder -OCH₂CH₃ ist, R₂ = -H, -OCH₃, oder -OCH₂CH₃ ist, und R₃ = -OCH₃, oder -OCH₂CH₃ ist, durch Ausbildung kovalenter Bindungen mit zuvor aktivierten, hydrophil funktionalisierten Gruppen direkt oder indirekt in oder am Topcoat immobilisiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem a) die Oberflächen mit dem Topcoat beschichtet werden, b) die funktionellen Gruppen des Topcoats aktiviert werden, dergestalt, dass sie unter bestimmten Bedingungen Bindungen mit geeigneten Reaktionspartnern eingehen können, c) die mit dem Topcoat beschichteten Oberflächen nach der Aktivierung in Kontakt mit einer Lösung gebracht werden, die die Silanmoleküle der allgemeinen Formel X - A - Si - R₁R₂R₃ enthält, d) ggf. überschüssige Lösung nach der Inkubation entfernt wird, e) die Oberflächen anschließend zur Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen den funktionellen Gruppen der Oberflächen und den Silanen einer thermischen Behandlung unterzogen werden, f) und die Oberflächen ggf. poliert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem a) hydrophil funktionalisierte Kleinstpartikel aktiviert werden, dergestalt, dass sie unter bestimmten Bedingungen Bindungen mit geeigneten Reaktionspartnern eingehen können, b) die aktivierten Kleinstpartikel in Kontakt mit einer Lösung gebracht werden, die die Silanmoleküle der allgemeinen Formel X - A - Si - R₁R₂R₃ enthält, c) das Gemisch zur Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen den funktionellen Gruppen der Partikel und den Silanmolekülen nach der Inkubation ggf. einer thermischen Behandlung unterzogen wird, d) ggf. überschüssige Lösung entfernt wird, e) die Kleinstpartikel mit dem Topcoat vermischt und die Oberflächen mit dem Topcoat beschichtet werden, f) die mit dem Topcoat beschichteten Oberflächen ggf. einer thermischen Behandlung unterzogen werden, und g) die Oberflächen ggf. poliert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem außerdem a) die funktionellen Gruppen des Topcoats vor der Beschichtung der Oberfläche ggf. aktiviert werden, dergestalt, dass sie unter bestimmten Bedingungen Bindungen mit den Kleinstpartikeln eingehen können, b) die noch freien funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel nach Inkubation mit den Silanmolekülen ggf. erneut aktiviert werden, und c) die mit dem Topcoat beschichteten Oberflächen zur Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen den aktivierten funktionellen Gruppen der Partikel und den Silanmolekülen sowie den funktionellen Gruppen des Topcoats einer thermischen Behandlung unterzogen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem außerdem a) die funktionellen Gruppen des Topcoats vor der Beschichtung der Oberfläche ggf. aktiviert werden, dergestalt, dass sie unter bestimmten Bedingungen Bindungen eingehen können, b) die noch freien funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel nach Inkubation mit den Silanmolekülen ggf. erneut aktiviert werden, c) organofunktionelle Silanmoleküle mit mindestens zwei zur Bindung geeigneten funktionellen Gruppen, die unter bestimmten Bedingungen Bindungen mit noch freien funktionellen Gruppen der Kleinstpartikel einerseits und mit den funktionellen Gruppen des Topcoats andererseits eingehen können, mit den silanisierten Kleinstpartikeln vermischt werden, d) das Gemisch ggf. einer thermischen Behandlung unterzogen und danach e) mit dem Topcoat vermischt wird, und f) die mit dem Topcoat beschichteten Oberflächen zur Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen den organofunktionellen Silanmolekülen und den funktionellen Gruppen des Topcoats einer thermischen Behandlung unterzogen werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Kleinstpartikel aus Silikaten bestehen oder Silikate enthalten.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleinstpartikel einen mittleren Durchmesser zwischen 5 nm und 25 μm aufweisen.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung zu versehende Oberfläche eine Metalloberfläche, eine Keramikoberfläche oder eine Glasoberfläche ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung zu versehende Oberfläche eine Kunststoffoberfläche ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung zu versehende Kunststoffoberfläche eine Acrylkunststoff-Oberfläche ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung zu versehende Kunststoffoberfläche eine Poly(methyl methacrylat)-Oberfläche ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung zu versehende Kunststoffoberfläche eine Polycarbonat-Oberfläche ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Oberflächen mit dem Topcoat mittels Be sprühen, Eintauchen, Fluten, Plasma-CVD, Plasma-PVD, Rakeln oder Roll-Coating erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche vor Beschichtung mit dem Topcoat ein Primer aufgetragen wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Topcoat der Oberfläche kratzfeste Eigenschaften verleiht.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Topcoat die Oberfläche vor UV-Strahlung schützt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Topcoat der Oberfläche feuerhemmende Eigenschaften verleiht.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionellen Gruppen des Topcoats bzw. der Kleinstpartikel OH-, Carbonyl- und/oder Carboxylgruppen sind.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der funktionellen Gruppen des Topcoats bzw. der Kleinstpartikel durch Behandlung mit einer Lauge, insbesondere mit KOH erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der funktionellen Gruppen des Topcoats bzw. der Kleinstpartikel mittels Plasmabehandlung, Coronabehandlung oder Beflammung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 8–20, dadurch gekennzeichnet, dass die Silanlösung durch Fluten, Besprühen und/oder Eintauchen auf die Oberfläche aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem verwendeten Silan der Formel X - A - Si - R um CF₃(CF₂)₅(CH₂)₂-Si-(OCH₂CH₃)₃ (Tridecafluoroctyltriethoxysilan) handelt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Silanlösung außerdem eine Säure und/oder einen Alkohol enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Säure um Salzsäure und/oder bei dem Alkohol um Ethanol handelt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 8–24, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Silanlösung vor der thermischen Behandlung durch Abwischen, Absaugen und/oder Abblasen entfernt wird.
Bauelement mit einer Oberfläche, die nach einem Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche mit einer Anti-Graffiti-Ausrüstung versehen wurde.
Verwendung von Bauelementen gemäß Anspruch 26 für die Herstellung von Lärmschutzwänden und Telefonzellen, für die Herstellung von Eisen- und/oder Straßenbahnwaggons und/oder Automobilen, für den Messebau, für die Verkleidung von Fassaden und/oder für den Bau von Unterführungen.