Es
ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Beschichtungs-System
zu schaffen, welches als Einschicht-Verband, d.h. ohne Primer, eine
sehr gute Haftung auf zahlreichen Substraten besitzt und durch sehr
gute anti-adhäsive
Oberflächen-Eigenschaften gekennzeichnet
ist. Eine weitere Aufgabe dieser Beschichtung ist der Erhalt dieser
sehr guten Antihaft-Eigenschaften auch bei thermischer Belastung der
Schicht bei T ≥ 300°C.
Erfindungsgemäß und gemäß eines
ersten Aspekts wird diese Aufgabe durch die Kombination der klassischen
Sol/Gel-Chemie mit der Perfluorpolymer-Chemie und im speziellen
mit Schicht-Zusammensetzungen aus folgenden Komponenten gelöst:
- a) 5–40
Gew.-% eines oder einer Mischung mehrerer Metall- und/oder Halbmetall-Alkoxide(s) der allgemeinen
Formel M(OR1)n,
wobei
– M
B, Al, Si oder Ti ist;
– R1 Alkyl, Aryl, Acyl oder Alkoxyalkyl ist;
– n eine
ganze Zahl für
M = B, Al von 2 bis 3 und für
M = Si, Ti von 2–4
ist,,
sowie Hydrolyse- und/oder Kondensations-Produkten davon;
- b) 10–60
Gew.-% eines oder einer Mischung mehrerer funktionalisierter oder
nichtfunktionalisierter Organosilane der allgemeinen Formel R2 xSi(R3)4-x, wobei
– R2 Alkyl,
Alkenyl, Aryl, 3-Aminopropyl, 3-Glycidoxypropyl, 3-Methacryloxypropyl,
Aminoethylaminopropyl oder 3-Mercaptopropyl ist;
– R3 Alkoxy oder Aryloxy ist,
– x eine
ganze Zahl von 1 bis 3 ist,
sowie Mischungen von Hydrolyse-
und/oder Kondensations-Produkten mindestens zweier solcher Organosilane,
deren organische Reste miteinander reagieren können;
- c) 0–10
Gew.-% eines oder mehrerer fluorierter Polyether und/oder eines
oder mehrerer Organosilane mit fluorhaltiger Seitenkette;
- d) 30–70
Gew.-% eines Perfluorpolymeren oder einer Mischung aus mindestens
zwei Fluorpolymeren; und
- e) 0–10
Gew.-% einer löslichen
strukturviskosen Verbindung.
Die
einzelnen Komponenten sind sehr lagerstabil und über einen sehr weiten Zeitraum
einsetzbar. Die Reaktiv-Lösungen
werden durch Mischen der Einzelkomponenten erhalten. Es können auch Mischungen
der Komponenten a) bis c) als Sol/Gel-Komponente (A) und Mischungen
der Komponenten d) und e) als Fluorpolymer-Komponente (B) hergestellt
werden. Diese können
einzeln hergestellt und gelagert werden, um zu einem gegebenen Zeitpunkt
zu einer Beschichtungs-Zusammensetzung vermischt zu werden. Die
Erfindung umfasst daher auch die Komponenten (A) und (B) jeweils
getrennt.
Die
Mengenangaben sind auf die Gesamtmenge der Stoffe in der Beschichtungs-Zusammensetzung ohne
Lösungsmittel
bezogen. Zur Herstellung der Beschichtung und zur Auftragung werden die
einzelnen Komponenten in geeigneten Lösungsmitteln gelöst (siehe
Prinzip des Sol/Gel-Verfahrens oben). In der Lösung erreicht die Summe der
Bestandteile a) bis e) einen Anteil von 5–30 Gew.-%, bevorzugt 5–25 Gew.-%,
noch bevorzugter 10–20 Gew.-% an der Gesamtmasse
der Lösung.
Als
Lösungsmittel
können
alle Solventien zum Einsatz kommen, die mit Wasser und den verwendeten
Ausgangsverbindungen mischbar sind. Im Fall der Komponenten a) und
b) sind es normalerweise Ketone und Alkohole, wie z.B. Aceton, Butanon, Ethanol,
n-Propanol, iso-Propanol,
n-Butanol, Pentanol, 1-Methoxy-2-Propanol sowie deren Mischungen. Aufgrund
der Verträglichkeit
insbesondere mit den Komponenten d) haben sich niedere Alkohole,
wie Methanol und Ethanol, als besonders vorteilhaft erwiesen. Der
Einsatz der Fluorpolymere (Komponente d)) erfolgt vorrangig in Form
wäßriger Dispersionen.
Bevorzugt
wird die Komponente a) im Bereich von 5–30 Gew.-%, bevorzugter im
Bereich von 5–20
Gew.-%, die Komponente b) bevorzugt im Bereich von 10–45 Gew.-%,
bevorzugter im Bereich von 10–30
Gew.-%, die Komponente c) bevorzugt im Bereich von 0–7,5 Gew.-%,
bevorzugter im Bereich von 0.01–5
Gew.-%, die Komponente d) bevorzugt im Bereich von 35–65 Gew.-%,
bevorzugter im Bereich von 40–60
Gew.-% und die Komponente e) bevorzugt im Bereich von 0–7,5 Gew.-%,
bevorzugter im Bereich 0.01–5
Gew.-% eingesetzt.
Mögliche Vertreter
für die
Alkyl-Reste in den Resten R1, R2 und
auch für
die Alkylgruppierung in den Alkoxy-Resten für R3 sind
verzweigte oder unverzweigte C1 bis C8-Alkylreste,
bevorzugt Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, i-Propyl-, n-Butyl-, i-Butyl-
oder Octyl- Reste.
Für die
Alkoxy-Reste sind Methoxy und Ethoxy bevorzugt. Unter Aryl werden
analog obiger Ausführung
für die
Alkyl-Reste aromatische Ringsysteme, bevorzugt Phenyl oder Benzyl
verwendet. Für die
Alkenyl-Gruppierung kommt bevorzugt der Vinyl-Rest zum Einsatz.
Die Aryl- und Alkenyl-Reste können
wiederum mit Alkyl oder Alkoxy substituiert sein.
Die
entsprechend substituierten Verbindungen können auch mit unterschiedlichen
Resten substituiert sein. So kommen z.B. Dimethyl-, Diphenyl-, Phenylmethyl-,
Phenyldimethyl-, Diphenylmethyl-, Vinylmethyl-, Vinyldimethyl-,
Vinylphenyl-, Vinyldiphenyl-Verbindungen zum Einsatz.
Eine
strukturviskose Verbindung, wie sie im Merkmal e) der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
verwendet wird, ist eine rheologisch aktive Substanz, die unter
Einwirkung von Scherkräften
deutlich weniger viskos wird, bzw. ist. Bei Ausbleiben von Scherkräften steigt
die Viskosität
drastisch an, so dass zum einen ein „Weglaufen" der Lösung ausbleibt, und im Fall
der Erfindung die Fluorpolymer-Teilchen in Lösung bzw. in der Schwebe gehalten
werden, so dass keine Phasentrennung auftritt (Brock, T., Groteklaes,
M., Mischke, P., „Lehrbuch
der Lacktechnologie",
Vincentz, 1998 (Coatings Compendien), 1761). Als strukturviskose
Verbindung können
unter anderem beispielsweise Chitosan, eine Hydroxyalkyl-Cellulose
oder Mischungen davon eingesetzt werden.
Zur
Hydrolyse der Alkoxide und der Organosilane wird Wasser mindestens
halbstöchiometrisch bezogen
auf hydrolysierbare Gruppen, bevorzugt aber stöchiometrisch oder überstöchiometrisch
zugegeben, um eine vollständige
Hydrolyse zu gewährleisten.
Als Katalysatoren für
die Hydrolyse und Kondensation können
alle gängigen,
im System löslichen Säuren und
Basen eingesetzt werden. Bevorzugt wird die saure Katalyse. Hierfür können anorganische
Säuren,
wie z.B. Schwefel- oder Salzsäure, oder
organische Säuren,
wie z.B. Phthalsäure
oder Essigsäure,
verwendet werden.
Als
Metall- oder Halbmetall-Alkoxide werden bevorzugt Tetraalkoxysilane
und besonders bevorzugt Tetraethylorthosilikat („TEOS") eingesetzt. Als Organosilane eignen
sich besonders Alkyl- und Arylsilane ohne weitere funktionelle Gruppen,
aber auch Organylsilane mit funktionellen Gruppen, wie z.B. Epoxy-
oder Amino-Gruppen sind einsetzbar.
Als
Fluorpolymere kommen insbesondere Thermoplasten, bevorzugt Copolymere
aus Tetrafluorethylen und Perfluorvinylether (PFA), Copolymere aus
Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen (FEP), Copolymere aus Tetrafluorethylen
und Ethylen (ETFE) und Terpolymere aus Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen
und Vinylidenfluorid (THV) zum Einsatz. Die Perfluorpolymer-Komponente
kann Polytetrafluorethylen, aber auch Co- bzw. Terpolymere aus Tetrafluorethylen
und weiteren Perfluoralkenen sein.
Für die Herstellung
der Beschichtungs-Zusammensetzung werden die einzelnen Komponenten
a) bis e) zunächst
zu einer ausreichenden Menge Lösungsmittel,
bevorzugt bei Raumtemperatur, zugegeben. In der Lösung erreicht
die Summe der Bestandteile a) bis e) einen Anteil von 5–30 Gew.-%
an der Gesamtmasse der Lösung.
Zusätzlich
wird Säure oder
Base zugegeben. Bei Rühren über mehrere Stunden
laufen Hydrolyse- und Kondensations-Reaktionen ab und es erfolgt die Sol-Bildung.
Diese Beschichtungs-Zusammensetzung kann schließlich zur Beschichtung von
Substraten verwendet werden.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform können die
erfindungsgemäßen Reaktiv-Lösungen als Ein- oder Mehrkomponenten-Mischungen
hergestellt und eingesetzt werden.
Im
Fall der Einkomponenten-Mischungen werden die Komponenten a) und
b) bzw. bis c) in Gegenwart einer Komponente aus der Gruppe d) umgesetzt.
Bevorzugt
sind jedoch Zweikomponenten-Mischungen, die aus einer Sol/Gel-Komponente (A)
(die Komponenten aus den Gruppen a) bis c) enthält) und einer Fluorpolymer-Komponente (B) (die Komponenten
aus den Gruppen d) und e) enthält) bestehen.
Zur Herstellung der Sol/Gel-Komponente (A) werden die Komponenten
a) bis c) zu einer ausreichenden Menge Lösungsmittel zugegeben. Nach Zugabe
von Säure
oder Base erfolgt durch Rühren über mehrere
Stunden die Sol-Bildung. Die Komponenten d) und e) werden unabhängig davon
zu einer ausreichenden Menge Lösungsmittel
zugegeben und vermengt und bilden die Fluorpolymer-Komponente (B).
Die
erfindungsgemäßen Beschichtungs-Zusammensetzungen
werden durch einfaches Mischen der Komponenten (A) und (B) erhalten.
Bevorzugt ist der Einsatz von 30–70% der Komponente (A) und entsprechend
30–70%
der Komponente (B).
Diese
Zwei- oder Mehrkomponenten-Mischungen sind je nach Zusammensetzung
der Einzelkomponenten über
einen Monat stabil und einsatzbereit, und damit deutlich länger als
eine direkt einsatzbereite Beschichtungs-Zusammensetzung.
Gemäß eines
zweiten Aspektes stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Beschichten von Substraten mit Beschichtungs-Zusammensetzungen
bereit, bei dem mit den üblichen
Beschichtungs-Verfahren, wie Rakeln, Tauchen, Sprühen, Pinseln
usw., eine Beschichtungs-Zusammensetzung aufgebracht wird. Besonders
bevorzugt wird die Sprüh-Beschichtung, wobei
sowohl die HVLP- als auch die Mitteldruck-Technik angewendet werden kann.
Die
Beschichtungs-Zusammensetzung kann zum Beschichten von Substraten
verwendet werden. Beschichtet werden können zahlreiche verschiedene Substrate,
wie Metalle, Legierungen, Stein, Keramik, Glas usw., die höhere Einbrenn-Temperaturen
zulassen.
Die
Beschichtungs-Zusammensetzung kann bei 300–400°C über eine Zeitraum von 1 Minute
bis 1 Stunde, bevorzugt 5–15
Minuten, eingebrannt werden. Eine Fixierung bzw. Vortrockung der
Schicht kann bei 100–300°C, bevorzugt
150–200°C über einen
Zeitraum von 1 Minute bis 5 Stunden, bevorzugt 15–60 Minuten,
erfolgen.
Entscheidenden
Vorteil derartiger Beschichtungs-Zusammensetzungen z.B. gegenüber einer reinen
Fluorpolymer-Beschichtung ist die Tatsache, daß keine speziellen Vorbehandlungen
und insbesondere keine Primer- oder Zwischen-Schichten notwendig
sind. Die Haftung eines solchen Einschicht-Verbandes auf zahlreichen
Substraten ist sehr gut. Das Ergebnis sind im allgemeinen leicht opake
(leicht trübe)
Schichten mit sehr guten anti-adhäsiven Oberflächen-Eigenschaften, die
weder bei hoher thermischer noch bei mechanischer (abrasiver) Belastung
zurückgehen.
Die
resultierenden anti-adhäsiv
wirkenden Beschichtungs-Zusammensetzungen können in zahlreichen Bereichen
in Haushalt, Verkehr und insbesondere in der Industrie Verwendung
finden. Mögliche
Einsatzfelder sind z.B. im Küchen-Bereich,
speziell im Herd-Bereich (Antihaft-Innenverkleidung von Backröhren oder „easy-to-clean"-Beschichtung im Bereich
der Herdplatten). Der Mehrschicht-Aufbau bei PTFE-beschichteten
Pfannen und Backblechen kann auf ein Einschicht-System reduziert
bzw. vereinfacht werden.
Weitere
Einsatzmöglichkeiten
sind im Bereich der trennmittelfreien Entformung zu sehen. Des weiteren
bestehen Möglichkeiten
der Anwendung im Außenbereich
(Klimastabilität).
Und auch im Bereich der Chemie-Anlagen und ganz besonders im Industrie-Bereich,
wo hohe Temperaturen, entweder über das
Medium oder den Reaktions-Verlauf, erzielt werden, trotzdem aber
eine Antihaft- bzw. „easy-to-clean"-Wirkung gewünscht ist,
sind Anwendungsfelder derartiger Beschichtungs-Systeme zu sehen.
Somit
besteht mit den erfindungsgemäßen Beschichtungs-Zusammensetzungen
die Möglichkeit,
Schutzschichten zu erzeugen, die sich durch sehr gute anti-adhäsive Oberflächen-Eigenschaften auszeichnen.
Das
besondere Merkmal dieser Schichten ist die Tatsache, daß diese
sehr guten Antihaft-Eigenschaften
auch bei Temperatur-Belastung der Schichten von T ≥ 300°C und auch
bei abrasiver Beanspruchung der Schichten stabil bleiben.
Ausführungsbeispiele
Im
folgenden werden Beispiele zunächst
für mögliche Zusammensetzungen
der einzelnen Komponenten vorgestellt. Dem schließen sich
Beispiele für
die Reaktiv-Lösungen
an. Die Beschichtungen erfolgen mittels Sprüh-Technik auf Aluminium-Prüfblechen
(Q-Panels der Fa. Pausch Meßtechnik).
Beispiel 1
Herstellung der Sol/Gel-Komponente
In
einem 1-Liter-Glasgefäß, das mit
Rührer versehen
ist, werden 450ml Ethanol vorgelegt. Unter Rührung werden bei Raumtemperatur
innerhalb von 20 Minuten 120 ml Tetraethylorthosilikat („TEOS") und 60 ml Methyl-triethoxysilan
zugegeben. Dem schließt
sich die Zufuhr von 60 ml 0,1n HCl-Lösung an. Das Gemisch wird anschließend noch
3 Stunden gerührt
und vor dem Einsatz 3 Tage gelagert. Es wird eine klare Sol/Gel-Lösung erhalten.
Beispiel 2
Herstellung der Sol/Gel-Komponente
unter Verwendung eines fluorierten Polyethers
Die
Verfahrensweise aus Beispiel 1 wird im wesentlichen beibehalten.
In einem 1-Liter-Glasgefäß werden
560 ml Ethanol vorgelegt. Unter Rührung bei Raumtemperatur erfolgt
die Zugabe von 20 ml einer 1%-igen Lösung des Perfluorpolyethers „Fluorolink
S10" in iso-Propanol. Dem schließt sich
ebenfalls unter Rühren
innerhalb von 30 Minuten die aufeinanderfolgende Zugabe von 80 ml
Tetraethylorthosilikat („TEOS"), 40 ml Methyltriethoxysilan
und 20 ml Glycidoxypropyl-trimethoxysilan („Glymo") an. Nach der abschließenden Zufuhr
von 80 ml einer 0,1n Essigsäure-Lösung wird
das Gemisch noch weitere 3 Stunden gerührt und vor dem weiteren Einsatz
3 Tage gelagert. Das Ergebnis ist eine klare und farblose Sol/Gel-Lösung.
Beispiel 3
Herstellung
der Perfluorpolymer-Komponente
In
einem 1-Liter-Glasgefäß werden
500 ml der wäßrigen Fluorpolymer-Dispersion „FEP X
6300" der Fa. DYNEON
vorgelegt, und nach Zugabe von 50 ml 10%-iger Phthalsäure in Ethanol
wird diese Lösung
für 30
Minuten gerührt.
Dem folgt eine weitere Zugabe von 250 ml Ethanol und anschließendes Rühren über einen
Zeitraum von einer Stunde. Es wird eine leicht milchig-weiße, leicht
viskose Lösung erhalten.
Beispiel 4
Herstellung der Perfluorpolymer-Komponente
bei Einsatz einer strukturviskosen Verbindung
In
einem 1-Liter-Glasgefäß werden
200g einer 1%-igen Lösung
der strukturviskosen Lösung „Chitosan – mittelmolekular" in 10%-iger Essigsäure eingewogen
und vorgelegt. Unter starkem Rühren
erfolgt die Zugabe von 200 ml einer wäßrigen Dispersion des Perfluorpolymeren „PFA 6900
N" der Fa. DYNEON über einen
Zeitraum von 10 Minuten. Innerhalb der folgenden 10 Minuten werden
daraufhin, ebenfalls unter starkem Rühren, 200 ml Ethanol zudosiert.
Dieses Gemisch wird noch eine weitere Stunde gerührt und kann dann für die Weiter-Verarbeitung gelagert
werden. Das Ergebnis ist eine milchig-weiße, leicht viskose Lösung.
Beispiel 5
Herstellung
einer Perfluorpolymer-Dispersion
In
einem 1-Liter-Glasgefäß werden
100g PTFE-Pulver „TF
9207" der Fa. DYNEON
in 500g einer 1%-igen Lösung
von Hydroxypropyl-Cellulose 5 Minuten lang mittels Ultra-Turrax
bei 15000 U/min dispergiert. Es wird eine viskose, leicht opake
Dispersion erhalten.
Beispiel 6
Herstellung
eines Reaktiv-Systems als Einkomponenten-System
In
einem 1-Liter-Glasgefäß werden
420 ml Ethanol vorgelegt. Unter Rühren erfolgt innerhalb von
5 Minuten die Zugabe von 15 ml einer 1%-igen Lösung des Polyethers „Fluorolink
S10" in iso-Propanol.
Daraufhin werden unter starkem Rühren über einen
Zeitraum von 20 Minuten 120 ml der wäßrigen Dispersion des Perfluorpolymeren „PFA 6900
N" zugegeben. Nach
der PFA-Zufuhr erfolgt ebenfalls unter Rühren innerhalb von 30 Minuten
die aufeinanderfolgende Zugabe von 60 ml Tetraethylorthosilikat,
30 ml Methyl-triethoxysilan und 15 ml Glycidoxypropyl-trimethoxysilan.
Nach der abschließenden
Zudosierung von 60 ml einer 0,1n Essigsäure-Lösung wird das Gemisch noch
weitere 3 Stunden kräftig
gerührt. Vor
dem Einsatz ist das Reaktions-Gemisch für mindestens drei Tage zu lagern.
Es
wird eine milchig-weiße,
leicht viskose Beschichtungs-Lösung
erhalten, die eine Haltbarkeit von einem Monat besitzt. Bei längerem Stehenlassen neigt
sie allerdings zur Ausbildung einer Phasentrennung. Vor dem eigentlichen
Beschichtungs-Prozeß kann
das System jedoch leicht wieder aufgerührt werden. Die Applikation
der Beschichtungs-Lösung erfolgt
mittels Sprühen.
Die Schicht wird nach dem Lösungsmittel-Abdampfen
und einem Vortrocknen bei T = 250°C
und t = 15 min für
weitere t = 5 min bei T = 400°C
eingebrannt. Es wird eine rißfreie,
leicht trübe
und trockene Schicht erhalten.
| – Randwinkel
gegen Wasser: | 120° |
| – Randwinkel
gegen Hexadecan: | 62° |
| – Gitterschnitt-Wert
auf Aluminium: | 1 |
Beispiel 7
Herstellung einem Reaktiv-Lösung mit
den Komponenten aus den Beispielen 1 und 3
In
einem 1-Liter-Glasgefäß werden
450 ml der Sol/Gel-Lösung
aus Beispiel 1 vorgelegt. Unter starkem Rühren erfolgt bei Raumtemperatur
die Zugabe von 100 ml der Perfluorpolymer-Komponente aus Beispiel 3 innerhalb
von 20 Minuten. Dieses Gemisch wird bei Raumtemperatur für weitere
2 Stunden gerührt.
Es wird eine milchige, leicht viskose Reaktiv-Lösung
erhalten, welche bei längerem
Stehenlassen ebenfalls zur Ausbildung einer Phasentrennung führt. Vor
dem eigentlichen Beschichtungs-Prozeß kann das System jedoch leicht
aufgerührt
und somit homogenisert werden. Die Beschichtung des Substrates erfolgt
mittels Sprühen.
Die Parameter entsprechen denen aus Beispiel 6. Es wird eine rißfreie,
leicht trübe
und trockene Schicht erhalten.
| – Randwinkel
gegen Wasser: | 117° |
| – Randwinkel
gegen Hexadecan: | 60° |
| – Gitterschnitt-Wert
auf Aluminium: | 2 |
Beispiel 8
Herstellung einer Reaktiv-Lösung mit
den Komponenten aus den Beispielen 1 und 5
In
einem 1-Liter-Glasgefäß werden
400 ml der Sol/Gel-Lösung
aus Beispiel 1 mit 350g PTFE-Dispersion
aus Beispiel 5 gemischt und 30 min lang gerührt. Das Ergebnis ist eine
leicht opake, viskose Beschichtungs-Lösung, die eine Haltbarkeit
von 2 Monaten besitzt. Applikation und Aushärtung der Schichten erfolgen
analog Beispiel 6. Es wird eine rißfreie, ganz leicht trübe und trockene
Schicht erhalten.
| – Randwinkel
gegen Wasser: |
122° |
| – Randwinkel
gegen Hexadecan: |
60° |
| – Gitterschnitt-Wert
auf Aluminium: |
1 |
Beispiel 9
Herstellung einer Reaktiv-Lösung mit
den Komponenten aus den Beispielen 2 und 4
300g
der Fluorpolymer-Komponente aus Beispiel 4 werden in einem 1-Liter-Glasgefäß mit Rührer vorgelegt.
Dem schließt
sich unter starkem Rühren
innerhalb von 10 min die Zugabe von 400 ml der Sol/Gel-Komponente
aus Beispiel 2 an. Nach einer Stunde Rühren ist die Reaktiv-Lösung einsetzbar.
Es wird eine milchig-weiße,
leicht viskose Beschichtungs-Lösung
erhalten, die keine Phasentrennung aufweist und über mehrere Wochen stabil und einsatzbereit
ist. Die Beschichtung und Trocknung wird analog Beispiel 6 durchgeführt. Das
Ergebnis ist eine trockene, rißfreie,
leicht trübe
Schicht.
| – Randwinkel
gegen Wasser: | 122° |
| – Randwinkel
gegen Hexadecan: | 65° |
| – Gitterschnitt-Wert
auf Aluminium: | 1 |
Beispiel 10
Beschichtung von Q-Panels
(Aluminium- und Edelstahl-Prüfbleche)
mit der Reaktiv-Lösung
aus Beispiel 9
Vergleich mit anti-adhäsiv ausgerüsteten Standard-Sol/Gel-Beschichtungs-Systemen
auf Aluminium- und Edelstahl-Prüfblechen
Sowohl
Aluminium-Prüfbleche
(„A-46": 102 × 152 mm2 ) als auch Edelstahl-Prüfbleche („SS-36": 76 × 152 mm2)
wurden mittels SATA minijet mit der Reaktiv-Lösung aus Beispiel 9 beschichtet.
Nach dem Beschichten, dem Lösungsmittel-Abdampfen und
dem Vortrocknen bei T = 250°C
erfolgte ein Einbrennen bei T = 400°C über einen Zeitraum von t =
5 Minuten. Das Ergebnis sind rißfreie,
leicht trübe
und trockene Schichten, die gut auf dem jeweiligen Substrat haften.
An
den erhaltenen Schichten wurden folgende Randwinkel bestimmt:
| – Randwinkel
gegen Wasser: | 122° |
| – Randwinkel
gegen Hexadecan: | 64° |
Die
Untersuchungen zur Hydrolyse-Beständigkeit dieser Schichten (Besprühen der
Schichten mit auf 80°C
erhitztem Wasser) ergaben ohne Ausnahme keine Veränderungen
in dem Schicht-Aussehen (keine Risse und keine Abplatzungen). Nach
10 Stunden hydrolytischer-Beanspruchung
der Schichten zeigten die anti-adhäsiven Oberflächen-Eigenschaften
keine signifikanten Verschlechterungen. Die Randwinkel konnten immer
noch im Bereich um 120° bei
Wasser und um 60° bei
Hexadecan ermittelt werden.
Die
thermische Beständigkeit
wurde bestimmt, indem die Schichten im Heizschrank bei Temperaturen
von T ≥ 300°C gelagert
wurden. Daraufhin wurden die Schichten visuell begutachtet und erneut die
Randwinkel bestimmt. Dabei konnte festgestellt werden, daß selbst
bei einer 5-stündigen
Lagerung der Schichten bei T = 350°C die anti-adhäsiven Oberflächen-Eigenschaften sich
nicht verschlechterten. So konnten nach dieser Beanspruchung Randwinkel im
Bereich von 122° bzw.
62° bestimmt
werden.
Für den direkten
Vergleich der erfindungsgemäßen Beschichtung
zu einer standardmäßig einsetzbaren
anti-adhäsiv
ausgerüsteten Sol/Gel-Schicht,
wie sie in
DE 10004132 beschrieben
werden, wurden anti-adhäsiv
wirkende Sol/Gel-Schichten mittels Sprüh-Beschichtung auf Aluminium-
und Edelstahl-Prüfblechen
hergestellt. Die in dieser Form erhältlichen transparenten Sol/Gel-Schichten
weisen eine sehr gute Haftung (Gt-Wert: 1) auf den Substraten auf,
und die gemessenen Randwinkel liegen bei:
| – Randwinkel
gegen Wasser: |
110° |
| – Randwinkel
gegen Hexadecan: |
65° |
Eine
thermische Beanspruchung dieser Schichten bei einer Temperatur von
T = 300°C
zeigt dagegen bereits nach einer Belastungs-Dauer von 30 Minuten
einen deutlichen Rückgang
der anti-adhäsiven
Oberflächen-Eigenschaften.
Je nach Grund-System gehen die Randwinkel im Fall Wasser auf 95–100° und im Fall
Hexadecan auf 55–60° zurück. Wird
die thermische Beanspruchung fortgesetzt, so verringern sich die
Werte weiterhin. Nach einer Belastungs-Dauer von fünf Stunden werden lediglich
noch Wasser-Randwinkel im Bereich von 70–85° und Hexadecan-Randwinkel im
Bereich von 30–40° erhalten.
Diese Randwinkel entsprechen Sol/Gel-Schichten ohne anti-adhäsiv wirkende
Additive.
Beispiel 11
Beschichtung einer Glas-Platte
mit der Reaktiv-Lösung
aus Beispiel 9
Analog
Beispiel 10 wurde eine Glas-Platte (100 × 100 mm2)
mit der Reaktiv-Lösung
aus Beispiel 9 ebenfalls mittels Sprühen beschichtet, zunächst für 15 Minuten
bei T = 150°C
vorgetrocknet und anschließend
für einen
Zeitraum von t = 5 min bei T = 400°C gebrannt. Als Ergebnis wird
eine trockene, leicht milchige Schicht erhalten, die gut auf dem
Glas haftet. In diesem Fall wurden mittels Taber Abraser die oberen
Schicht-Bereiche mittels Abrieb abgetragen. Nach 500 bzw. 1000 Zyklen
erfolgte eine Bestimmung der Randwinkel. Dabei konnten mit nur leichtem
Rückgang
fast die Ausgangswerte ermittelt werden, im Fall von Wasser 119° und im Fall
von Hexadecan 60°.
Dies
bedeutet nun neben der deutlich verbesserten thermischen Beständigkeit
der anti-adhäsiven Schicht-Eigenschaften
(Beispiel 10) auch eine verbesserte Abrieb-Beständigkeit der anti-adhäsiven Eigenschaften.