DE102006014069A1 - Preparing a noble metal-containing inorganic oxide-brine, useful e.g. in the preparation of photovoltaic elements, comprises preparing the brine, and reacting a noble metal-precursor component with a water miscible organic solvent - Google Patents
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Abstract
Description
Es ist bekannt, dass man Materialoberflächen, speziell textile und polymere Materialien, durch eine Oberflächenbehandlung funktionalisieren kann, um die Gebrauchswerteigenschaften zu erhöhen und die Materialien wirksam vor schädigenden chemischen, mechanischen, thermischen, elektromagnetischen und biologischen Einflüsssen zu schützen. Durch eine wirksame Oberflächenmodifizierung können für die genannten Materialien neue, attraktive Einsatzmöglichkeiten erschlossen werden. Dabei sind Wirtschaftlichkeit und ökologische Unbedenklichkeit, neben der Verbesserung der Qualitätsparameter, entscheidende Anwendungskriterien.It is known that one material surfaces, especially textile and polymeric materials, functionalized by a surface treatment can to increase the utility value properties and the materials effectively from damaging chemical, mechanical, thermal, electromagnetic and biological Einflüsssen to protect. Through an effective surface modification can for the mentioned, new, attractive applications are opened up. Economical and ecological safety, in addition to improving the quality parameters, crucial Application criteria.
Für die Funktionalisierung von Materialoberflächen gewinnt die Sol-Gel-Technik (vgl. C.J.Brinker, G.W.Scherer, Sol-Gel-Science, Academic Press 1990) zunehmendes Interesse, da sie ermöglicht, ökonomisch und mit guter Qualität anorganische Oxid-Schichten, sog. keramische Beschichtungen, bei niedrigen Temperaturen auf organischen Materialoberflächen abzuscheiden.For functionalization of material surfaces wins the sol-gel technique (cf C. J.Brinker, G.W.Scherer, Sol-Gel-Science, Academic Press 1990), because it allows for economical and good quality inorganic processes Oxide layers, so-called ceramic coatings, at low temperatures on organic material surfaces deposit.
Schema 1 Sol-Gel-Prozeß (z.B. zur Bildung von SiO2-Schichten) Scheme 1 sol-gel process (eg to form SiO 2 layers)
Hierbei stellt das anorganische Oxid-Sol (II) die eigentliche Beschichtungslösung (ähnlich einem Lack) dar, das durch Lösungsmittelverdampfung eine lösungsmittelhaltige Gelschicht (III) bildet, die in verschiedenen Trocknungsstufen durch Lösungsmittelentfernung und Vernetzung in den reinen Oxid-Film übergeht.in this connection represents the inorganic oxide sol (II), the actual coating solution (similar to a Lack), by solvent evaporation a solvent-containing Gel layer (III) forms, which in different drying stages through Solvent removal and cross-linking into the pure oxide film.
Ein Vorteil der Sol-Gel-Technik besteht in der Möglichkeit, die Sole durch chemische Modifizierung und Immobilisierung verschiedener funktioneller Stoffe dem späteren Verwendungszweck anzupassen. Hierbei ist derzeit insbesondere die Ausrüstung von Materialoberflächen mit keimtötenden antimikrobiellen Beschichtungen von steigendem Interesse und wurde bisher auf zwei prinzipiell verschiedenen Wegen realisiert:
- (A) Antimikrobiell wirkende Substanzen werden
in der Sol-Gel-Beschichtung
immobilisiert und kontrolliert freigesetzt (
DE 4329279.8 JP 08067835 JP 09025437 DE 10225324 DE 10315720 DE 10337399 - (B) Photokatalytisch wirkende TiO2-Beschichtungen
auf Sol-Gel-Basis
zerstören
bei UV-Bestrahlung oxidativ anhaftende Keime und andere organische
Ablagerungen („selbstreinigende" Oberflächen). Nachteilig hierbei
ist, dass nur die Anatas-Modifikation
eine hohe Photoaktivität
zeigt, was eine nachtägliche
Temperung der Schichten z.B. auf 500°C (
JP 6090489 DE 19962055
- (A) Antimicrobial substances are immobilized in the sol-gel coating and released in a controlled manner (
DE 4329279.8 JP 08067835 JP 09025437 DE 10225324 DE 10315720 DE 10337399 - (B) Photocatalytically active TiO 2 coatings on a sol-gel basis destroy oxidatively adhering nuclei and other organic deposits ("self-cleaning" surfaces) on UV irradiation, with the disadvantage that only the anatase modification shows high photoactivity a night-time heat treatment of the layers, for example to 500 ° C (
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, ein neues Beschichtungssystem, insbesondere auf Sol-Gel-Basis, zu entwickeln, welches die Funktionalisierung, insbesondere antibakterielle Ausrüstung, eines breiten Spektrums von Materialoberflächen auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht und die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.The object of the present invention was thus a new coating system, in particular Sol-gel base, which enables the functionalization, in particular antibacterial equipment, a wide range of material surfaces in a simple and cost-effective manner and avoids the disadvantages of the prior art.
Überraschenderweise konnte die Aufgabe dadurch gelöst werden, dass zur Beschichtung edelmetallhaltige anorganische Oxid-Sole verwendet werden, die durch ein solvothermales Syntheseverfahren gemäß Anspruch 1 aus Siliciummalkoxiden und/oder hydrolysierbaren Metallverbindungen und Edelmetallverbindungen in Gegenwart von Kolloidstabilisatoren in wässrig-organischen Lösungsmitteln in einem geschlossenen Druckbehälter bei Temperaturen über 100°C erhalten werden. Bei diesem einstufigen Verfahren läuft die hydrolytische Bildung der Oxid-Sole, eine Reduktion der Edelmetallverbindungen durch Alkohol zu Edelmetallkolloiden, die auf der Oberfläche der Oxid-Partikel adsorbiert werden, und die Erhöhung des Kristallinitätsgrades der Oxid-(Nano)partikel gleichzeitig ab.Surprisingly could solve the problem be used that are used for coating noble metal-containing inorganic oxide sols, by a solvothermal synthesis method according to claim 1 of Siliciummalkoxiden and / or hydrolyzable metal compounds and noble metal compounds in the presence of colloid stabilizers in aqueous-organic solvents in a closed pressure vessel at temperatures above 100 ° C received become. This one-step process involves hydrolytic formation the oxide brine, a reduction of the precious metal compounds by alcohol to noble metal colloids adsorbed on the surface of the oxide particles be, and the increase the degree of crystallinity the oxide (nano) particles simultaneously.
Die resultierenden edelmetallhaltigen anorganischen Oxid-Sole zeigen eine ausgezeichnete Kolloidstabilität und bilden auf beliebigen Materialoberflächen gut haftende Beschichtungen mit exzellenter antimikrobieller Aktivität und darüber hinaus, je nach Zusammensetzung, weiteren vorteilhaften Eigenschaften; z.B. bei TiO2-Solen gleichzeitig hoher Photoaktivität.The resulting noble metal-containing inorganic oxide sols exhibit excellent colloid stability and form well-adhering coatings with excellent antimicrobial activity on any material surfaces and moreover, depending on the composition, further advantageous properties; For example, in TiO 2 sols simultaneously high photoactivity.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit Verfahren zur Herstellung von edelmetallhaltigen anorganischen Oxid-solen gemäß den Ansprüchen 1-7 sowie die damit erhältlichen Sole gemäß den Ansprüchen 8-12 und deren Verwendung gemäß den Ansprüchen 13-20.object The present invention thus provides methods of preparation of noble metal-containing inorganic oxide sols according to claims 1-7 as well as those obtainable therewith Brine according to claims 8-12 and their use according to claims 13-20.
Zur Herstellung der edelmetallhaltigen anorganischen Oxid-Sole kann als oxid-bildende Vorläuferkomponente ein Siliciumalkoxid der allgemeinen Struktur (R1O)4Si, (R1O)3Si-R2 oder (R1O)2SiR2R2, wobei R1 einen Alkylrest mit 1-4 C-Atomen und R2 einen Alkyl- oder Fluoralkylrest mit 1-16 C-Atomen bedeutet, wobei R2 ferner zusätzliche Alkoxy-, Epoxy-, Amino- oder Alkylaminogruppen oder andere O-, N- oder S-haltige funktionelle Gruppen als Substituenten enthalten kann, oder eine Mischung solcher Siliciumalkoxide eingesetzt werden.To prepare the noble metal-containing inorganic oxide sols can be used as oxide-forming precursor component is a silicon alkoxide having the general structure (R 1 O) 4 Si, (R 1 O) 3 SiR 2, or (R 1 O) 2 SiR 2 R 2 wherein R 1 is an alkyl radical having 1-4 C atoms and R 2 is an alkyl or fluoroalkyl radical having 1-16 C atoms, where R 2 further comprises additional alkoxy, epoxy, amino or alkylamino groups or other O, N or S-containing functional groups may contain as substituents, or a mixture of such silicon alkoxides are used.
Als Vorläufer (Precursor) für Metalloxide werden vorzugsweise Metallalkoxide, die sich von Elementen der II.-V. Gruppe des Periodensystems ableiten, oder deren Gemische eingesetzt. Einige bevorzugte Beispiele solcher Elemente sind Ti, Al, Zr und Zn.When precursor (Precursor) for Metal oxides are preferably metal alkoxides derived from elements of the II.-V. Derive group of the periodic table, or mixtures thereof used. Some preferred examples of such elements are Ti, Al, Zr and Zn.
Prinzipiell können jedoch auch andere hydrolysierbare Metallverbindungen von Elementen der II.-V. Gruppe des Periodensystems wie z.B. Halogenide oder Carboxylate, vorzugsweise Acetate, als Precursoren eingesetzt werden.in principle can but also other hydrolyzable metal compounds of elements the II.-V. Group of the periodic table such. Halides or carboxylates, preferably acetates, are used as precursors.
Es ist auch möglich, obengenannte Vorläufer in gemischter Form einzusetzen, z.B. Gemische aus Siliciumalkoxiden und Metallalkoxiden oder Gemische aus unterschiedlichen Siliciumalkoxiden oder Gemische aus unterschiedlichen Metallalkoxiden. Dabei sind Mischungen, die mindestens ein Siliciumalkoxid umfassen, bevorzugt.It is possible, too, above-mentioned precursors in mixed form, e.g. Mixtures of silicon alkoxides and metal alkoxides or mixtures of different silicon alkoxides or mixtures of different metal alkoxides. There are Mixtures comprising at least one silicon alkoxide, preferably.
In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Mischung eines Titanalkoxids und mindestens eines anderen Alkoxids, vorzugsweise Siliciumalkoxids, eingesetzt. Vorzugsweise wird eine solche Mischung eingesetzt, dass der Anteil an TiO2 in der resultierenden Oxidmatrixkomponente des edelmetallhaltigen Sols bzw. des getrockneten Gels ≥ 50 Gew.-% ist.In a specific embodiment of the present invention, a mixture of a titanium alkoxide and at least one other alkoxide, preferably silicon alkoxide, is used. Preferably, such a mixture is used that the proportion of TiO 2 in the resulting oxide matrix component of the noble metal-containing sol or of the dried gel is ≥ 50% by weight.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Oxidkomponente des edelmetallhaltigen Oxid-Sols oder -Gels 60-80 Gew.-% TiO2 und 40-20 Gew.-% SiO2, Z.B. etwa 75 Gew.-% TiO2 und etwa 25 Gew.-% SiO2.In a particularly preferred embodiment of the invention, the oxide component of the noble metal-containing oxide sol or gel comprises 60-80% by weight of TiO 2 and 40-20% by weight of SiO 2 , for example about 75% by weight of TiO 2 and about 25 Wt .-% SiO 2 .
Zur Herstellung der edelmetallhaltigen anorganischen Oxid-Sole können als Edelmetall-Vorläufer Edelmetallverbindungen, vorzugsweise Salze oder Komplexe von Au, Ag, Cu, Pt, Pd oder Ru, vorzugsweise in Konzentrationen von 0.1-20 Gew.-%, bezogen auf das gebildete Oxid im Sol bzw. in der Gel-Schicht, verwendet werden.to Preparation of the noble metal-containing inorganic oxide sols can as Noble metal precursor precious metal compounds, preferably salts or complexes of Au, Ag, Cu, Pt, Pd or Ru, preferably in concentrations of 0.1-20 wt .-%, based on the formed oxide in the sol or in the gel layer can be used.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Solvothermalsynthese handelt, die in einem wässrig/organischen Milieu in einem geschlossenen Druckgefäß, z.B. einem Edelstahl- oder Glasautoklaven, bei einer Temperatur von mindestens 100°C durchgeführt wird. Vorzugsweise liegt die Temperatur zwischen 100 und 200°C, bevorzugter zwischen 100 und 160°C. Wie UV/Vis- und Raman-spektroskopische Untersuchungen zeigen, erfolgt die Hydrolyse der Silicium- oder Metallalkoxide und Reduktion der Edelmetallverbindungen in der Regel schon in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 120°C. Zur Umwandlung amorpher TiO2-Sole in photoaktive kristalline Anatas-Partikel reicht in der Regel eine Temperatur zwischen 120 und 140°C aus.The preparation process according to the invention is characterized in that it is a solvothermal synthesis which is carried out in an aqueous / organic medium in a closed pressure vessel, for example a stainless steel or glass autoclave, at a temperature of at least 100.degree. Preferably, the temperature is between 100 and 200 ° C, more preferably between 100 and 160 ° C. As UV / Vis and Raman spectroscopic studies show, the hydrolysis of the silicon or metal alkoxides occurs and reduction of the noble metal compounds usually already in a temperature range between 100 and 120 ° C. For the conversion of amorphous TiO 2 sols into photoactive crystalline anatase particles, a temperature between 120 and 140 ° C. is generally sufficient.
Die eingesetzten Drücke liegen typischerweise in einem Bereich von 2 bis 10 bar.The used pressures typically range from 2 to 10 bar.
Für die solvothermale Reaktion werden als Lösungsmittel mit Wasser mischbare organische Flüssigkeiten, vorzugsweise Ethanol, Methanol oder Aceton, eingesetzt, die zur Hydrolyse der Silicium- oder Metallalkoxide mit mindestens der äquivalenten Menge Wasser gemischt werden, so dass der Anteil Wasser zwischen 1-99 Gew.-% liegen kann. Es ist nicht erforderlich, den zur Reduktion der Edelmetallverbindungen erforderlichen Alkohol dem Reaktionsgemisch zuzusetzen, da durch die Hydrolyse der Silicium- oder Metallalkoxide während der Reaktion Alkohol gebildet wird. Somit läuft die Reduktionsreaktion auch in einem nichtalkoholhaltigen Lösungsmittel ohne Zugabe eines zusätzlichen Reduktionsmittels problemlos ab. Zur Beschleunigung der Hydrolyse können dem Reaktionsgemisch katalytische Mengen Säure oder Ammoniak bzw. Alkali zugesetzt werden.For the solvothermal Reaction are called solvents water-miscible organic liquids, preferably ethanol, Methanol or acetone used for the hydrolysis of the silicon or metal alkoxides mixed with at least the equivalent amount of water be so that the proportion of water between 1-99 wt .-% may be. It is not necessary to reduce the precious metal compounds required alcohol to the reaction mixture, as by the hydrolysis of the silicon or metal alkoxides during the Reaction alcohol is formed. Thus, the reduction reaction runs also in a non-alcoholic solvent without addition of a additional Reducing off easily. To speed up the hydrolysis can catalytic amounts of acid or ammonia or alkali are added to the reaction mixture become.
Die Edelmetallverbindungen werden im Verlauf des erfindungsgemäßen solvothermalen Prozesses zu kolloidalen Edelmetall-Partikeln reduziert und auf der Oberfläche der Oxidpartikel adsorbiert. Durch die Adsorption der Edelmetallpartikel auf der Oxid-Oberfläche wird eine hohe Stabilität der kolloidalen Lösung erreicht. Um diese zu gewährleisten (insbesondere bei hochkonzentrierten Solen), ist es in der Regel notwendig, dem Reaktionsgemisch bereits vor dem solvothermalen Prozeß Kolloidstabilisatoren zuzusetzen. Besonders geeignet erwiesen sich wasser- oder alkohollösliche polymere N- und/oder O-haltige Verbindungen wie Polyethylenoxid-Derivate, modifizierte Polysiloxane, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon oder Celluloseether bzw. eine Reihe kommerzieller sulfonat-, phosphat- oder alkoxylat-gruppenhaltige Tenside oder deren Gemische in einem Anteil bis maximal 10 Gew.-%. Der erfindungsgemäß einsetzbare Kolloidstabilisator ist nicht gleichzusetzen mit einem Dispergiermittel und umfasst keine im Stand der Technik üblicherweise als Dispergiermittel verwendeten Verbindungen, insbesondere keine anorganischen Phosphatverbindungen wie Trinatriumphosphat und Pyrophosphat.The Precious metal compounds are solvothermal in the course of the invention Process reduced to colloidal precious metal particles and on the surface of the Adsorbed oxide particles. By the adsorption of the noble metal particles on the oxide surface becomes a high stability the colloidal solution reached. To ensure this (especially with highly concentrated sols), it is usually necessary, the reaction mixture before the solvothermal process colloid stabilizers add. Water- or alcohol-soluble polymers proved to be particularly suitable N- and / or O-containing Compounds such as polyethylene oxide derivatives, modified polysiloxanes, Polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone or cellulose ether or a A range of commercial sulfonate, phosphate or alkoxylate group-containing Surfactants or mixtures thereof in a proportion up to 10 wt .-%. The inventively usable Colloid stabilizer is not equivalent to a dispersant and does not include any commonly used as a dispersant in the art Compounds, in particular no inorganic phosphate compounds such as trisodium phosphate and pyrophosphate.
Die durch den solvothermalen Prozeß gebildeten stabilen edelmetallhaltigen anorganischen Oxid-Sole können unmittelbar nach der Herstellung zur Beschichtung von Materialoberflächen eingesetzt werden. Je nach Zusammensetzung eignen sich die Sole für unterschiedliche Anwendungen:
- – insbesondere silberhaltige Oxid-Sole, aber auch andere edelmetallhaltige Oxid-Sole, können zur effektiven antimikrobiellen Ausrüstung von Materialoberflächen, vorzugsweise von Holz, Textilien und Kunststoffen eingesetzt werden (vgl. Beispiel 1);
- – edelmetallhaltige SiO2-Sole, die durch co-kondensierte Alkylsilane oder Fluoralkylsilane modifiziert wurden, können zur eis- und wasserabweisenden Ausrüstung von Materialoberflächen eingesetzt werden (vgl. Beispiel 2);
- – edelmetallhaltige TiO2-Sole (mit Ag-, Pt-, Ru- oder Pd-Partikeln dotiert) können zur Herstellung photoaktiver Beschichtungen mit photokatalytischen und photoelektrischen Eigenschaften eingesetzt werden, die z.B. zur Ausrüstung von selbstreinigenden Materialoberflächen oder zur Herstellung photovoltaischer Elemente dienen (vgl. Beispiel 3);
- – edelmetallhaltige TiO2-Sole können zur Herstellung photoaktiver Beschichtungen genutzt werden, z.B. zur Ausrüstung von Materialoberflächen mit schaltbarem Benetzungsverhalten, die zur Herstellung von wiederverwendbaren Drucksystemen von großem Interesse sind (vgl. Beispiel 4). Hierbei wirkt sich insbesondere der Einbau der Edelmetallkatalysatoren (im Vergleich zum undotierten TiO2) vorteilhaft auf die Schalthöhe aus (vgl. Tabelle 3).
- - In particular silver-containing oxide sols, but also other noble metal-containing oxide sols, can be used for effective antimicrobial finishing of material surfaces, preferably of wood, textiles and plastics (see Example 1);
- Noble metal-containing SiO 2 sols modified by co-condensed alkylsilanes or fluoroalkylsilanes can be used for ice and water-repellent finishing of material surfaces (see Example 2);
- - noble metal-containing TiO 2 sols (doped with Ag, Pt, Ru or Pd particles) can be used for the production of photoactive coatings with photocatalytic and photoelectric properties, for example, to equip self-cleaning material surfaces or for the production of photovoltaic elements (see Example 3);
- - Precious metal-containing TiO 2 sols can be used for the production of photoactive coatings, for example for the equipment of material surfaces with switchable wetting behavior, which are for the production of reusable printing systems of great interest (see Example 4). In particular, the incorporation of the noble metal catalysts (in comparison to undoped TiO 2 ) has an advantageous effect on the switching height (see Table 3).
Die vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten der erfindungsgemäß hergestellten edelmetallhaltigen Sole, bedingt durch deren Multifunktionalität, sind ein großer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik. Weitere Vorteile bestehen in folgendem:
- – das einstufige Verfahren zur Herstellung edelmetallhaltiger anorganischer Oxid-Sole aus einfachen Laborchemikalien (z.B. Tetraethoxysilan und Silbernitrat) ersetzt die bislang erforderlichen und arbeitsaufwändigen 2 bis 3 separaten Arbeitsschritte (Sol-Herstellung, Herstellung und Stabilisierung der Edelmetall-Kolloide, gegebenenfalls Überführung eines amorphen Metalloxids (z.B. amorphes TiO2) in eine kristalline Modifikation (z.B. die photoaktive kristalline Anatas-Modifikation von TiO2), vermeidet den Zusatz externer Reduktionsmittel oder Antioxidantien, und führt zu einer drastischen Kosten- und Zeiteinsparung sowie Verbesserungen der Schichtqualität;
- – die Herstellung der edelmetallhaltigen Sole ist in beliebigen Konzentrationen und Zusammensetzungen möglich und ergibt selbst in extremen Verdünnungen (wichtig z.B. zur Beschichtung von Textilien, Leder, Folien) und niedrigen Viskositäten eine homogene Verteilung der Edelmetall-Kolloide im Sol und in der Beschichtung;
- – durch die Adsorption der Edelmetallpartikel auf der Oxid-Oberfläche wird eine hohe Stabilität der kolloidalen Lösung erreicht; die Sole zeigen darum unabhängig von der Konzentration eine ausgezeichnete Kolloidstabilität und die daraus hergestellten funktionellen Schichten unterscheiden sich in der Struktur und Wirksamkeit gegenüber Schichten, die aus Oxid-Solen, denen separat Edelmetallkolloide zugemischt wurden, hergestellt wurden;
- – die edelmetallhaltigen anorganischen Oxid-Sole bilden auf beliebigen Materialoberflächen gut haftende Beschichtungen mit exzellenter antimikrobieller Aktivität (und bei Einsatz von TiO2 gleichzeitig hoher Photoaktivität).
- - The one-step process for the preparation of noble metal-containing inorganic oxide brine from simple laboratory chemicals (eg tetraethoxysilane and silver nitrate) replaces the previously required and laborious 2 to 3 separate steps (sol production, production and stabilization of precious metal colloids, optionally transfer of an amorphous metal oxide ( eg amorphous TiO 2 ) in a crystalline modification (eg the photoactive crystalline anatase modification of TiO 2 ), avoids the addition of external reducing agents or antioxidants, and leads to drastic cost and time savings as well as improvements in film quality;
- The preparation of the noble metal-containing sols is possible in any desired concentrations and compositions and, even in extreme dilutions (important, for example, for coating textiles, leather, Foils) and low viscosities, a homogeneous distribution of noble metal colloids in the sol and in the coating;
- - By the adsorption of the noble metal particles on the oxide surface, a high stability of the colloidal solution is achieved; the sols therefore exhibit excellent colloidal stability regardless of concentration, and the functional layers made therefrom differ in structure and effectiveness from layers made from oxide sols to which noble metal colloids have been separately added;
- - The noble metal-containing inorganic oxide sols form on any material surfaces well-adherent coatings with excellent antimicrobial activity (and when using TiO 2 at the same time high photoactivity).
Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung, ohne diese jedoch darauf zu beschränken.The The following examples are for closer explanation of the present invention, but without being limited thereto.
BEISPIEL 1EXAMPLE 1
Herstellung silberhaltiger antimikrobieller Oxid-BeschichtungenProduction of silver-containing antimicrobial oxide coatings
Die in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen wurden in einem Edelstahl-Autoklav der Fa. Büchi 1 h auf 120°C erhitzt. Mit den resultierenden homogenen braun-schwarzen Kolloidlösungen wurden Textilproben (20 × 20 cm2, Viskosegewebe) tauchbeschichtet und 1 h bei 120°C getrocknet. Nach einer 5fachen ECE-Normwäsche bei 40°C wurden die Proben hinsichtlich ihrer antimikrobiellen Wirkung gegenüber Bacillus subtilis getestet. Alle beschichteten Proben zeigten eine vollständige Hemmung des Bakterienwachstums.The compositions given in Table 1 were heated to 120 ° C. for 1 h in a stainless steel autoclave from Büchi. With the resulting homogeneous brown-black colloid solutions textile samples (20 × 20 cm 2 , viscose fabric) were dip-coated and dried at 120 ° C for 1 h. After a 5X ECE standard wash at 40 ° C, the samples were tested for their antimicrobial activity against Bacillus subtilis. All coated samples showed complete inhibition of bacterial growth.
Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung der Reaktionsmischungen vor der Autoklavierung und die spezifische antimikrobielle Aktivität a der resultierenden Beschichtungen nach Autoklavieren und Beschichtung auf Viskosegewebe und 5facher ECE-Normwäsche bei 40°C. Tabelle 1
- 1) a = log KBE (unbeschichtete Blindprobe, 24h) – log KBE (A-F beschichtete Probe, 24 h) KBE = (Bakterien-)Kolonie bildende Einheiten
- 2) TE2OS = Tetraethoxysilan Si(OEt)4 (FLUKA)
- 3) PVP = Polyvinylpyrrolidon (MERCK, Molgewicht 25000-30000)
- 4) GLYEO = 3-Glycidyloxypropyl-triethoxysilan (FLUKA)
- 5) MeTES = Methyltriethoxysilan (FLUKA)
- 6) OTS = Octyltrimethoxysilan (FLUKA)
- 7) BYK333 = Polyether-modifiziertes Dimethylpolysiloxan Copolymer (BYK Chemie GmbH Wesel)
- 8) Klucel E = niedrigviskose Hydroxypropylcellulose (Aqualon GmbH)
- 1) a = log CFU (uncoated blank, 24h) - log CFU (AF coated sample, 24 h) CFU = (bacterial) colony forming units
- 2) TE2OS = tetraethoxysilane Si (OEt) 4 (FLUKA)
- 3) PVP = polyvinylpyrrolidone (MERCK, molecular weight 25000-30000)
- 4) GLYEO = 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane (FLUKA)
- 5) MeTES = methyltriethoxysilane (FLUKA)
- 6) OTS = octyltrimethoxysilane (FLUKA)
- 7) BYK333 = polyether-modified dimethylpolysiloxane copolymer (BYK Chemie GmbH Wesel)
- 8) Klucel E = low-viscosity hydroxypropylcellulose (Aqualon GmbH)
BEISPIEL 2EXAMPLE 2
Herstellung einer wasserabweisenden antimikrobiellen BeschichtungPreparation of a water-repellent antimicrobial coating
Die Beschichtungslösung D (Tabelle 1) wurde nach dem Autoklavieren durch Tauchbeschichtung (30 cm/min) auf Aluminiumblech (25 × 75 mm2) aufgetragen. Nach Tempern (1 h/120°C) resultiert eine gelbe klare Schicht mit stark wasserabweisender Wirkung (Kontaktwinkel gegenüber Wasser 93°).The coating solution D (Table 1) after autoclaving was dip coated (30 cm / min) on aluminum sheet (25 × 75 mm 2 ). After annealing (1 h / 120 ° C) results in a yellow clear layer with strong water-repellent effect (contact angle to water 93 °).
BEISPIEL 3EXAMPLE 3
Herstellung einer photokatalytischen edelmetallhaltigen TiO2-BeschichtungProduction of a photocatalytic noble metal-containing TiO 2 coating
Die in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen wurde in einem Edelstahl-Autoklav der Fa. Büchi 1 h auf 140 00 erhitzt. Mit den resultierenden homogenen braun-schwarzen Kolloidlösungen wurden Glasproben tauchbeschichtet und 1 h bei 120°C getempert. Die photokatytische Wirkung wurde durch die lichtinduzierte Zerstörung einer aufgesprühten Octylsilanschicht (und des damit verbundenen Abfalls des Kontaktwinkels gegenüber Wasser) nachgewiesen.The in Table 2 compositions was in a stainless steel autoclave the company Büchi 1 h heated to 140 ° C. With the resulting homogeneous brown-black colloid solutions Glass samples were dip-coated and annealed at 120 ° C for 1 h. The photocatalytic effect was due to the light-induced destruction of a sprayed Octylsilane layer (and the associated decrease in the contact angle across from Water).
Tabelle 2 demonstriert den Nachweis der photokatalytische Wirkung von TiO2-Schichten, die aus Ag-, Pt- und Pd-haltigen Solen hergestellt wurden, anhand der mittels H2O-Randwinkelmessung verfolgten Oxidation einer Octyltrimethoxysilan-(OTS)-Schicht durch Einwirkung von UV-Strahlung. Tabelle 2
- 1) UV-Mitteldruckstrahler (50 W/cm), Abstand der Proben zum UV-Strahler: 20 cm,
- 2) Klucel E = niedrigviskose Hydroxypropylcellulose/Aqualon GmbH
- 3) HCPt = Hexachloroplatinsäure-Hydrat/FLUKA
- 1) UV medium-pressure lamp (50 W / cm), distance of the samples to the UV lamp: 20 cm,
- 2) Klucel E = low viscosity hydroxypropyl cellulose / Aqualon GmbH
- 3) HCPt = hexachloroplatinic acid hydrate / FLUKA
BEISPIEL 4EXAMPLE 4
Herstellung einer schaltbaren edelmetallhaltigen TiO2-BeschichtungProduction of a Switchable Precious Metal-Containing TiO 2 Coating
Das Benetzungsverhalten der nach Tabelle 2 durch Tauchbeschichtung (30 cm/min) auf Glasträgern von 25 × 75 mm2 herge stellten Schichten gegenüber Wasser kann durch Bestrahlung mit einer MD-UV-Lampe stark erhöht werden (Abfall des Kontaktwinkels) und durch Temperung auf 20000 wieder regeneriert werden (vgl. Tabelle 3). Das Schaltverhalten kann beliebig wiederholt werden. Tabelle 3 Reversible Änderung des Kontaktwinkels edelmetallhaltiger TiO2-Beschichtungen auf Glas
- 1) UV-Mitteldruckstrahler (50 W/cm), Abstand der Proben zum UV-Strahler: 20 cm
- 1) UV medium-pressure lamp (50 W / cm), distance of the samples to the UV lamp: 20 cm
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