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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Haushaltsglasware, welche eine
Glasoberfläche
und eine, zumindest auf einen Bereich der Glasoberfläche aufgebrachte
schaltbare hydrophobe oder hydrophile Polymerbeschichtung aufweist,
wobei zumindest der Bereich der Oberfläche der Haushaltsglasware,
auf welchem die Beschichtung aufgebracht ist, angerauht ist und
einen quadratischen Mittelrauhwert Ra im Bereich von 0,1 bis 50
nm aufweist, so dass die Oberfläche
eine ultrahydrophobe oder ultrahydrophile Eigenschaft aufweist,
und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Haushaltsglasware.
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Unter
Haushaltsglasware wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Hohlglas,
insbesondere Trinkgläser,
sowie glasierte und emaillierte Haushaltswaren verstanden.
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Die
Hydrophobie bzw. Hydrophilie einer Oberfläche wird im Rahmen der vorliegenden
Erfindung auch als deren Benetzbarkeit bezeichnet. Diese Benetzbarkeit
lässt sich
quantitativ durch den statischen Kontaktwinkel (nachfolgend vereinfacht
als Kontaktwinkel bezeichnet) darstellen. Dabei bezeichnet der Kontaktwinkel
den in 1 gezeigten Winkel θ zwischen der Oberfläche und
einem auf diese Oberfläche
gebrachten Wassertropfen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden
Oberflächen,
die mit Wasser einen Kontaktwinkel von größer als 90° ausbilden, als hydrophob bezeichnet,
und Oberflächen,
die mit Wasser einen Kontaktwinkel von kleiner als 90° ausbilden,
als hydrophil bezeichnet. Der Kontaktwinkel hängt einerseits von dem Oberflächenmaterial,
andererseits von der Oberflächentextur
ab. Verfahren zum Bestimmen des Kontaktwinkels beruhen im Allgemeinen
auf optischen Methoden und sind im Stand der Technik bekannt.
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Alternativ
läßt sich
die Benetzbarkeit einer Oberfläche
auch über
den Abrollwinkel darstellen. Dabei wird unter dem Abrollwinkel der
Neigungswinkel einer grundsätzlich
planaren, aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden,
bei dem ein stehender Wassertropfen des Volumens 10 μl aufgrund
der Schwerkraft bewegt wird, wenn die Oberfläche um den Abrollwinkel geneigt
wird. Eine hydrophobe Oberfläche
liegt im Allgemeinen dann vor, wenn der Abrollwinkel 20° nicht überschreitet.
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Zur
Reinigung von Spülgut
in Spülmaschinen,
beispielsweise von Gläsern
und Geschirr, wird üblicherweise
Wasser zusammen mit alkalischen Spülmitteln verwendet. Dabei ist
es vorteilhaft, wenn die zu reinigende Oberfläche hydrophil ist. So erfolgt bei
einer hydrophilen Oberfläche
eine bessere Benetzung durch Wasser, was zu einem guten Reinigungseffekt
führt.
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Nach
dem Reinigungsschritt mit Wasser verursacht die Hydrophilie der
Oberfläche
jedoch eine Verzögerung
der Trocknung, da das auf der Oberfläche vorliegende Wasser nur
unzureichend schnell abtropft bzw. abläuft. Um das Trocknen der gereinigten
Gläser
bzw. des gereinigten Geschirrs zu beschleunigen, werden im Allgemeinen
Klarspüler
eingesetzt, die im Gegensatz zum Spülmittel sauer eingestellt sind
(beispielsweise mittels Zitronensäure). Klarspüler enthalten
Tenside, die als grenzflächenaktive
Verbindungen die Oberflächenspannung
des Wassers verringern und damit das Ablaufen des Wassers von der
gereinigten Oberfläche
erleichtern.
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Die
Verwendung von Klarspülern
hat allerdings den Nachteil, dass eine Überdosierung zu deutlich sichtbaren
Schlieren auf Gläsern
und Geschirr führt
und dass ein dünner
Tensidfilm auf dem Spülgut
verbleibt. Wird dagegen kein Klarspüler eingesetzt, so wird die
Trocknung des Spülguts
verzögert
und es bilden sich Kalkflecken auf der Oberfläche. In beiden Fällen ist
ein arbeitsaufwändiges
und bruchverursachendes Nachtrocknen bzw. -polieren notwendig, was
insbesondere im Bereich der Gastronomie nachteilig ist.
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WO-A-03/066791 beschreibt
eine Glas- oder Geschirroberfläche,
die mit einem Polymer, wie beispielsweise Poly(N,N-diethylacrylamid)
oder Poly(N-isopropylacrylamid),
in Abhängigkeit
vom pH-Wert oder von der Temperatur schaltbar beschichtet ist.
DE-A-103 51 467 beschreibt
eine Glasoberfläche,
die zunächst
aufgeraut, dann mittels eines Sol-Gel-Verfahrens mit einer Zwischenschicht aus
metallorganischen Verbindungen und darüber mit einer Schicht von Fluoralkylsilanen
belegt und gebrannt wird.
WO-A-95/10590 und
DE-A-10 2004 019 022 beschreiben
Reinigungsmittelzusätze
und -verfahren, welche die Glas- oder Geschirroberfläche durch
Beschichtung mit einem Polymer hydrophilieren. Die Oberflächen sind
dadurch leicht zu reinigen und das Spülwasser läuft leicht ab.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Haushaltsglasware,
beispielsweise Spülgut
wie Trinkglas oder Geschirr, bereitzustellen, welches während des
Spülvorgangs
hydrophil ist und damit eine gute Reinigung der Oberfläche ermöglicht,
jedoch nach dem Spülvorgang
hydrophob ist und damit eine schnelle Trocknung ermöglicht,
ohne dass sich Kalkflecken auf der Oberfläche bilden oder ein Tensid-haltiger
Klarspüler
verwendet werden muss. Ferner sollte die Haushaltsglasware im Gebrauch
oleophob, d.h. fett- und schmutzabweisend sein. Der vorliegenden
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer derartigen Haushaltsglasware bereitzustellen.
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Diese
Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen
gelöst.
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Insbesondere
wird eine Haushaltsglasware bereitgestellt, welche eine Glasoberfläche und
eine, zumindest auf einen Bereich der Glasoberfläche aufgebrachte schaltbare
hydrophobe oder hydrophile Polymerbeschichtung aufweist, wobei zumindest
der Bereich der Oberfläche
der Haushaltsglasware, auf welchem die Beschichtung aufgebracht
ist, angerauht ist und einen quadratischen Mittelrauhwert Ra im
Bereich von 0,1 bis 50 nm aufweist, so dass die Oberfläche eine
ultrahydrophobe oder ultrahydrophile Eigenschaft aufweist.
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Die
Haushaltsglasware kann jede geeignete Glasware bzw. glasierte oder
emaillierte Ware sein, welche regelmäßig zu reinigen ist. Besonders
bevorzugt ist die Haushaltsglasware Spülgut wie Hohlglas, insbesondere
Trinkgläser,
oder glasiertes oder emailliertes Geschirr wie beispielsweise Teller,
Tassen und Töpfe.
Die Oberfläche
einer solchen Haushaltsglasware kann insofern eine Glasoberfläche, glasierte Oberfläche oder
Emailloberfläche
sein; nachfolgend verkürzt
als Glasoberfläche
bezeichnet.
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Die
schaltbare hydrophobe oder hydrophile Polymerbeschichtung ist zumindest
auf einen Bereich der Glasoberfläche
der Haushaltsglasware aufgebracht. Vorzugsweise ist die Beschichtung
auf die vollständige
Oberfläche
der Haushaltsglasware aufgebracht. Sie kann jedoch beispielsweise
durch Gebrauch oder Reinigen der Haushaltsglasware ganz oder teilweise
entfernt werden und ist daher nicht dauerhaft. Die auf die Glasoberfläche der
Haushaltsglasware aufgebrachte schaltbare hydrophobe oder hydrophile
Beschichtung weist vorzugsweise eine Dicke von 0,1 bis 50 nm auf.
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Unter
der hydrophoben oder hydrophilen Polymerbeschichtung wird im Rahmen
der vorliegenden Erfindung eine Polymerbeschichtung verstanden,
die reversibel von einem hydrophoben Zustand in einen hydrophilen
Zustand wechseln kann. Damit ist die Oberfläche „schaltbar" und kann durch Einfluß eines äußeren Parameters
reversibel von dem einen in den anderen Zustand wechseln. Dieser äußere Parameter
kann physikalischer Natur (beispielsweise eine Temperaturänderung
oder die Einstrahlung von Licht) oder chemischer Natur sein (beispielsweise eine
reversible chemische Reaktion oder eine pH-Wertänderung). Vorzugsweise ist
die Polymerbeschichtung in Abhängigkeit
vom pH-Wert oder in Abhängigkeit
von der Temperatur entweder hydrophob oder hydrophil. Dabei kann
die Änderung
von einem hydrophoben Zustand in einen hydrophilen Zustand und umgekehrt
beispielsweise durch eine konformelle Änderung oder durch eine chemische
Reaktion einer in der Beschichtung enthaltenden Verbindung erfolgen.
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Die
aufgebrachte schaltbare hydrophobe oder hydrophile Polymerbeschichtung
enthält
mindestens eine Verbindung, die geeignet ist, dass die Beschichtung
durch Einfluß eines äußeren Parameters
reversibel von einem hydrophoben Zustand in einen hydrophilen Zustand
wechseln kann. Derartige Verbindungen sind im Stand der Technik
bekannt. Vorzugsweise umfasst die schaltbare hydrophobe oder hydrophile
Beschichtung eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Poly(N-isopropylacrylamid) und Poly(N,N-diethylacrylamid), oder
ein Copolymer, welches Poly(N-isopropylacrylamid) und/oder Poly(N,N-diethylacrylamid)
enthält, wie
sie als schaltbare Polymere bzw. smart polymers im Stand der Technik
bekannt sind.
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Vorzugsweise
ist die Polymerbeschichtung bei einem pH-Wert von kleiner als etwa
7,0 hydrophob und bei einem pH-Wert von größer als etwa 7,0 hydrophil.
Die Beschichtung kann jedoch auch bei einem anderen geeigneten pH-Wert,
welcher vorzugsweise im Bereich von 3,0 bis 10,0 liegt, von einem
hydrophoben Zustand in einen hydrophilen Zustand wechseln.
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Durch
diese Schaltbarkeit der aufgebrachten Polymerbeschichtung ist es
gemäß der vorliegenden Erfindung
möglich,
Haushaltsglaswaren bereitzustellen, welche beispielsweise während des
Spülvorgangs
in einem alkalischen Medium hydrophile Eigenschaften aufweisen und
damit eine gute Reinigung der Oberflächen ermöglichen. Im nachfolgenden Trocknungsschritt
in Gegenwart eines sauren Mediums wie beispielsweise Zitronensäure weisen die
Haushaltsglaswaren dann hydrophobe Eigenschaften auf, was ein schnelles
Abtropfen des Wassers ermöglicht
und damit die Bildung von Kalkflecken verhindert. Diese hydrophobe
Eigenschaft ist vorzugsweise mit einer oleophoben Eigenschaft verbunden
und bleibt auch nach dem Trocknungvorgang, d.h. während des
Gebrauchs, erhalten. Auf diese Weise werden der jeweiligen Glasoberfläche der
Haushaltsglasware ferner während
des Gebrauchs fett- und schmutzabweisende Eigenschaften verliehen.
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Vorzugsweise
ist die Beschichtung bei einer Temperatur von höher als etwa 32°C hydrophob
und bei einer Temperatur von weniger als etwa 32°C hydrophil. Die Beschichtung
kann jedoch auch bei einer anderen geeigneten Temperatur, welche
vorzugsweise im Bereich von 20°C
bis 100°C
liegt, von einem hydrophoben Zustand in einen hydrophilen Zustand wechseln.
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Durch
diese temperaturabhängige
Schaltbarkeit der aufgebrachten Beschichtung ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
eine Haushaltsglasware bereitzustellen, welche beispielsweise während des
Spülvorgangs
bei einer Temperatur unterhalb von 32°C hydrophile Eigenschaften aufweist und
damit eine gute Reinigung der Oberfläche ermöglicht. Im nachfolgenden Trocknungsschritt
bei einer Temperatur oberhalb von 32°C weist die Haushaltsglasware
dann hydrophobe Eigenschaften auf, was ein leichtes Abtropfen des
Wassers ermöglicht und
damit die Bildung von Kalkflecken verhindert.
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Vorzugsweise
verliert die beschichtete Haushaltsglasware die hydrophobe Eigenschaft
im Verlauf von etwa einer Sekunde bis etwa einem Tag wieder, vorzugsweise
im Verlauf von etwa einer Minute bis etwa 10 Minuten. Dies ist insbesondere
vorteilhaft, wenn die beschichtete Haushaltsglasware Hohlglas, insbesondere
Trinkglas, ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Trinkglas nach
dem Spülen
im Glasinnern keine Hydrophobie mehr aufweist und damit eine ausreichende
Benetzbarkeit durch Getränke besitzt.
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Zumindest
der Bereich der Oberfläche
der beschichteten Haushaltsglasware, auf welchem die Beschichtung
aufgebracht ist, ist angerauht und weist einen quadratischen Mittelrauhwert
Ra im Bereich von 0,1 bis 50 nm, so dass der Oberfläche eine ultrahydrophobe
bzw. ultrahydrophile Eigenschaft verliehen wird.
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Unter
dem Begriff „Ultrahydrophobie" wird im Rahmen der
vorliegenden Anmeldung die hydrophobe Eigenschaft einer Oberfläche verstanden,
welche mit Wasser einen Kontaktwinkel θ von mindestens 150° aufweist.
Die Ultrahydrophobie wird häufig
auch als „Lotus-Effekt" bezeichnet. Die
Ultrahydrophobie einer Oberfläche
verursacht das besonders leichte Abtropfen bzw. Ablaufen von Wasser
von der Oberfläche,
was ein schnelles Trocknen der Oberfläche begünstigt und das Anhaften von
Fett und Schmutz auf der Oberfläche
erschwert. In ähnlicher
Weise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Ultrahydrophilie" die Eigenschaft
einer hydrophilen Oberfläche
verstanden, welche mit Wasser einen Kontaktwinkel θ von höchstens
30° aufweist.
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Es
ist bekannt, dass der Kontaktwinkel (und damit die Benetzbarkeit)
bei gegebenem Oberflächenmaterial
von der Oberflächenrauheit
abhängt.
In diesem Zusammenhang sind zwei Zustände bekannt, nämlich (a)
der Wenzel-Zustand und (b) der Cassie-Baxter-Zustand. Beim Wenzel-Zustand
bedeckt der Flüssigkeitstropfen
die Oberfläche
vollständig
(vgl. 2a). Dieser Zustand lässt sich
näherungsweise
durch folgende Gleichung darstellen: cosθ* = r·cosθ Gleichung (1)wobei θ* der scheinbare
Kontaktwinkel des Tropfens mit der rauhen Oberfläche ist, θ der Kontaktwinkel einer glatten
Oberfläche
des gleichen Materials ist und r das Verhältnis der tatsächlichen
zu der projizierten Oberfläche
ist und damit ein Maß für die Oberflächenrauheit
darstellt. Aus Gleichung (1) folgt, dass der Kontaktwinkel auf einer
hydrophoben Oberfläche (θ > 90°) mit steigender Rauheit r zunimmt
(θ* > θ), d.h. mit steigender Rauheit
nimmt die Hydrophobie einer hydrophoben Oberfläche zu. Umgekehrt nimmt der
Kontaktwinkel auf einer hydrophilen Oberfläche mit steigender Rauheit
ab (θ* < θ). Auf diese
Weise lässt
sich durch Erhöhung
der Oberflächenrauheit aus
einer hydrophoben Oberfläche
eine ultrahydrophobe Oberfläche
und aus einer hydrophilen Oberfläche
eine ultrahydrophile Oberfläche
erzeugen.
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Im
Cassie-Baxter-Zustand wird ferner berücksichtigt, dass zwischen dem
Flüssigkeitstropfen und
der rauhen Oberfläche
Luftbläschen
eingeschlossen sind (vgl. 2b). Dieser
Fall lässt
sich näherungsweise
durch folgende Gleichung darstellen; cosθ* = ϕs·(cosθ + 1) – 1 Gleichung (2) wobei θ und θ* wie vorstehend
definiert sind und ϕs den Anteil
der im Kontakt mit der Flüssigkeit
stehenden Oberfläche
darstellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Oberfläche
der beschichteten Haushaltsglasware derart angerauht, dass in Verbindung
mit der hydrophoben bzw. hydrophilen Oberflächenbeschichtung eine ultrahydrophobe
bzw. ultrahydrophile Oberfläche
entsteht. Dazu weist die Oberfläche
der beschichteten Haushaltsglasware einen quadratischen Mittelrauhwert
Ra im Bereich von 0,1 bis 50 nm, vorzugsweise von 5 bis 30 nm auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die erfindungsgemäße beschichtete
Haushaltsglasware eine zumindest auf einen Bereich der Glasoberfläche aufgebrachte
Hilfsschicht mit einem quadratischen Mittelrauhwert Ra im Bereich
von 0,1 bis 50 nm, deren isoelektrischer Punkt bei einem höheren pH-Wert
als der der Haushaltsglasware bzw. deren Glasoberfläche liegt,
und wobei die schaltbare hydrophobe oder hydrophile Beschichtung
zumindest auf einen Bereich der Oberfläche der Hilfsschicht aufgebracht
ist. Die vorstehende Rauhigkeit kann im Rahmen der kontrollierten
Schichterzeugung oder durch eine nachgeschaltete Aufrauhung erreicht werden.
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Als
isoelektrischer Punkt einer Oberfläche wird der pH-Wert bezeichnet,
an dem die Nettoladung auf der Oberfläche gleich Null ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es vorteilhaft, gezielt eine Hilfsschicht auszuwählen, deren
isoelektrischer Punkt sich von dem isoelektrischen Punkt des entsprechenden
Substrates, d.h. der Haushaltsglasware bzw. deren Glasoberfläche, und
den isoelektrischen Punkten anderer Oberflächen, mit denen die schaltbare
hydrophobe oder hydrophile Beschichtung während des Aufbringens in Kontakt
kommen könnte,
unterscheidet. Vorzugsweise weist die Hilfsschicht einen isoelektrischen
Punkt auf, der bei einem höheren pH-Wert
als der isoelektrische Punkt des Substrates, d.h. der Haushaltsglasware
bzw. deren Glasoberfläche,
liegt.
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Die
Hilfsschicht kann aus jedem geeigneten Material aufgebaut sein.
Vorzugsweise ist die Hilfsschicht aus einem Material, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Siliziumoxid, -carbid und -nitrid, Metalloxiden,
-carbiden, -nitriden, -oxycarbiden und -oxynitriden, gemischten
Silizium- und/oder Metallcarbiden, -nitriden, -oxiden, -oxycarbiden
und -oxynitriden in stöchiometrischen
oder nicht-stöchiometrischen
Zusammensetzungen, und Diamant und diamantartigem Kohlenstoff, aufgebaut.
Besonders bevorzugt ist die Hilfsschicht aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid
und/oder Titanoxid aufgebaut, mehr bevorzugt Aluminiumoxid.
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Die
Hilfsschicht weist eine Dicke von 1 nm bis 100 μm auf, vorzugsweise beträgt die Dicke
der Hilfsschicht von 20 nm bis 40 μm, besonders bevorzugt von 50
nm bis 1 μm.
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Durch
die zumindest auf einen Bereich der Oberfläche der Haushaltsglasware aufgebrachte Hilfsschicht
ist es aufgrund der Unterschiede im isoelektrischen Punkt möglich, dass
die schaltbare hydrophobe oder hydrophile Polymerbeschichtung selektiv
nur auf einen gewünschten
Bereich der Haushaltsglasware aufgebracht wird, nämlich auf
den mit der Hilfsschicht versehenen Bereich der Glasoberfläche. So
weist beispielsweise eine Glassubstratoberfläche bei einem gegebenen pH-Wert
eine vom Vorzeichen gegensätzliche
Oberflächenladung
als eine Aluminiumoxid-Hilfsschicht
auf. Durch eine geeignete Wahl der hydrophoben oder hydrophilen
Polymerbeschichtung ist es so möglich,
dass sich die schaltbare hydrophobe oder hydrophile Beschichtung
im Wesentlichen nur auf der Hilfsschicht ablagert, nicht aber auf
dem Bereich der Glasoberfläche,
welche nicht mit der Hilfsschicht versehen ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es auf diese Weise möglich, selektiv nur die gewünschten Bereiche
der Glasoberfläche
mit der hydrophoben oder hydrophilen Beschichtung zu versehen, was durch 3 verdeutlicht
wird.
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3 zeigt
zwei Substrate 1 und 1a, wobei Substrat 1a mit
einer geeigneten Hilfsschicht 2 beschichtet ist. Werden
nun beide Substrate im Beschichtungsschritt 3 mit den Komponenten
der hydrophoben oder hydrophilen Beschichtung oder deren Precursor
in Kontakt gebracht, so wird die Beschichtung 4 im Wesentlichen
nur auf dem mit der Hilfsschicht versehenen Substrat abgeschieden.
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Ferner
kann durch das Aufbringen der Hilfsschicht zumindest auf einen Bereich
der Glasoberfläche
die Kratzfestigkeit bzw. Härte
der Oberfläche
signifikant erhöht
werden. So weist beispielsweise ein Silikatglas, welches eine Aluminiumoxid-Hilfsschicht mit
einer Dicke von 50 bis 500 nm umfasst, eine erhöhte Oberflächenhärte und Kratzfestigkeit im
Vergleich zu einem nicht-beschichteten Silikatglas auf.
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Die
Hilfsschicht ist allerdings nicht auf solche Materialien beschränkt, deren
isoelektrischer Punkt bei einem höheren pH-Wert als der des Substrates liegt.
Die durch die Hilfsschicht erzielte Selektivität kann beispielsweise auch
durch Nutzung des Floationseffektes (froth floatation) zur Separierung
von Mineraliengemischen erreicht werden. Dabei wird ausgenutzt,
dass gewisse oberflächenaktive
Substanzen (collectors) selektiv an gewissen Mineralienoberflächen adsorbieren
und diese hydrophobisieren. Durch Einblasen von Luft werden die
hydrophobisierten Mineralien mit dem Schaum aus der Suspension ausgetragen.
Hydrophile Mineralien bleiben zurück, wodurch eine Separation
erzielt wird.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
einer Haushaltsglasware, umfassend (a) das Bereitstellen einer Glasoberfläche einer
Haushaltsglasware, (b) das Anrauhen zumindest eines Bereiches dieser
Oberfläche,
so dass die angerauhte Oberfläche
einen quadratischen Mittelrauhwert Ra im Bereich von 0,1 bis 50
nm aufweist, und (c) das Aufbringen einer hydrophoben oder hydrophilen
Polymerbeschichtung auf den angerauhten Bereich der Oberfläche, so
dass der Oberfläche
eine ultrahydrophobe oder ultrahydrophile Eigenschaft verliehen
wird.
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Die
schaltbare hydrophobe oder hydrophile Polymerbeschichtung wird zumindest
auf einen Bereich der Oberfläche
der entsprechenden Haushaltsglasware aufgebracht.
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Vorzugsweise
wird die Beschichtung auf die vollständige Oberfläche der
Haushaltsglasware aufgebracht. Das Aufbringen der hydrophoben oder
hydrophilen Beschichtung kann durch herkömmliche, im Stand der Technik
bekannte Verfahren erfolgen. Beispielsweise kann das Aufbringen
durch Spritzen, Tauchen, Fluten, Kondensation aus der Gasphase oder
Aufstreichen erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen
der Beschichtung während
des Spülens
in einem Geschirrspüler.
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Die
auf die Haushaltsglasware aufgebrachte schaltbare hydrophobe oder
hydrophile Polymerbeschichtung enthält mindestens eine Verbindung,
die geeignet ist, dass die Beschichtung durch Einfluß eines äußeren Parameters
reversibel von einem hydrophoben Zustand in einen hydrophilen Zustand wechseln
kann. Derartige Verbindungen sind im Stand der Technik bekannt.
Vorzugsweise umfasst die schaltbare hydrophobe oder hydrophile Beschichtung
eine Verbindung, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Poly(N-isopropylacrylamid) und Poly(N,N-diethylacrylamid),
oder ein Copolymer, welches Poly(N-isopropylacrylamid) und/oder
Poly(N,N-diethylacrylamid) enthält,
wie sie als schaltbare Polymere bzw. smart polymers im Stand der
Technik bekannt sind.
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Die
Dicke der hydrophoben oder hydrophilen Beschichtung liegt vorzugsweise
im Bereich von 0,1 bis 50 nm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis
30 nm. Aufgrund dieser geringen Dicke ist es möglich, dass die Beschichtung
durch Gebrauch oder wiederholtes Reinigen der beschichteten Haushaltsglasware
mit der Zeit ganz oder teilweise entfernt wird. Daher ist es vorteilhaft,
die Beschichtung regelmäßig zu regenerieren.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung erfolgt dies vorzugsweise während der Reinigung in einer Spülmaschine,
indem entweder das Spülmittel,
der Klarspüler
oder ein den Klarspüler
ersetzendes Produkt eine wirksame Komponente oder einen Precursor
der hydrophoben oder hydrophilen Beschichtung enthält, welche
während
des Regenerierungsvorgangs auf der Haushaltsglasware neu aufgebracht wird.
Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die hydrophobe oder
hydrophile Eigenschaft der Haushaltsglasware dauerhaft zu erhalten
und/oder aufzufrischen. Es ist auch möglich, dass die schaltbare
hydrophobe oder hydrophile Beschichtung zunächst während des Reinigungsschrittes
in der Spülmaschine
im Wesentlichen vollständig
entfernt wird und dann in der nachfolgenden Behandlung mit dem Klarspüler oder
dem den Klarspüler
ersetzenden Produkt, welcher bzw. welches die entsprechende Beschichtungskomponente
oder deren Precursor enthält,
wieder regeneriert wird (vgl. 4).
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4 zeigt
ein Substrat 1 mit einer schaltbaren hydrophoben oder hydrophilen
Beschichtung 4, welche durch Gebrauch, Alterung oder Reinigung 5 ganz
oder teilweise abgetragen wird. In einem Regenerierungsschritt 6 werden
die Komponenten der Beschichtung oder deren Precursor aus der Flüssig- oder
Gasphase erneut zugegeben und damit die Beschichtung 4 wieder
hergestellt. Damit entspricht der Endzustand nach der Regenerierung
im Wesentlichen dem Neuzustand.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
den Schritt (d) des Aufbringens einer Hilfsschicht auf zumindest einen
Bereich der Oberfläche
der Haushaltsglasware vor dem Schritt (b) des Anrauhens der Oberfläche, wobei
die Hilfsschicht einen isoelektrischen Punkt aufweist, der bei einem
höheren
pH-Wert als dem des Substrates, d.h. der Haushaltsglasware bzw.
deren Glasoberfläche,
liegt.
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Durch
die zumindest auf einen Bereich der Oberfläche der Haushaltsglasware aufgebrachte Hilfsschicht
ist es aufgrund der Unterschiede im isoelektrischen Punkt möglich, dass
die schaltbare hydrophobe oder hydrophile Beschichtung selektiv
nur auf einen gewünschten
Bereich der Haushaltsglasware aufgebracht wird, nämlich auf
den mit der Hilfsschicht versehenen Bereich der Glasoberfläche. Dies gilt
für das
erstmalige Aufbringen der hydrophoben oder hydrophilen Beschichtung,
aber auch für
das regenerative Aufbringen der Beschichtung zu einem späteren Zeitpunkt.
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Die
Hilfsschicht kann aus jedem geeigneten Material aufgebaut sein.
Vorzugsweise wird die Hilfsschicht aus einem Material, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Siliziumoxid, -carbid und -nitrid, Metalloxiden,
-carbiden, -nitriden, -oxycarbiden und -oxynitriden, gemischten
Silizium- und/oder Metallcarbiden, -nitriden, -oxiden, -oxycarbiden
und -oxynitriden in stöchiometrischen
oder nicht-stöchiometrischen
Zusammensetzungen, und Diamant und diamantartigem Kohlenstoff, aufgebaut.
Besonders bevorzugt wird die Hilfsschicht aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid
und/oder Titanoxid aufgebaut, mehr bevorzugt Aluminiumoxid.
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Die
Hilfsschicht wird in einer Dicke von 1 nm bis 100 μm aufgebracht,
vorzugsweise in einer Dicke der Hilfsschicht von 20 nm bis 40 μm, besonders
bevorzugt von 50 nm bis 1 μm.
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Die
Hilfsschicht kann durch geeignete, im Stand der Technik bekannte
Verfahren aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Hilfsschicht
durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung, ein Sol-Gel-Verfahren,
Sputtern, Pulverflammspritzen, in Form einer Suspension oder in
Form flüssiger
oder gasförmiger
Precursor aufgebracht. Besonders bevorzugt ist das Aufbringen der
Hilfsschicht durch Sputtern, insbesondere Magnetron-Sputtern.
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Das
Anrauhen der Oberfläche
der beschichteten Haushaltsglasware kann erfolgen, indem entweder
die Glasoberfläche
selbst angerauht wird, oder die auf das Substrat aufgebrachte Hilfsschicht angerauht
wird. Dazu können
jedwede geeignete, im Stand der Technik bekannten Verfahren zum
Anrauhen von Oberflächen
verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt das Anrauhen durch ein Ätz- oder
Auslaugverfahren. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Rauheit erzeugt, indem die Hilfsschicht mittels eines Sol-Gel-Verfahrens
aufgebracht wird, wobei dem Sol ein geeignetes Nanopulver zugegeben
wird, was dann zu einer rauhen Oberfläche der aufgebrachten Hilfsschicht
führt.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
die Oberfläche
der beschichteten Haushaltsglasware derart angerauht, dass in Verbindung
mit dem hydrophoben bzw. hydrophilen Oberflächenbeschichtungsmaterial eine
ultrahydrophobe bzw. ultrahydrophile Oberfläche entsteht. Dazu weist die
Oberfläche
des beschichteten Substrates einen quadratischen Mittelrauhwert
Ra im Bereich von 0,1 bis 50 nm, vorzugsweise von 5 bis 30 nm auf.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird somit eine Haushaltsglasware bereitgestellt, deren Oberfläche während der
Reinigung ultrahydrophile Eigenschaften aufweist und damit leicht
und effektiv zu reinigen ist, und deren Oberfläche nach der Reinigung ultrahydrophobe
und gleichzeitig oleophobe Eigenschaften aufweist. Damit trocknet
die Haushaltsglasware nach der Reinigung schnell, ohne dass Tensid-haltige
Klarspüler
verwendet werden müssen. Ferner
ist sie während
des Gebrauchs fett- und schmutzabweisend. Außerdem ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
diese Eigenschaften selektiv nur auf einem Bereich der Oberfläche hervorzurufen,
indem auf die Haushaltsglasware eine geeignete Hilfsschicht aufgebracht
wird, die gleichzeitig der Haushaltsglasware Härte und Kratzfestigkeit verleiht.
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Auf
diese Weise können
beispielsweise besonders kratzfeste Glasoberflächen erhalten werden, die weniger
leicht verschmutzen, leicht zu reinigen sind sowie schnell und fleckenarm
trocknen.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines auf eine Oberfläche gebrachten
Wassertropfens mit dem Kontaktwinkel θ zwischen dem Tropfen und der
Oberfläche.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines auf eine rauhe Oberfläche aufgebrachten
Flüssigkeitstropfens.
Dabei stellt (a) den Wenzel-Zustand und (b) den Cassie-Baxter-Zustand
dar.
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3 zeigt
das selektive Aufbringen der hydrophoben oder hydrophilen Beschichtung
auf das mit einer Hilfsschicht versehene Substrat, d.h. die entsprechende
Haushaltsglasware bzw. deren Glasoberfläche.
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4 zeigt
das Regenerieren der hydrophoben oder hydrophilen Beschichtung.