DE102012210294A1 - Anti-fouling additives, process for their preparation and their use in coatings - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft Bewuchsmindernde-Additiv, enthaltend mindestens a) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von 100–500 µm, b) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von 20–70 µm und c) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von <20 µm. Das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv wird durch Mischen hergestellt. Das Bewuchsmindernde-Additiv kann in Lacken verwendet werden.The present invention relates to anti-fouling additive comprising at least a) a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having a mean particle size d50 of 100-500 microns, b) a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having an average particle size d50 from 20-70 microns and c) a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having an average particle size d50 of <20 microns. The anti-fouling additive according to the invention is prepared by mixing. The anti-fouling additive can be used in paints.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Bewuchsmindernde-Additive, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung in Beschichtungen.The present invention relates to anti-fouling additives, a process for their preparation and their use in coatings.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Bewuchsmindernde-Additive, an Stelle des üblicherweise verwendeten Begriffs Antifouling-Additiv verwendet, um herauszustellen, dass die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Additive allein auf einem physikalischen Effekt beruht im Sinne von Foul-Release-Coatings und Easy-to-Clean-Beschichtungen und keine Biozide oder biozidwirksamen Substanzen notwendig sind. For the purposes of the present invention, the term anti-fouling additives, instead of the commonly used term anti-fouling additive, is used to emphasize that the effectiveness of the additives according to the invention is based solely on a physical effect in terms of foul-release coatings and easy-to -Clean coatings and no biocides or biocidal substances are necessary.
Aus
Ferner sind Bewuchsmindernde-Additive bekannt, basierend auf physikalischen Wirkprinzipien, beispielsweise die Strukturierung der Lackoberfläche zur Erzeugung von lufthaltenden Oberflächen in
Aus
Ferner sind aus
Zahlreiche wissenschaftliche Publikationen beschreiben die physikalische Bewuchsminderung auf Basis hierarchisch strukturierter Oberflächen, so z.B. „Surface modification approaches to control marine biofouling“, Scardino, Advances in marine antifouling coatings and technology, 2009, Woodhead publishing, S.664–692. Hieraus ist bekannt, dass für die Antifoulingwirkung die Oberfläche mit Strukturierungen in verschiedenen Größenordnungen ausgestattet sein sollte. Aufgrund der Vielfältigkeit der im Meer lebenden Organismen ist es nicht möglich eine Antifouling-Wirkung, im weiteren Sinne eine Bewuchsmindernde Wirkung, mit nur einer Struktur zu erzielen. So sind für die Abwehr von Mikroorganismen andere Strukturgrößen zu verwenden im Vergleich zu Makroorganismen wie Muscheln und Algen. Die genannten Größenordnungen variieren von wenigen Nanometern bis hunderte Mikrometer.Numerous scientific publications describe physical fouling based on hierarchically structured surfaces, e.g. "Surface modification approaches to control marine biofouling", Scardino, Advances in Marine Antifouling Coatings and Technology, 2009, Woodhead Publishing, pp. 644-692. From this it is known that for the antifouling effect, the surface should be provided with structuring in different orders of magnitude. Due to the diversity of organisms living in the sea, it is not possible to achieve an anti-fouling effect, in the broader sense, a fouling effect, with only one structure. So for the defense against microorganisms to use other structure sizes compared to macroorganisms such as shells and algae. The stated orders of magnitude vary from a few nanometers to hundreds of micrometers.
Ebenfalls beschreibt
Weitere Funktionalitäten können hier durch Modifizierung der Partikel mit Kohlenwasserstoffen (z.B. Alkylketten), Silanen oder Bioziden erzeugt werden (
Die Erzeugung mikrostrukturierter Oberflächen in Anlehnung an natürliche Vorbilder kann neben der Verwendung von Partikeln auch durch Verwendung von Fasern erfolgen, die sich an pflanzlichen natürlichen Vorbildern wie Treibsamen oder tierischen Vorbildern, wie Seelöwen orientieren.
Weiterhin können strukturierte Oberflächen auch durch Polymermodifizierung erzeugt werden (
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Bewuchsminderndes-Additiv zur Verfügung zu stellen, das in Beschichtungen eingearbeitet eine bewuchsmindernde Wirkung, basierend auf nicht-toxischen physikalischen Wirkprinzipien, erzielt und die Bewuchsmindernde-Beschichtung auch im technischen Maßstab nach herkömmlichen Verfahren hergestellt werden kann. Ferner sollte die bewuchsmindernde Wirksamkeit der applizierten ausgehärteten Beschichtung auf Basis jedes Bindemittelsystems möglich sein unter Anpassung der eingesetzten Konzentrationen und dem Fachmann bekannter Optimierungsparameter. The object of the present invention is to provide a fouling-reducing additive which, when incorporated into coatings, achieves a fouling-reducing action based on non-toxic physical principles of action, and the fouling-reducing coating can also be produced on an industrial scale by conventional methods. Furthermore, the antifouling effectiveness of the applied cured coating on the basis of any binder system should be possible by adjusting the concentrations used and optimization parameters known to the person skilled in the art.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin Bewuchsmindernde-Additive zur Verfügung zu stellen, welche weitgehend bzw. vollständig bioabbaubar und / oder biologisch unbedenklich sind.A further object of the present invention is to provide growth-reducing additives which are largely or completely biodegradable and / or biologically harmless.
Eine weitere Aufgabe besteht darin Bewuchsmindernde-Additive zur Verfügung zu stellen, welche sowohl während der Fahrt als auch während der Liegezeiten von Wasserfahrzeugen oder anderen mit Wasser, insbesondere Meerwasser in Kontakt stehenden oder kommenden Objekten einen hinreichenden Bewuchsmindernden-Schutz gewährleisten. A further object is to provide fouling-reducing additives which ensure sufficient fouling-protection protection both during travel and during lay periods of vessels or other objects in contact or coming into contact with water, in particular seawater.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin Bewuchsmindernde-Additive zur Verfügung zu stellen, die in ausgewählten Beschichtungen eingearbeitet eine leichtere Abreinigung von anhaftendendem Bewuchs (Fouling) gewährleisten können. Diese leichtere Abreinigung beruht darauf, dass durch Verwendung der genannten Additive eine mikrostrukturierte Oberfläche erzeugt wird und die Anzahl der Haftungspunkte reduziert wird. Im Weiteren kann die Strömungsdynamik der Beschichtungen positiv beeinflusst werden, was ebenfalls zu einer leichteren Abreinigung führt. Another object of the present invention is to provide antifouling additives which, incorporated in selected coatings, can provide easier fouling. This easier cleaning is based on the fact that by using said additives, a microstructured surface is produced and the number of adhesion points is reduced. In addition, the flow dynamics of the coatings can be positively influenced, which also leads to an easier cleaning.
Biologische Abbaubarkeit bzw. bioabbaubar im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet das Vermögen organischer Chemikalien zum biologischen Abbau, also ihrer Zersetzung durch Lebewesen bzw. deren Enzyme. Im Idealfall verläuft dieser chemische Metabolismus vollständig bis zur Mineralisierung, so dass die organische Verbindung bis hin zu anorganischen Stoffen wie Kohlendioxid, Sauerstoff und Ammoniak zerlegt wird. Analytisch kann dieser Vorgang z.B. durch die Angabe der Halbwertszeit erfasst werden. Ist ein vollständiger biologischer Abbau im Sinne der obigen Definition nicht möglich, so wird gewährleistet, dass die im Sinne der Erfindung verwendeten Additive unbedenklich sind. D. h. die Additive haben keinen toxischen oder gefährdenden Einfluss auf andere Organismen. Die Additive reichern sich nicht oder nur gering im Wasser an und sind nicht umweltgefährdend. For the purposes of the present invention, biodegradability or biodegradability refers to the capacity of organic chemicals for biodegradation, ie their decomposition by living beings or their enzymes. Ideally, this chemical metabolism goes all the way to mineralization, breaking the organic compound down to inorganic matter such as carbon dioxide, oxygen, and ammonia. This process can be analyzed analytically, e.g. be recorded by the indication of the half-life. If a complete biodegradation within the meaning of the above definition is not possible, it is ensured that the additives used in the context of the invention are harmless. Ie. The additives have no toxic or hazardous effect on other organisms. The additives do not accumulate or only slightly in the water and are not environmentally hazardous.
Umweltgefährdend im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet die Eigenschaft von Stoffen und Stoffgemischen, die unmittelbar oder mittelbar Menschen, Tiere, Pflanzen, ihre Lebensgemeinschaften und Lebensräume sowie insbesondere den Boden schädigen oder langfristig irreversibel verändern können.Harmful to the environment in the sense of the present invention refers to the property of substances and substance mixtures which can directly or indirectly damage humans or animals, plants, their communities and habitats, and in particular the soil, or irreversibly change them in the long term.
Bewuchsmindernd im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet die Eigenschaft der mit bewuchsmindernden-Additiven ausgestatteten Beschichtungen die Ansiedlung von Foulingorganismen, d.h. Mikrofouling und Makrofouling zu reduzieren im Vergleich zur gleichen Beschichtung nicht enthaltend die Bewuchsmindernden-Additive. For the purposes of the present invention, the property of the coatings provided with antifouling additives refers to the settling of fouling organisms, i. To reduce microfouling and macro-fouling compared to the same coating not containing the anti-fouling additives.
Gegenstand der Erfindung ist ein Bewuchsminderndes-Additiv, enthaltend mindestens
- a) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von 100–500 µm, vorzugsweise von 100–300 µm,
- b) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von 20–70 µm, vorzugsweise von 20–50 µm und
- c) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von <20 µm, vorzugsweise von 10 nm–10 µm.
- a) a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having an average particle size d 50 of 100-500 μm, preferably of 100-300 μm,
- b) a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having an average particle size d50 of 20-70 microns, preferably 20-50 microns and
- c) a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having an average particle size d50 of <20 .mu.m, preferably of 10 nm-10 .mu.m.
Das Bewuchsmindernde-Additiv kann frei von Bioziden oder biozidwirksamen Substanzen sein.The antifouling additive may be free of biocides or biocidal substances.
Die Kieselsäuren können gefällte und/oder pyrogene Kieselsäuren sein. The silicas can be precipitated and / or pyrogenic silicas.
Beispielsweise können gefällte Kieselsäuren gemäß
Gefällte oder pyrogene Kieselsäuren und Kieselgele, werden bereits standardmäßig als Additive (z.B. zur Rheologie- Steuerung oder Mattierung) in Lacken eingesetzt, so dass eine leichte Einarbeitung und gleichmäßige Verteilung der Additive nach den dem Fachmann bekannten Verfahren im Lack gewährleistet werden kann, ohne dass eine vollständige Neuformulierung der Rezeptur des Beschichtungssystems notwendig ist. Precipitated or pyrogenic silicic acids and silica gels are already used as additives (eg for rheology control or matting) in paints, so that easy incorporation and uniform distribution of the additives can be ensured in the paint by the methods known to the person skilled in the art without a complete reformulation of the formulation of the coating system is necessary.
Die drei Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele a)–c) können in variablen Verhältnissen miteinander gemischt werden. Dabei können die Mischverhältnisse und die eingesetzten Mengen erheblichen Einfluss auf die entstehenden Strukturen und damit auf die bewuchsmindernde Wirksamkeit haben. Bevorzugt kann das Mischverhältnis der Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele a):b):c), bezogen auf die Masse, 3:2:1 bis 0,5:0,5:1 sein. The three silicic acids, silicates or silica gels a) -c) can be mixed with one another in variable ratios. The mixing ratios and the amounts used can have a considerable influence on the resulting structures and thus on the anti-fouling effect. The mixing ratio of the silicic acids, silicates or silica gels a): b): c), based on the mass, may preferably be 3: 2: 1 to 0.5: 0.5: 1.
Besonders bevorzugt kann das Mischverhältnis der Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele a):b):c), bezogen auf die Masse, 1:1:1; 3:2:1 oder 6:4:5 sein. In Abhängigkeit vom gewählten Bindemittelsystem können sich auch andere als die genannten Mischungsverhältnisse als vorteilhaft erweisen.Particularly preferably, the mixing ratio of the silicic acids, silicates or silica gels a): b): c), based on the mass, 1: 1: 1; 3: 2: 1 or 6: 4: 5. Depending on the chosen binder system, other than the mentioned mixing ratios may prove to be advantageous.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele a)–c) modifiziert eingesetzt werden. Die Modifizierung kann durch eine Oberflächenmodifizierung oder eine Imprägnierung der Partikel erfolgen. In a preferred embodiment of the invention, the silicas, silicates or silica gels a) -c) can be used modified. The modification can be carried out by surface modification or impregnation of the particles.
Methoden der Oberflächenmodifizierung können jegliche Funktionalisierungen mit Silanen, Silikonen, Fettsäuren, Kohlenstoffverbindungen, Polymeren und ähnlichen, die zu einer kovalenten Bindung oder aber auch zu einer physikalischen Bindung, z.B. auf Basis von Van-der-Waals-Kräften, zwischen dem Feststoffpartikel und dem Stoffsystem führen, sein. Dabei ist jedoch zu beachten, dass durch diese Funktionalisierung keine antimikrobiellen Eigenschaften im Sinne einer bioziden Wirkung erzeugt werden, sondern lediglich eine Modifizierung der Oberflächeneigenschaften (z.B. Hydrophobie) erzielt wird. Als Silane zur Oberflächenmodifizierung können beispielsweise die folgenden Silane, einzeln oder als Mischung, eingesetzt werden:Methods of surface modification may include any functionalizations with silanes, silicones, fatty acids, carbon compounds, polymers and the like resulting in covalent bonding or even physical bonding, e.g. based on van der Waals forces, between the solid particles and the stock system. However, it should be noted that this functionalization does not produce any antimicrobial properties in the sense of a biocidal effect, but only a modification of the surface properties (for example hydrophobicity) is achieved. As silanes for surface modification, it is possible, for example, to use the following silanes, individually or as a mixture:
Organosilane (RO)3Si(CnH2n+1) und (RO)3Si(CnH2n-1) mit R gleich oder verschieden und Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl oder Butyl ist und n = 1–20,Organosilanes (RO) 3 Si (C n H 2n + 1 ) and (RO) 3 Si (C n H 2n-1 ) where R is the same or different and is alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl or butyl is and n = 1-20,
Organosilane R'x(RO)ySi(CnH2n+1) und R'x(RO)ySi(CnH2n-1) mit R gleich oder verschieden und Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl oder Butyl ist, R' gleich oder verschieden ist und Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, Butyl oder Cycloalkyl ist und n = 1–20; x + y = 3, x = 1 oder 2, y = 1 oder 2,Organosilanes R ' x (RO) y Si (C n H 2n + 1 ) and R' x (RO) y Si (C n H 2n-1 ) with the same or different and R and alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl , i-propyl or butyl, R 'is the same or different and is alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, butyl or cycloalkyl and n = 1-20; x + y = 3, x = 1 or 2, y = 1 or 2,
Halogenorganosilane X3Si(CnH2n+1) und X3Si(CnH2n-1) mit X=Cl oder Br; n = 1–20,Halogenorganosilane X 3 Si (C n H 2n + 1 ) and X 3 Si (C n H 2n-1 ) with X = Cl or Br; n = 1-20,
Halogenorganosilane X2(R')Si(CnH2n+1) und X2(R')Si(CnH2n-1) mit X=Cl oder Br, R' = Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, Butyl oder Cycloalkyl und n = 1–20,Halogenorganosilane X 2 (R ') Si (C n H 2n + 1 ) and X 2 (R') Si (C n H 2n-1 ) with X = Cl or Br, R '= alkyl, such as methyl, ethyl, n Propyl, i-propyl, butyl or cycloalkyl and n = 1-20,
Halogenorganosilane X(R')2Si(CnH2n+1) und X(R')2Si(CnH2n-1) mit X=Cl oder Br; R' gleich oder verschieden ist und Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, Butyl oder Cycloalkyl ist und n = 1–20,Haloorganosilanes X (R ') 2 Si (C n H 2n + 1 ) and X (R') 2 Si (C n H 2n-1 ) where X = Cl or Br; R 'is the same or different and is alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, butyl or cycloalkyl and n = 1-20,
Organosilane (RO)3Si(CH2)m-R’’
mit R gleich oder verschieden ist und Alkyl, wie Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, i-Propyl oder Butyl ist, m = 0,1–20, R’’=Methyl, Aryl, wie -C6H5 oder substituierte Phenylreste, C4F9, OCF2-CHF-CF3, C6F13, OCF2CHF2, Sz-(CH2)3Si(OR)3 mit z = 1–10, SH, NR1R2R3 mit R1=Alkyl oder Aryl; R2=H, Alkyl oder Aryl; R3=H, Alkyl, Aryl, Benzyl, C2H4NR4 R5 mit R4=H oder Alkyl und R5=H oder Alkyl,Organosilane (RO) 3 Si (CH 2 ) m -R "
R is the same or different and is alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl or butyl, m = 0.1-20, R "= methyl, aryl, such as -C 6 H 5 or substituted phenyl radicals, C 4 F 9 , OCF 2 -CHF-CF 3 , C 6 F 13 , OCF 2 CHF 2 , S z - (CH 2 ) 3 Si (OR) 3 with z = 1-10, SH, NR 1 R 2 R 3 with R 1 = alkyl or aryl; R 2 = H, alkyl or aryl; R 3 = H, alkyl, aryl, benzyl, C 2 H 4 NR 4 R 5 with R 4 = H or alkyl and R 5 = H or alkyl,
Organosilane (R’)x(RO)ySi(CH2)m-R’’
mit R gleich oder verschieden ist und Alkyl, wie Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, i-Propyl oder Butyl ist, R' gleich oder verschieden ist und Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, Butyl oder Cycloalkyl ist, x + y = 3, x = 1 oder 2, y = 1 oder 2; m = 0,1 bis 20, R’’= Methyl, Aryl, wie C6H5 oder substituierte Phenylreste, C4F9, OCF2-CHF-CF3, C6F13, OCF2CHF2, Sz-(CH2)3Si(OR)3 mit z = 1–10, SH, NR1R2R3 mit R1=Alkyl oder Aryl; R2=H, Alkyl oder Aryl; R3=H, Alkyl, Aryl, Benzyl, C2H4NR4R5 mit R4=H oder Alkyl und R5=H oder Alkyl,Organosilanes (R ') x (RO) y Si (CH 2 ) m -R''
R is the same or different and is alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl or butyl, R 'is the same or different and is alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, Butyl or cycloalkyl, x + y = 3, x = 1 or 2, y = 1 or 2; m = 0.1 to 20, R "= methyl, aryl, such as C 6 H 5 or substituted phenyl, C 4 F 9 , OCF 2 -CHF-CF 3 , C 6 F 13 , OCF 2 CHF 2 , S z - (CH 2 ) 3 Si (OR) 3 with z = 1-10, SH, NR 1 R 2 R 3 with R 1 = alkyl or aryl; R 2 = H, alkyl or aryl; R 3 = H, alkyl, aryl, benzyl, C 2 H 4 NR 4 R 5 with R 4 = H or alkyl and R 5 = H or alkyl,
Halogenorganosilane X3Si(CH2)m-R6
mit X=Cl oder Br, m = 0,1–20, R = Methyl, Aryl, wie C6H5 oder substituierte Phenylreste, C4F9, OCF2-CHF-CF3, C6F13, O-CF2-CHF2, SH oder Sz-(CH2)3Si(OR)3 mit z = 1–10 und R gleich oder verschieden ist und Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl oder Butyl ist, Halogenorganosilane X 3 Si (CH 2 ) m -R 6
with X = Cl or Br, m = 0.1-20, R = methyl, aryl, such as C 6 H 5 or substituted phenyl radicals, C 4 F 9 , OCF 2 -CHF-CF 3 , C 6 F 13 , O- CF 2 -CHF 2 , SH or S z - (CH 2 ) 3 Si (OR) 3 with z = 1-10 and R is the same or different and alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl or butyl is
Halogenorganosilane RX2Si(CH2)mR6
X=Cl oder Br, m = 0,1–20, R gleich oder verschieden ist und Alkyl, wie Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, i-Propyl oder Butyl ist, R6=Methyl, Aryl, wie C6H5 oder substituierte Phenylreste, C4F9, OCF2-CHF-CF3, C6F13, O-CF2-CHF2, SH oder Sz-(CH2)3Si(OR)3 mit z = 1–10, Halogenorganosilane RX 2 Si (CH 2 ) m R 6
X = Cl or Br, m = 0.1-20, R is the same or different and is alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl or butyl, R 6 = methyl, aryl, such as C 6 H 5 or substituted phenyl radicals, C 4 F 9 , OCF 2 -CHF-CF 3 , C 6 F 13 , O-CF 2 -CHF 2 , SH or S z - (CH 2 ) 3 Si (OR) 3 with z = 1-10,
Halogenorganosilane R2XSi(CH2)mR6
X=Cl oder Br, m = 0,1–20, R gleich oder verschieden ist und Alkyl, wie Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, i-Propyl oder Butyl ist, R6=Methyl, Aryl, wie C6H5 oder substituierte Phenylreste, C4F9, OCF2-CHF-CF3, C6F13, O-CF2-CHF2, SH oder Sz-(CH2)3Si(OR)3 mit z = 1–10,
Silazane R7R8 2SiNHSiR8 2R7 mit R7,R8 = gleich oder verschieden sind und Alkyl, Vinyl oder Aryl sind,Halogenorganosilane R 2 XSi (CH 2 ) m R 6
X = Cl or Br, m = 0.1-20, R is the same or different and is alkyl, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl or butyl, R 6 = methyl, aryl, such as C 6 H 5 or substituted phenyl radicals, C 4 F 9 , OCF 2 -CHF-CF 3 , C 6 F 13 , O-CF 2 -CHF 2 , SH or S z - (CH 2 ) 3 Si (OR) 3 with z = 1-10,
Silazanes R 7 R 8 2 SiNHSiR 8 2 R 7 where R 7 , R 8 = are the same or different and are alkyl, vinyl or aryl,
Cyclische Polysiloxane D3, D4, D5 und ihre Homologen, wobei unter D3, D4 und D5 cyclische Polysiloxane mit 3, 4 oder 5 Einheiten des Typs -O-Si(CH3)2 verstanden wird, z.B. Octamethylcyclotetrasiloxan (D4) mit
R9 = Alkyl,
R10 = substituiertes oder unsubstituiertes Alkyl, Aryl oder H
R11 = substituiertes oder unsubstituiertes Alkyl oder Aryl
R12 = substituiertes oder unsubstituiertes Alkyl, Aryl oder H
Y = CH3, H, CvH2v+1 mit v = 1–20, Si(CH3)3, Si(CH3)2H, Si(CH3)2OH, Si(CH3)2(OCH3) oder Si(CH3)2(CvH2v+1)
wobei
ein R10 oder R11 oder R12 (CH2)v–NH2 sein kann und v = 1–20, m’ = 0,1,2,3, ... 100.000, n’ = 0,1,2,3, ... 100.000, u’ = 0,1,2,3, ... 100.000 ist.Cyclic polysiloxanes D3, D4, D5 and their homologs, where D3, D4 and D5 are cyclic polysiloxanes having 3, 4 or 5 units of the type -O-Si (CH 3 ) 2 , eg octamethylcyclotetrasiloxane (D4) With
R 9 = alkyl,
R 10 = substituted or unsubstituted alkyl, aryl or H
R 11 = substituted or unsubstituted alkyl or aryl
R 12 = substituted or unsubstituted alkyl, aryl or H
Y = CH 3 , H, C v H 2v + 1 where v = 1-20, Si (CH 3 ) 3 , Si (CH 3 ) 2 H, Si (CH 3 ) 2 OH, Si (CH 3 ) 2 ( OCH 3 ) or Si (CH 3 ) 2 (C v H 2v + 1 )
in which
R 10 or R 11 or R 12 can be (CH 2 ) v -NH 2 and v = 1-20, m '= 0,1,2,3, ... 100,000, n' = 0,1,2 , 3, ... 100,000, u '= 0,1,2,3, ... 100,000.
Bevorzugt können als Oberflächenmodifizierungsmittel folgende Stoffe eingesetzt werden: Octyltrimethoxysilan, Octyltriethoxysilan, Hexamethyldisilazan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan, Hexadecyltriethoxysilan, Dimethylpolysiloxan, Nonafluorohexyltrimethoxysilan, Tridecaflourooctyltrimethoxysilan oder Tridecaflourooctyltriethoxysilan.The surface-modifying agents which may be used are preferably the following: octyltrimethoxysilane, octyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, hexadecyltriethoxysilane, dimethylpolysiloxane, nonafluorohexyltrimethoxysilane, tridecaflourooctyltrimethoxysilane or tridecaflourooctyltriethoxysilane.
Besonders bevorzugt können Hexamethyldisilazan Octyltriethoxysilan oder Dimethylpolysiloxane eingesetzt werden. Hexamethyldisilazane octyltriethoxysilane or dimethylpolysiloxanes can be used with particular preference.
Die Modifizierung kann durch eine Imprägnierung, beispielsweise mit Silkonöl, Polyethylenglykol, Polysaccharide, Block-Copolymere, Caprolactone, Lactid- und Glycolidpolymere, Polyanhydride, Polyester, Hydroxybuttersäuren, Polyphosphazene, Polyphosphoester, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Alginat, Gelatine, Agar oder Pectin, erreicht werden. Die modifizierten Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele können analog zu den reinen Kieselsäuren, Silikaten oder Kieselgelen in die Lacksysteme eingearbeitet werden, wobei zusätzliche Funktionalitäten erzeugt werden, die eine bewuchsmindernde Wirkung aufweisen bzw. die Verarbeitungseigenschaften im Lack modifizieren können. Bei den modifizierten Kieselsäuren, Silikaten oder Kieselgelen kann eine fast vollständige Einbettung ins Bindemittel erfolgen, so dass die Kieselsäure-/Silikat oder Kieselgeloberfläche nicht freiliegt und vorhandene Oberflächenfunktionalitäten nicht wirksam sein können. The modification can be achieved by impregnation with, for example, silicone oil, polyethylene glycol, polysaccharides, block copolymers, caprolactones, lactide and glycolide polymers, polyanhydrides, polyesters, hydroxybutyric acids, polyphosphazenes, polyphosphoesters, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, alginate, gelatin, agar or pectin , The modified silicas, silicates or silica gels can be incorporated into the coating systems analogously to the pure silicas, silicates or silica gels, with additional functionalities being produced which have a soil-reducing effect or can modify the processing properties in the varnish. In the case of the modified silicic acids, silicates or silica gels, they can be almost completely embedded in the binder so that the silicic acid / silica or silica gel surface is not exposed and existing surface functionalities can not be effective.
In einer bevorzugen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele a–c eine Mischung aus nicht-modifizierten und modifizierten Kieselsäuren sein. Dabei können ein, zwei oder drei der drei Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele a–c modifiziert vorliegen.In a preferred embodiment of the present invention, the silicas, silicates or silica gels a-c may be a mixture of unmodified and modified silicas. One, two or three of the three silicic acids, silicates or silica gels may be present modified a-c.
Neben dem mittleren Durchmesser können die eingesetzten Kieselsäuren und Silikate einen Grindometerwert von 10 bis 45 µm, bevorzugt 20 bis 43 µm, und/oder eine Stampfdichte von 50 bis 350 g/l bevorzugt 50 bis 300 g/l, und/oder eine Ölzahl von 180 bis 360 g/100g und/oder eine DBP-Zahl von 200 bis 450 g/100g, bevorzugt 320 bis 400 g/100g, und/oder eine BET von 100 bis 600 m2/g, bevorzugt 200 bis 550 m2/g, besonders 2bevorzugt 300 bis 550 m /g, ganz besonders bevorzugt 350 bis 2500 m /g, und/oder ein Gesamtporenvolumen von 6 bis 14 ml/g (0.0042–414 MPa, 140°), haben. Ganz besonders bevorzugt weisen die Kieselsäuren und Silikate mehrere der zuvor genannten physikalisch-chemischen Eigenschaften in Kombination und speziell bevorzugt alle zuvor genannten Eigenschaften in Kombination auf.In addition to the average diameter, the silicas and silicates used can have a grindometer value of 10 to 45 μm, preferably 20 to 43 μm, and / or a tamped density of 50 to 350 g / l, preferably 50 to 300 g / l, and / or an oil number of 180 to 360 g / 100 g and / or a DBP number of 200 to 450 g / 100 g, preferably 320 to 400 g / 100 g, and / or a BET of 100 to 600 m 2 / g, preferably 200 to 550 m 2 / g, particularly preferably from 300 to 550 m / g, very particularly preferably from 350 to 2500 m / g, and / or a total pore volume of from 6 to 14 ml / g (0.0042-414 MPa, 140 °). Most preferably, the silicas and silicates have several of the aforementioned physicochemical properties in combination, and more preferably, all the aforementioned properties in combination.
In Abhängigkeit von der Konzentration kann durch das Einbringen der mikrostrukturierten Partikel in die Beschichtungsformulierung auf den mit diesen Beschichtungsformulierungen beschichteten Oberflächen eine Mikrostrukturierung erzeugt werden, die das Biofilmwachstum und Makrofouling beeinflusst.Depending on the concentration, incorporation of the microstructured particles into the coating formulation on the surfaces coated with these coating formulations may produce microstructuring that affects biofilm growth and macro-fouling.
Die BET-Oberfläche ist wichtig um eine hinreichende Verstärkung im Lacksystem erreichen zu können.The BET surface area is important in order to achieve sufficient reinforcement in the paint system.
Das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv kann ein Pulver sein, vorzugsweise frei fließende Pulver. Dies bedeutet, dass die Rieselfähigkeit des Produktes gemessen mit den Auslauftrichtern nach
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bewuchsmindernden-Additiv, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel a) mit einer Partikelgröße von 100–500 µm, vorzugsweise von 100–300 µm, eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel b) mit einer Partikelgröße von 20–70 µm, vorzugsweise von 20–50 µm und eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel c) mit einer Partikelgröße von <20 µm, vorzugsweise von 10nm–10 µm, mischt. Die Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele a–c können modifiziert sein. Die Modifizierung kann durch eine Oberflächenmodifizierung oder eine Imprägnierung der Partikel erfolgen.Another object of the invention is a process for the preparation of the growth-reducing additive according to the invention, which is characterized in that a modified or unmodified silica, silicate or silica gel a) having a particle size of 100-500 .mu.m, preferably 100-300 microns , a modified or unmodified silica, silicate or silica gel b) having a particle size of 20-70 microns, preferably from 20-50 microns and a modified or unmodified silica, silicate or silica gel c) having a particle size of <20 microns, preferably from 10nm-10μm, mixes. The silicas, silicates or silica gels a-c may be modified. The modification can be carried out by surface modification or impregnation of the particles.
Das Mischen kann beispielsweise in einem Kneter, Schaufeltrockner, Taumelmischer, Vertikalmischer, Schaufelmischer, Schugimischer, Zementmischer, Gerickekontimischer, Eirichmischer und/oder Silomischer erfolgen.The mixing can be carried out, for example, in a kneader, paddle dryer, tumble mixer, vertical mixer, paddle mixer, Schugimischer, cement mixer, Gerickekontimischer, Eirichmischer and / or Silomischer.
Die Temperatur in der Mischeinheit kann zwischen 5°C und 120 °C betragen.The temperature in the mixing unit can be between 5 ° C and 120 ° C.
Die Mischung kann unter Luftatmosphäre erfolgen. Das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv kann in Beschichtungssystemen, vorzugsweise Lacken, verwendet werden.The mixture can be done under air atmosphere. The anti-fouling additive according to the invention can be used in coating systems, preferably paints.
Das Beschichtungssystem, enthaltend das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv kann zum Schutz der Oberfläche von Objekten welche mit Wasser, insbesondere Meerwasser in Kontakt stehen oder kommen, auf die Oberfläche der Objekte aufgetragen werden.The coating system comprising the anti-fouling additive according to the invention can be applied to the surface of the objects to protect the surface of objects which come in contact or come into contact with water, in particular seawater.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Lack, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser mindestens
- a) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von 100–500 µm, vorzugsweise von 100–300 µm,
- b) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von 20–70 µm, vorzugsweise von 20–50 µm und
- c) eine modifizierte oder nicht modifizierte Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel mit einer mittleren Partikelgröße d50 von <20 µm, vorzugsweise von 10 nm–10 µm enthält.
- a) a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having an average particle size d 50 of 100-500 μm, preferably of 100-300 μm,
- b) a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having an average particle size d50 of 20-70 microns, preferably 20-50 microns and
- c) contains a modified or unmodified silica, silicate or silica gel having an average particle size d50 of <20 microns, preferably from 10 nm-10 microns.
Der erfindungsgemäße Lack kann frei von Bioziden oder biozidwirksamen Substanzen sein.The paint of the invention may be free of biocides or biocidal substances.
Die modifizierten oder nicht-modifizierten Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele a)–c) können in beliebiger Reihenfolge in der fertigen Lackformulierung dispergiert werden.The modified or unmodified silicas, silicates or silica gels a) -c) can be dispersed in any desired order in the finished paint formulation.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Lack, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv enthält.Another object of the invention is a paint, which is characterized in that it contains the fouling-reducing additive according to the invention.
Der erfindungsgemäße Lack kann 1–40 Gew.-%, vorzugsweise 10–20 Gew.-%, Bewuchsminderndes-Additiv, bezogen auf den Lack, enthalten. The lacquer according to the invention may contain 1-40% by weight, preferably 10-20% by weight, of growth-reducing additive, based on the lacquer.
Das Bewuchsmindernde-Additiv kann mit mäßiger Scherbelastung in der fertigen Lackformulierung dispergiert und der Lack anschließend mit gängigen Verfahren als letzte Schicht appliziert werden. Hierzu können Rollen ebenso wie Spritzen verwendet werden. Neben der Auswahl der verwendeten Partikel, dem Mischungsverhältnis, der Partikelkonzentration und der Lackformulierung kann dabei auch die Applikationstechnik einen Einfluss auf die entstehende Struktur haben.The anti-fouling additive can be dispersed with moderate shear stress in the finished paint formulation and the paint can then be applied as a last coat using standard methods. Rollers as well as syringes can be used for this purpose. In addition to the selection of the particles used, the mixing ratio, the particle concentration and the coating formulation, the application technique can also have an influence on the resulting structure.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass eine Freilegung bzw. Aktivierung der modifizierten Kieselsäure-/Silikat- oder Kieselgeloberflächen und damit der vorhandenen oberflächenaktiven Gruppen durch Ausnutzung der bei Kontakt mit Wasser stattfindenden Hydrolyse erfolgen kann. Hierzu können die Kieselsäuren, Silikate oder Kieselgele beispielsweise zunächst mit einem wasserlöslichen Polymer modifiziert bzw. imprägniert werden und anschließend nach den genannten Verfahren in die Lacksysteme eingearbeitet werden. Bei Kontakt mit Wasser, d.h. während der bestimmungsgemäßen Anwendung kann durch die stattfindende Wasserdiffusion in das Lacknetzwerk das wasserlösliche Polymer gelöst werden. Die verwendeten wasserlöslichen Polymere können bioabbaubar und nicht umweltgefährdend sein. Durch die Ablösung des Polymers von der Oberfläche der Partikel wird gleichzeitig der auf dem Partikel befindliche Lack abgelöst, wodurch die Partikeloberfläche freigelegt wird. Der Partikel bleibt weiterhin ausreichend von Lackmatrix umgeben, so dass die Kieselsäure, Silikat oder Kieselgel nicht aus dem Lacksystem freigelegt werden und aus der Lackmatrix austreten können. Mittels dieses Mechanismus ist es möglich gezielt Funktionalitäten im Lack zu verteilen, so dass bei Verwendung reiner Kieselsäure-/Silikat- oder Kieselgelpartikel in einem hydrophoben Lacksystem beispielsweise hydrophile Spots in einer hydrophoben Matrix erzeugt werden können. Diese alternierenden Oberflächen weisen wiederum besonders gute bewuchsmindernde Eigenschaften auf. Weiterhin ist es mittels dieses Mechanismus möglich gezielt die Funktionalitäten der modifzierten Kieselsäure-/Silikat- oder Kieselgelpartikel nach Einbindung in die Lackmatrix an der Oberfläche freizulegen. It has also been shown that an exposure or activation of the modified silicic acid / silicate or silica gel surfaces and thus of the existing surface-active groups can take place by utilizing the hydrolysis taking place upon contact with water. For this purpose, the silicas, silicates or silica gels, for example, be first modified or impregnated with a water-soluble polymer and then incorporated into the coating systems by the said methods. Upon contact with water, i. During the intended use, the water-soluble polymer can be dissolved by the water diffusion taking place in the paint network. The water-soluble polymers used can be biodegradable and not environmentally hazardous. The detachment of the polymer from the surface of the particles simultaneously removes the paint on the particle, thereby exposing the particle surface. The particle remains sufficiently surrounded by the coating matrix, so that the silica, silicate or silica gel are not exposed from the paint system and can escape from the paint matrix. By means of this mechanism it is possible to selectively distribute functionalities in the paint, so that when using pure silicic acid / silicate or silica gel particles in a hydrophobic coating system, for example, hydrophilic spots can be produced in a hydrophobic matrix. These alternating surfaces in turn have particularly good anti-fouling properties. Furthermore, it is possible by means of this mechanism specifically to expose the functionalities of the modified silicic acid / silicate or silica gel particles after incorporation into the paint matrix on the surface.
Die so hergestellten Lacke zeigen sowohl im Laborbioversuch gegen den Testkeim Ps.atlantica als auch im Freilandversuch eine bewuchsmindernde Wirkung im Vergleich zum Referenzsystem ohne Zusatz der strukturgebenden Elemente. Ein weiterer Vorteil der sich durch Verwendung der beschriebenen Additive ergibt, ist die Erhöhung der mechanischen Festigkeit, sowie die Möglichkeit der Rheologieeinstellung. The paints prepared in this way show both in the laboratory bioassay against the test microorganism Ps.atlantica and in the field trial a fade-reducing effect in comparison to the reference system without the addition of the structuring elements. Another advantage that results from using the additives described is the increase in mechanical strength, as well as the possibility of Rheologieeinstellung.
Mit dem erfindungsgemäßen Bewuchsmindernden-Additiv können alle Objekte beschichtet werden, welche der Gefahr durch Biofouling ausgesetzt sind. Dies sind insbesondere Sportboote, kommerzielle Schiffe, in Wasser eintauchende Bauwerke und Einrichtungen wie z. B. Bootsstege, Kaimauern, Ölbohrplattformen etc., Fahrwassermarkierungen, sonstige Bojen oder Messsonden. With the fouling-reducing additive according to the invention, it is possible to coat all objects which are exposed to the danger of biofouling. These are in particular sport boats, commercial ships, submerged in water structures and facilities such. As jetties, quay walls, oil rigs, etc., navigation marks, other buoys or probes.
Messmethoden measurement methods
Analyse der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Kieselsäure, Silikate oder KieselgeleAnalysis of the physico-chemical properties of silica, silicates or silica gels
Bestimmung der DBP Zahl:
Die DBP-Aufnahme (DBP-Zahl), die ein Maß für die Saugfähigkeit eines porösen Partikel ist, wird in Anlehnung an die Norm
12,50 g pulverförmiges oder kugelförmiges Trägermaterial mit 0–10 % Feuchtegehalt (gegebenenfalls wird der Feuchtegehalt durch Trocknen bei 105 °C im Trockenschrank eingestellt) werden in die Kneterkammer (Artikel Nummer 279061) des Brabender-Absorptometer ‘‘E‘‘ gegeben (ohne Dämpfung des Ausgangsfilters des Drehmomentaufnehmers). Im Falle von Granulaten wird die Siebfraktion von 3.15 bis 1 mm (Edelstahlsiebe der Firma Retsch) verwendet (durch sanftes Drücken der Granulate mit einem Kunststoffspatel durch das Sieb mit 3.15 mm Porenweite). Unter ständigem Mischen (Umlaufgeschwindigkeit der Kneterschaufeln 125 U/min) tropft man bei Raumtemperatur durch den „Dosimaten Brabender T 90/50“ Dibutylphthalat mit einer Geschwindigkeit von 4 ml/min in die Mischung. Das Einmischen erfolgt mit nur geringem Kraftbedarf und wird anhand der Digitalanzeige verfolgt. Gegen Ende der Bestimmung wird das Gemisch pastös, was mittels eines steilen Anstieges des Kraftbedarfs angezeigt wird. Bei einer Anzeige von 600 digits (Drehmoment von 0.6 Nm) wird durch einen elektrischen Kontakt sowohl der Kneter als auch die DBP-Dosierung abgeschaltet. Der Synchronmotor für die DBP-Zufuhr ist mit einem digitalen Zählwerk gekoppelt, so dass der Verbrauch an DBP in ml abgelesen werden kann.Determination of the DBP number:
The DBP absorption (DBP number), which is a measure of the absorbency of a porous particle, is based on the norm
12.50 g of powdery or spherical carrier material with 0-10% moisture content (if necessary, the moisture content is set by drying at 105 ° C in a drying oven) are in the kneader chamber (Article number 279061) of the Brabender Absorptometer '' E '' given (without Attenuation of the output filter of the torque transducer). In the case of granules, the sieve fraction of 3.15 to 1 mm (stainless steel sieves Retsch) is used (by gently pressing the granules with a plastic spatula through the sieve with 3.15 mm pore size). With constant mixing (rotary speed of the kneader blades 125 rpm) is added dropwise at room temperature through the "Dosimaten Brabender T 90/50" dibutyl phthalate at a rate of 4 ml / min in the mixture. The mixing takes place with only a small force requirement and is tracked on the basis of the digital display. Towards the end of the determination, the mixture becomes pasty, which is indicated by a steep increase in the power requirement. With a display of 600 digits (torque of 0.6 Nm), both the kneader and the DBP metering are switched off by an electrical contact. The synchronous motor for the DBP supply is coupled to a digital counter so that the consumption of DBP in ml can be read.
Die DBP-Aufnahme wird in der Einheit [g/(100g)] ohne Nachkommastellen angegeben und anhand der folgenden Formel berechnet: mit
DBP = DBP-Aufnahme in g/(100g)
V = Verbrauch an DBP in ml
D = Dichte von DBP in g/ml (1,047 g/ml bei 20 °C)
E = Einwaage an Kieselsäure in g
K = Korrekturwert gemäß Feuchtekorrekturtabelle in g/(100g)The DBP recording is given in units of [g / (100g)] without decimal places and is calculated according to the following formula: With
DBP = DBP uptake in g / (100g)
V = consumption of DBP in ml
D = density of DBP in g / ml (1.047 g / ml at 20 ° C)
E = weight of silica in g
K = correction value according to humidity correction table in g / (100g)
Die DBP-Aufnahme ist für wasserfreie, getrocknete Trägermaterialien definiert. Bei Verwendung von feuchten Trägermaterialien, insbesondere Fällungskieselsäuren oder Silicagelen ist der Korrekturwert K für die Berechnung der DBP-Aufnahme zu berücksichtigen. Dieser Wert kann anhand der folgenden Korrekturtabelle ermittelt werden, z. B. würde ein Wassergehalt des Trägermaterials von 5.8 % einen Zuschlag von 33 g/(100 g) für die DBP-Aufnahme bedeuten. Die Feuchte des Trägermaterials wird gemäß der nachfolgend beschriebenen Methode „Bestimmung der Feuchte bzw. des Trockenverlusts“ ermittelt. Tabelle: Feuchtekorrekturtabelle für Dibutylphthalataufnahme – wasserfrei – The DBP image is defined for anhydrous, dried support materials. When using moist support materials, in particular precipitated silicas or silica gels, the correction value K must be taken into account for calculating the DBP absorption. This value can be determined from the following correction table, eg. For example, a water content of the support material of 5.8% would mean a 33 g / (100 g) addition for DBP uptake. The moisture of the carrier material is determined according to the method described below "Determination of moisture or dry loss". Table: Moisture correction table for dibutyl phthalate uptake - anhydrous -
Bestimmung der ÖlzahlDetermination of the oil number
Die Bestimmung der Ölzahl erfolgt nach
Bestimmung der Feuchte bzw. des TrockenverlustsDetermination of moisture or dry loss
Die Feuchte oder auch Trockenverlust (TV) von Trägermaterialien wird in Anlehnung an
Durchführung execution
In ein trockenes Wägeglas mit Schliffdeckel (Durchmesser 8 cm, Höhe 3 cm) werden 10 g des pulverförmigen, kugelförmigen oder granulären Materials auf 0.1 mg genau eingewogen (Einwaage E). Die Probe wird bei geöffnetem Deckel 2 h bei 105 ± 2 °C in einem Trockenschrank getrocknet. Anschließend wird das Wägeglas verschlossen und in einem Exsikkatorschrank mit Kieselgel als Trocknungsmittel auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Wägeglas / Becherglas wird zur Bestimmung der Auswaage A auf der Präzisionswaage auf 0,1 mg genau ausgewogen. Man bestimmt die Feuchte (TV) in % gemäß
Mittlere Partikelgröße d50 Average particle size d 50
Die Bestimmung der Partikelverteilung der erfindungsgemäßen Produktsysteme erfolgt nach dem Prinzip der Laserbeugung auf einem Laserdiffraktometer (Firma Horiba, LA-920). Zur Bestimmung der Partikelgröße von Pulvern wird eine Dispersion mit einem Gewichtsanteil von ca. 1 Gew.-% SiO2 durch Einrühren des Pulvers in Wasser hergestellt. The determination of the particle distribution of the product systems according to the invention is carried out according to the principle of laser diffraction on a laser diffractometer (Horiba, LA-920). To determine the particle size of powders, a dispersion having a weight fraction of about 1% by weight of SiO 2 is prepared by stirring the powder in water.
Unmittelbar im Anschluss an die Dispergierung wird von einer Teilprobe der Dispersion mit dem Laserdiffraktometer (Horiba LA-920) die Partikelgrößenverteilung bestimmt. Für die Messung ist ein relativer Brechungsindex von 1,09 zu wählen. Alle Messungen erfolgen bei Raumtemperatur. Die Partikelgrößenverteilung sowie die relevanten Größen wie z. B. die mittlere Partikelgröße d50 werden vom Gerät automatisch berechnet und grafisch dargestellt. Es sind die Hinweise in der Bedienungsanleitung zu beachten.Immediately following the dispersion, the particle size distribution is determined from a partial sample of the dispersion with the laser diffractometer (Horiba LA-920). For the measurement a relative refractive index of 1.09 has to be chosen. All measurements are carried out at room temperature. The particle size distribution and the relevant variables such. The mean particle size d 50 , for example, is automatically calculated and graphed by the device. The instructions in the operating instructions must be observed.
Bestimmung der BET-OberflächeDetermination of the BET surface area
Die spezifische Stickstoff-Oberfläche (im folgenden BET-Oberfläche genannt) der pulverförmigen, in etwa sphärische Partikel aufweisende oder granulären Kieselsäure wird in Anlehnung an
Bestimmung der StampfdichteDetermination of tamped density
Die Bestimmung der Stampfdichte erfolgte gemäß
Bestimmung des GesamtporenvolumensDetermination of the total pore volume
Die Bestimmung des Gesamtporenvolumens erfolgt mittels der Quecksilberporosimetrie. Die Methode basiert auf der Hg-Intrusion gemäß
Die Kieselsäure wird vor der Messung einer Druckbehandlung unterzogen. Genutzt wird hierzu eine Manual Hydraulic Press (
Die Einwaage der Kieselsäure in den Penetrometer vom Typ 10 erfolgt auf 0,001 g genau und wird für eine gute Reproduzierbarkeit der Messung so gewählt, dass das „stem volume used“, also das prozentual verbrauchte Hg-Volumen zum Füllen des Penetrometers 20 % bis 40 % beträgt. Anschliessend wird das Penetrometer langsam auf 50 µm Hg evakuiert und für 5 min bei diesem Druck belassen. Die Bedienung des Autopore-Geräts erfolgt gemäß der Bedienungsanleitung mit der Software Version IV 1.05. Jede Messung wird um eine Leermessung des Penetrometers korrigiert. Der Messbereich beträgt 0,0042–414 MPa. The silica is weighed into the penetrometer of type 10 to a precision of 0.001 g and, for a good reproducibility of the measurement, is chosen so that the stem volume used, ie the percentage Hg volume used to fill the penetrometer, is 20% to 40%. is. Subsequently, the penetrometer is slowly evacuated to 50 .mu.m Hg and left for 5 min at this pressure. The operation of the Autopore device is carried out according to the operating instructions with the software version IV 1.05. Each measurement is corrected by one empty measurement of the penetrometer. The measuring range is 0.0042-414 MPa.
Bestimmung des GrindometerwertesDetermination of the grindometer value
Die Bestimmung des Grindometerwertes erfolgt nach
Bestimmung der RieselfähigkeitDetermination of the flowability
Die Beurteilung der Rieselfähigkeit erfolgt mit Glasauslaufgefäßen unterschiedlicher Auslaufdurchmesser. Die Bewertung erfolgt mit den Noten 1–7 : Angegeben wird das Messgefäß, bei dem das Pulver gerade noch ohne zu stocken ausfließt. Die nachfolgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, schränken diese jedoch in keiner Weise ein.The evaluation of the flowability takes place with glass outlet vessels of different outlet diameters. The evaluation is made with grades 1-7: Indicated is the measuring vessel in which the powder just flows out without faltering. The following examples serve to illustrate the present invention, but do not limit it in any way.
Beispiel 1: Lack mit modifizierten KieselsäurenExample 1: Lacquer with modified silicic acids
Die zu modifizierende Kieselsäure (Sipernat®22, Sipernat®50, Sipernat®50S) wird gemäß den Einwaagen in Tabelle 1 jeweils in einem Mischer (Somakon-Labormischer) vorgelegt und der Mischvorgang gestartet (250 U/min, 25 °C). Das zur Modifizierung genutzte Polymer (Polyethylenglycol 10.000 der Firma Aldrich) wird aus wässriger Lösung (40 Gew.-%) durch langsames zutropfen zudosiert (3 Minuten). Der Mischvorgang wird nach weiteren 15 Minuten beendet. Die Partikel bleiben rieselfähig. Anschließend wird ein Trocknungsschritt (Trockenschrank, 80°C, 24h) durchgeführt. Abschließend werden die Partikel mit einem organischen Lösemittel (Ethanol) gewaschen, gefiltert und nochmals getrocknet (Vakuumtrockenschrank, 80 mbar, 50 °C, 24h). To be modified silica (Sipernat ® 22, Sipernat ® 50, Sipernat ® 50S) is presented according to the weights in Table 1 each in a mixer (Somakon laboratory mixer) and start the mixing process (250 U / min, 25 ° C). The polymer used for the modification (polyethylene glycol 10,000 from Aldrich) is metered from aqueous solution (40% by weight) by slow dropwise addition (3 minutes). The mixing process is stopped after another 15 minutes. The particles remain free-flowing. Subsequently, a drying step (drying oven, 80 ° C, 24h) is performed. Finally, the particles are washed with an organic solvent (ethanol), filtered and dried again (vacuum drying oven, 80 mbar, 50 ° C, 24 h).
In Tabelle 1 sind die Einwaagen für die jeweiligen Modifizierungen der Kieselsäuretypen mit Polyethylenglycol 10.000 gelistet. Sipernat®22, Sipernat®50 und Sipernat®50S sind Kieselsäuren der Evonik Industries. Tabelle 1:
Aus den in Tabelle 1 aufgelisteten modifizierten Kieselsäuretypen 1–3 wird das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv durch Mischung der modifizierten Kieselsäuren 1–3 im Gewichtsverhältnis 6:4:5 (mod. Sipernat®22:mod.Sipernat®50:mod.Sipernat®50S) mit einem Taumelmischer bei 25 °C, 30 Min hergestellt. 4: 5 (mod Sipernat ® 22: according to the invention fouling-reducing additive that by mixing the modified silicas 1-3 in a weight ratio of 6 is extracted from the listed in Table 1 modified silica types 1-3. Mod.Sipernat ® 50: mod.Sipernat ® 50S ) with a tumble mixer at 25 ° C, 30 min.
Danach wird entsprechend Tabelle 2 (Zusammensetzung Lack) ein Lack hergestellt. Zunächst wird die 1. Komponente mittels Dissolver (Dispermat, Durchmesser: 80mm, 2000rpm, 30 min) hergestellt. Tabelle 2:
In einem zweiten Schritt wird der Härter (DYNASYLAN® AMEO) und das Bewuchsmindernde-Additiv dispergiert (Dispermat, Durchmesser: 40mm, 1000rpm, 10 min).In a second step, the hardener (DYNASYLAN ® AMEO) and the anti-fouling additive are dispersed (Dispermat, diameter: 40mm, 1000rpm, 10min).
Der Lack wird mittels Spritze (Pistole Sata Jet 90, Eingangsdruck 3 bar, 2 Spritzgänge, Düsendurchmesser 1,4 mm) auf den zu beschichtenden Untergrund aufgetragen. Als Testoberfläche werden angeraute PVC-Platten verwendet (20×20cm für Freilandversuch; 7,5×2,5cm für Laborversuch). Nach 8h ist die erfindungsgemäße Beschichtung ausgehärtet und anwendungsbereit.The paint is applied by means of a syringe (gun Sata Jet 90, inlet pressure 3 bar, 2 spray passes, nozzle diameter 1.4 mm) to the substrate to be coated. As a test surface roughened PVC plates are used (20 × 20cm for field trial, 7.5 × 2.5cm for laboratory test). After 8 hours, the coating according to the invention is cured and ready for use.
Die Beprobung im Freilandversuch erfolgte unter dynamischen Bedingungen (Proben-Karrussel mit 8h Rotation, 8h Stillstand, ca. 5 Knoten) in der Nordsee (Hooksiel). Anschließend erfolgte die Bewertung anhand von Wägung, d.h. Ermittlung der Massedifferenz und Vergleich des Oberflächenbewuchses. Das erfindungsgemäße Lacksystem enthaltend das Bewuchsmindernde-Additiv reduziert die Bewuchsmasse um mehr als 30% im Vergleich zum Referenzlack ohne das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv.The sampling in the field trial was carried out under dynamic conditions (sample Karrussel with 8h rotation, 8h stoppage, about 5 knots) in the North Sea (Hooksiel). Subsequently, the evaluation was carried out by weighing, i. Determination of mass difference and comparison of surface growth. The paint system according to the invention containing the fouling-reducing additive reduces the fouling mass by more than 30% in comparison to the reference paint without the fouling-reducing additive according to the invention.
Beispiel 2: Lack mit Mischung aus 3 KieselsäurenExample 2: Lacquer with a mixture of 3 silicic acids
Aus den in Tabelle 3 angegebenen Mengen an Kieselsäuretypen wird ein erfindungsgemäßes Bewuchsminderndes-Additiv hergestellt. Die Mischung erfolgt in einem Taumelmischer bei 25°C, 30 Min. Tabelle 3: Einwaagen für Kieselsäuremischung
Ergebnisse der Freilandversuche:Results of field trials:
Der Freilandversuch erfolgt, wie in Beispiel 1. Das erfindungsgemäße Lacksystem enthaltend das Bewuchsmindernde-Additiv reduziert die Bewuchsmasse um mehr als 40% im Vergleich zum Referenzlack ohne das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv.The field trial is carried out as in Example 1. The coating system according to the invention containing the fouling-reducing additive reduces the fouling mass by more than 40% compared to the reference coating without the fouling-reducing additive according to the invention.
Ergebnisse der Laborversuche: Results of the laboratory experiments:
Zur Analyse der bewuchsmindernden Wirksamkeit werden Laborexperimente durchgeführt. Im eigens dafür entwickelten Versuchsaufbau wird die Wirksamkeit der hergestellten Formulierungen im Labormaßstab überprüft. Laboratory experiments are performed to analyze the anti-fouling activity. The effectiveness of the formulations prepared in laboratory scale is tested in the specially developed experimental setup.
Als Testkeim wird das marine Bakterium Ps.atlantica verwendet mit marinem Medium (pH = 7,8; künstliches Meerwasser (z.B. Marine Bouillon geliefert von Carl Roth). Der erfindungsgemäße Lack wird im Testmedium (künstl. Meerwasser mit Testkeim) über 24h der Besiedlung ausgesetzt. Anschließend erfolgt die Analyse des Oberflächenbewuchses des erfindungsgemäßen Lacks im Vergleich zum Referenzsystem ohne Bewuchsminderndes-Additiv durch Keimzahlbestimmung oder LifeDead-Staining mittels FilmTracerTM Live/Dead® Biofilm Viability Kit. Mit dem Lacksystem enthaltend das erfindungsgemäße Bewuchsmindernde-Additiv (Bewuchs 57%)konnte im Vergleich mit dem Lack ohne das Bewuchsmindernde-Additiv (Bewuchs 100%) eine Reduzierung des mikrobiellen Aufwuchses um >40 % festgestellt werden.The marine bacterium Ps.atlantica is used as the test bacterium with marine medium (pH = 7.8; artificial seawater (eg marine broth supplied by Carl Roth).) The lacquer according to the invention is exposed to the colonization in the test medium (artificial seawater with test germ) for 24 hours Subsequently, the analysis of the surface growth of the lacquer according to the invention in comparison to the reference system without fouling additive by bacterial count or LifeDead-Staining by means of FilmTracer ™ Live / Dead ® Biofilm Viability Kit.With the paint system containing the fouling additive according to the invention (growth 57%) could In comparison with the paint without the fouling additive (fouling 100%), a reduction of microbial growth by> 40% can be detected.
Topographie:Topography:
Die Oberflächentopographie der hergestellten erfindungsgemäßen Lackoberfläche wird mittels Tastschnittgerät (Hommelwerke, Turbo Rauheit V6.14) ermittelt. Tabelle 4 zeigt die ermittelten Rauheitsparameter für Rauheitsprofilhöhe Rt, Rz und Mittenrauhwert Ra des erfindungsgemäßen Lacksystems im Vergleich zu einem Lack enthaltend eine Mischung aus nur zwei Kieselsäuren (5 Gew.-% Sipernat®22 + 5 Gew.-% Sipernat®50), einem Lack enthaltend eine Kieselsäure (5 Gew.-% Sipernat®22), sowie einem Lack ohne Additiv. Tabelle 4:
Beispiel 3: Lack mit einer Kieselsäure (Vergleichslack)Example 3: Lacquer with a silica (comparative varnish)
Wie in Beispiel 1 angegeben wird ein Lack hergestellt, wobei Sipernat®820A (d50 = 7,5 µm) als Additiv verwendet wird. Sipernat®820A ist eine Al-silikat der Evonik Industries.A varnish as described in Example 1, except Sipernat ® 820A (d50 = 7.5 micron) is used as an additive. Sipernat ® 820A is an al-silicate from Evonik Industries.
Ergebnisse der Laborversuche:Results of the laboratory experiments:
Wie in Beispiel 2 angegeben werden Laborexperimente durchgeführt. Mit dem Lacksystem enthaltend das Additiv (Sipernat®820A) (Bewuchs 158%) wird im Vergleich mit dem Lack ohne Bewuchsminderndes-Additiv (Bewuchs 100%) eine Erhöhung des mikrobiellen Aufwuchses um >50 % festgestellt. Die Verwendung von einer Kieselsäure ist nicht als Bewuchsminderndes-Additv geeignet. As indicated in Example 2, laboratory experiments are carried out. With the coating system containing the additive (Sipernat ® 820A) (158% growth) (100% growth) found an increase in the microbial Aufwuchs by> 50% compared with the paint without fouling-reducing additive. The use of a silica is not suitable as a fouling additive.
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