DE102013218380A1

DE102013218380A1 - Selbstgenerierende strukturierte Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften und ein Verfahren zur Herstellung dieser Oberflächen

Info

Publication number: DE102013218380A1
Application number: DE201310218380
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft selbstreinigende Oberfläche mit selbstregenerierendem Selbstreinigungseffekt, die eine Beschichtung mit einer künstlichen, zumindest teilweise hydrophoben Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Erhebungen und Vertiefungen durch mittels eines Trägersystems auf der Oberfläche fixierten hydrophoben Partikel gebildet werden, und das Trägersystem ein Gemisch aus strukturbildenden hydrophoben Partikeln und Binder aufweist, wobei das Gemisch zusätzlich eine Substanz aufweist, die bei Einstrahlung von UV-Strahlung die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert. Außerdem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Trägersystem. Mittels der Erfindung sind selbstreinigende Oberflächen zugänglich, deren selbstreinigende Eigenschaften sich selbstständig regenerieren. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Trägersystem eingesetzt wird, welches neben einem härtbaren Binder und den strukturgebenden Partikeln noch eine Substanz aufweist, die bei Einstrahlung von UV-Strahlung den Binder zerstört. Wenn die strukturbildenden Partikel nicht für UV-Strahlung durchlässig sind wird durch einstrahlende UV-Strahlung gerade immer soviel Binder zerstört, dass die gesamte Oberfläche der Beschichtung durch strukturgebende Partikel gebildet wird. Sollten die Partikel abnutzen oder die Beschichtung verletzt werden und damit UV-Licht wieder besagte Substanz gelangen, wird wiederum so lange der Binder an den entsprechenden Stellen zerstört, bis die Oberfläche wieder nur noch durch die strukturbildenden Partikel gebildet wird. Die erfindungsgemäßen Oberflächen können auf allen Oberflächen von Gegenständen angebracht werden. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Oberflächen an Gegenständen angebracht, die direkt oder indirekt der Sonnenstrahlung ausgesetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft selbstgenerierende strukturierte Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften und ein Verfahren zur Herstellung dieser Oberflächen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung selbstreinigende Oberflächen, die durch gesteuerte Erosion die Selbstreinigung über längere Zeit aufrecht erhalten.
In der Regel werden Oberflächen von Flüssigkeiten mehr oder weniger gut benetzt. Der Grad der Benetzung ist ein Wechselspiel zwischen den Kohäsionskräften in den Flüssigkeiten und den Adhäsionskräften zwischen den Flüssigkeiten und den Oberflächen. In vielen Fällen ist eine Benetzung einer Oberfläche durch eine Flüssigkeit unerwünscht. Beispielsweise führt die Benetzung von Oberflächen mit Wasser dazu, dass auf der Oberfläche Wassertropfen zurückbleiben und auf die Dauer verdunsten, wobei die im Wasser gelösten oder suspendierten Feststoffe als (hässliche) Rückstände auf der Oberfläche erscheinen. Dieses Problem besteht insbesondere bei Oberflächen, die Regen- oder Spritzwasser ausgesetzt sind.
Es ist bekannt, die Benetzbarkeit einer Oberfläche durch hydrophile Flüssigkeiten wie Wasser mittels einer hydrophoben Beschichtung der Oberfläche zu verringern. Als Beschichtungsmaterialien kommen dabei perfluorierte Polymere, insbesondere PTFE, oder Polysiloxane in Betracht. Durch die Beschichtung werden die Adhäsionskräfte zwischen Flüssigkeit und benetzter Oberfläche und damit die Benetzbarkeit verringert.
Zur weiteren Verringerung der Benetzbarkeit von Oberflächen hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn hydrophobe Oberflächen mikrostrukturiert werden ( WO 96/04123 ). Derartige strukturierte Oberflächen wurden für regelmäßige oder unregelmäßige Erhebungen und Vertiefungen im Bereich zwischen ca. 10 nm und 1 mm schon mehrfach beschrieben. Durch die Strukturierung wird zum Einen die Adhäsion der Oberfläche für polare Flüssigkeiten noch weiter verringert, zum Anderen führt die Strukturierung zu einer Verringerung der Adhäsion von festen Ablagerungen zu der Oberfläche. Gegenstände mit extrem schwer benetzbaren Oberflächen weisen eine Reihe von wirtschaftlich bedeutsamen Merkmalen auf. Das wirtschaftlich bedeutendste Merkmal ist dabei die selbstreinigende Wirkung von schwer benetzbaren Oberflächen, da die Reinigung von Oberflächen kostenintensiv und zeitaufwendig ist. Selbstreinigende Oberflächen sind somit von höchstem wirtschaftlichen Interesse.
Besonders in Gegenden mit hohen Luftverschmutzungen besteht auch ein hohes politisches Interesse an optisch ansprechenden, d. h. in der Regel sauber erscheinenden Gebäuden, Fassaden oder anderen Bauwerksteilen (G. A. Bhagwat, Paintindia, 51 (12), 35 ff, 1991.)
Regelmäßig strukturierte selbstreinigende Oberflächen sind beispielsweise aus EP 0 933 388 bekannt. Hier ist beschrieben, dass zunächst eine Negativform durch Fotolithographie hergestellt wird. Diese Form wird anschließend auf Metall, beispielsweise auf Nickel, kopiert. Unter Verwendung dieser Nickelplatten, sogenannten Nickelshims, wird eine Kunststofffolie geprägt und diese in einem weiteren Schritt mit Fluoralkylsilanen hydrophobiert.
EP 0 909 747 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Selbstreinigungseigenschaften auf Keramikkörpern, wie Dachziegel. Hier wird eine Dispersion von Tonpartikeln in einer organischen Silikonharzlösung auf den Dachziegel aufgebracht und die Beschichtung gehärtet. Aus der JP 7328532 ist ein Beschichtungsverfahren bekannt, bei dem man feinteilige Teilchen mit einer hydrophoben Oberfläche auf einen feuchten Lack aufbringt und diesen aushärtet. Auch hier werden wasserabstoßende selbstreinigende Oberflächen erhalten. Ähnliche Verfahren werden z. B. in DE 100 49 338 , DE 100 22 246 und JP 11-171592 beschrieben, wobei in diesen Schriften Partikel mittels eines Binders auf einer Oberfläche befestigt werden.
All den vorgenannten Schriften und Verfahren ist die mangelnde Stabilität der so erzeugten hydrophoben selbstreinigenden Oberflächen gemeinsam. Ein weiterer großer Nachteil besteht in den aufwendigen Technologien, denen sich all die zuvor beschriebenen Verfahren bedienen.
In DE 199 44 169 (Gros) wird ein Lacksystem zur Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen beschrieben, bei denen hydrophobe Kunststoffpulver als strukturgebende Partikel in ein Bindermaterial eingemischt werden. Nach dem sehr dünnen Aufbringen und Trockenen der Lacke zeigen diese einen Kontaktwinkel mit Wasser von 100 bis 120°. Die Lacke weisen dabei Partikel mit einer Größe von 5 bis 50 μm auf und eine Trockenfilmschichtdicke die 30 bis 60% der Größe der Partikel beträgt. Auf den Partikeln selbst befindet sich ein nur sehr dünner Film des Bindermaterials. Nach einer ca. zweiwöchigen Bewitterung ist Bindermaterialfilm von den Kunststoffpartikeln verschwunden. Der Kontaktwinkel der Oberfläche steigt auf bis zu 130° an und es sind selbstreinigende Eigenschaften zu erkennen. Eine dauerhafte Selbstreinigung wird aber auch mit diesem System nicht erzielt, da nur eine Monolage an Partikeln aufgebracht wird, die durch die Witterung allmählich abgebaut wird. Eine Regeneration der selbstreinigenden Oberfläche findet nicht statt.
In der deutschen Patentanmeldung DE 101 34 477 wurde erstmals ein technisch einfaches und preiswertes Verfahren beschrieben, das dauerhafte hydrophobe selbstreinigende Oberflächen generiert. Bei diesem Verfahren werden in das Bindersystem strukturbildende Partikel eingemischt. Zusätzlich kann der Binder nach dem Auftragen auf eine Oberfläche mit strukturbildenden Partikeln belegt werden. Auf diese Weise werden selbstreinigende Oberflächen erhalten, die durch Erosion von in der Natur vorkommenden Kräften (UV-Licht, Wind, Wetter, Temperaturwechsel) immer wieder neue strukturbildende Partikel freilegen und somit eine Selbstregeneration des sogenannten Lotus-Effektes stattfindet.
Das in DE 101 34 447 beschriebene Verfahren hat den Nachteil, dass die Oberflächen nicht schnell genug die strukturbildenden Partikel nachbildet, da die Partikel aus tieferliegenden Schichten erst von dem Bindersystem freigelegt werden müssen, was je nach Bindersystem eine Gewisse Zeit in Anspruch nimmt.
Es bestand also die Aufgabe eine Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, bei welcher die Regeneration des Selbstreinigungseffektes deutlich schneller vonstatten geht als bei den bisher entwickelten Systemen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch Einsatz von UV-aktiven Substanzen in dem Bindersystem selbstreinigende Beschichtungen geschaffen werden können, bei denen die Selbstregeneration deutlich schneller vonstatten geht als bei bekannten Systemen, da Bindermaterial, welches an der Oberfläche der Beschichtung vorliegt, katalysiert durch die UV-aktive Substanz zerstört wird und somit sehr viel schneller abwittert und dadurch strukturbildende Partikel sehr viel schneller wieder die strukturierte selbstreinigende Oberfläche der Beschichtung generieren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine selbstreinigende Oberfläche mit selbstregenerierendem Selbstreinigungseffekt, die eine Beschichtung mit einer künstlichen, zumindest teilweise hydrophoben Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Erhebungen und Vertiefungen durch mittels eines Trägersystems auf der Oberfläche fixierten hydrophoben Partikel gebildet werden, und das Trägersystem ein Gemisch aus strukturbildenden hydrophoben Partikeln und Binder aufweist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gemisch zusätzlich eine Substanz aufweist, die bei Einstrahlung von UV-Strahlung die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert.
Ebenfalls ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen mit selbstregenerierendem Selbstreinigungseffekt, bei dem eine Beschichtung mit zumindest teilweise hydrophober Oberflächenstruktur durch Aufbringen eines Trägersystems, das ein Gemisch aus strukturbildenden Partikeln und härtbarem Binder aufweist, auf einer Oberfläche geschaffen wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Trägersystem eingesetzt wird, der eine Substanz aufweist, die bei der Einstrahlung von UV-Licht die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert und dass die fertige Beschichtung zumindest einmal UV-Strahlung ausgesetzt wird.
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf planaren, nicht planaren oder nicht starren Oberflächen von Gegenständen oder zur Herstellung selbstreinigender Oberflächen auf flexiblen oder unflexiblen Wänden im Sanitärbereich.
Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung Trägersystem, also eine Lack-, Farb- oder Klebstoffzusammensetzung, das hydrophobe Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 nm bis 50 μm, einen Binder und zumindest eine Substanz, die bei der Einstrahlung von UV-Licht die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert, aufweist.
Unter Selbstreinigungseffekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Effekt der erschwerten Benetzbarkeit von Oberflächen verstanden. Durch die schlechte Benetzbarkeit der Oberflächen, insbesondere durch Wasser, werden Verschmutzungen, wie z. B. Staub, durch abrollende Flüssigkeitstropfen von der Oberfläche wieder entfernt. Die Flüssigkeit kann z. B. Regen sein.
Mittels der Erfindung sind selbstreinigende Oberflächen zugänglich, deren selbstreinigende Eigenschaften sich selbstständig regenerieren. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Trägersystem eingesetzt wird, welches neben einem härtbaren Binder und den strukturgebenden Partikeln noch eine Substanz aufweist, die bei Einstrahlung von UV-Strahlung den Binder zerstört. Da die strukturbildenden Partikel nicht für UV-Strahlung durchlässig sind, wird durch einstrahlende UV-Strahlung gerade immer soviel Binder zerstört, dass die gesamte Oberfläche der Beschichtung durch strukturgebende Partikel gebildet wird. Sollten die Partikel abnutzen oder die Beschichtung verletzt werden und damit UV-Licht wieder an besagte Substanz gelangen, wird wiederum so lange der Binder an den entsprechenden Stellen zerstört, bis die Oberfläche wieder nur noch durch die strukturbildenden Partikel gebildet wird.
Auf diese Weise werden selbstreinigende Oberflächen erhalten, bei denen durch Erosion, die in der Natur durch UV-Licht und Wind- und Wettereinflüsse stattfindet, neue strukturbildende Partikel freigelegt werden und so eine Selbstregeneration des sogenannten Lotus-Effektes stattfindet. Die Selbstregeneration findet dabei wesentlich schneller statt als bei Oberflächen ohne UV-aktive Substanz im Trägersystem, da die Zerstörung des Binders durch UV-Strahlung beschleunigt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch das intensive Einrühren von strukturbildenden Partikeln in den Binder zu Trägersystemen führen, die a) eine exzellente Haftung zur Oberfläche haben und b) eine exzellente Haftung (gegebenenfalls auch zu zusätzlich aufgetragenen Partikeln) besitzen.
Im Gegensatz zu bisherigen Systemen ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht zwingend notwendig, auf das Trägersystem noch zusätzliche Partikel aufzubringen, da durch die Einwirkung von UV-Strahlung sehr schnell die selbstreinigende Oberfläche hergestellt werden kann. Erst diese Funktion ermöglicht es Lacke, Klebstoffe oder Farben bzw. entsprechende Zusammensetzungen bereitzustellen, mit denen es in einem Arbeitsgang möglich ist einen Gegenstand oder eine Fläche davon in einem einzigen Arbeitsschritt mit einer Beschichtung auszustatten, die nach dem Härten des Binders von allein, nur durch Einwirken von UV-Strahlung, selbstreinigende Eigenschaften entwickelt. Trotz alledem ist es natürlich auch möglich, auf das Trägersystem bzw. mit dem Trägersystem zusätzlich aufgebrachte Partikel zu fixieren, wenn dies gewünscht wird bzw. wenn entsprechende Anlagen oder Möglichkeiten zur Durchführung eines solchen zusätzlichen Verfahrensschrittes bereits vorhanden sind.
Durch den selbstregenerierenden Selbstreinigungseffekt sind die erfindungsgemäßen selbstreinigenden Oberflächen besonders gut geeignet für Anwendungen in einer aggressiven Umgebung, insbesondere zur Anwendung im Freien. Die Witterungs- und Umwelteinflüsse führen bei selbstreinigenden Oberflächen nach dem Stand der Technik z. B. durch Erosion zu einer relativ schnellen Verschlechterung der selbstreinigenden Eigenschaften, da durch Erosion die Oberflächenstruktur, die die selbstreinigenden Eigenschaften bewirkt, verloren geht. Bei den erfindungsgemäßen Oberflächen regeneriert sich der Selbstreinigungseffekt von selbst, da durch die Erosion zwar Partikel abgetragen werden, aber aus dem durch UV-Strahlung zerstörten Binder neue Partikel hervorkommen. Je nach Dicke der aufgebrachten Beschichtung und der Anzahl der im Trägersystem enthaltenen Partikel (Anzahl der Monolagen) bleibt der Selbstreinigungseffekt der erfindungsgemäßen Oberflächen unterschiedlich lange erhalten. Sind zumindest zwei Monolagen vorhanden, so bleibt der Selbstreinigungseffekt wesentlich länger erhalten als bei herkömmlichen selbstreinigenden Oberflächen mit nur einer Monolage an Partikeln oder Strukturen die nicht durch Partikel gebildet werden.
Im nachfolgenden wir unter einem Trägersystem eine Zusammensetzung verstanden, die zumindest einen Binder und zumindest strukturbildende Partikel aufweist. Erfindungsgemäß weisen die Trägersysteme zumindest eine Substanz auf, die die bei Einstrahlung von UV-Strahlung die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert. Die Trägersysteme können z. B. Lack-, Farb- oder Klebstoffzusammensetzungen sein. Der in dem Trägersystem vorhandene Binder ist eine Substanz, die härtbar ist, und z. B. ein Lack, eine Farbe oder ein Klebstoff sein kann. Wie bei Lacken, Farben und Klebstoffen auch, kann der Härtegrad des gehärteten Binders von flexibel, plastisch verformbar, dehnbar bis hart oder spröde alle Zwischenstufen einnehmen.
Die erfindungsgemäße selbstreinigende Oberfläche mit selbstregenerierendem Selbstreinigungseffekt, die eine Beschichtung mit einer künstlichen, zumindest teilweise hydrophoben Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Erhebungen und Vertiefungen durch mittels eines Trägersystems auf der Oberfläche fixierten hydrophoben Partikel gebildet werden, und das Trägersystem ein Gemisch aus strukturbildenden hydrophoben Partikeln und Binder aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass das Gemisch zusätzlich eine Substanz aufweist, die bei Einstrahlung von UV-Strahlung die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert. Vorzugsweise weist das Gemisch als Substanz, die bei UV-Einstrahlung die Zerstörung des Binders katalysiert, Titandioxid, besonders bevorzugt in der Anastas-Modifikation, weniger effizient in der Rutil-Modifikation auf. Die Substanz liegt in dem Trägersystem vorzugsweise als fein dispergiertes Pulver vor. Vorzugsweise liegt die Substanz, insbesondere das Titandioxid als Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 1 bis 200 nm vorliegt.
Die durch die Mikropartikel nach Abwitterung der obersten Coatingschicht gebildete Oberflächenstruktur mit selbstreinigenden Eigenschaften weist vorzugsweise Erhebungen mit einer mittleren Höhe bis zu 50 μm und einem mittleren Abstand bis zu 50 μm, vorzugsweise mit einer mittleren Höhe bis zu 10 μm und/oder einem mittleren Abstand bis zu 10 μm und ganz besonders bevorzugt mit einer mittleren Höhe bis zu 4 μm und/oder einen mittleren Abstand bis zu 4 μm auf. Unter dem mittleren Abstand der Erhebungen wird im Sinne der vorliegenden Erfindung der Abstand der höchsten Erhebung einer Erhebung zur nächsten höchsten Erhebung verstanden. Hat eine Erhebung die Form eines Kegels, so stellt die Spitze des Kegels die höchste Erhebung der Erhebung dar. Handelt es sich bei der Erhebung um einen Quader, so stellt die oberste Fläche des Quaders die höchste Erhebung der Erhebung dar.
Die erfindungsgemäßen Oberflächen, die eine Oberflächenstruktur mit selbstreinigenden Eigenschaften aufweist, weist bevorzugt ein Aspektverhältnis der Erhebungen von größer 0,15 auf. Vorzugsweise weisen die Erhebungen, die durch die Partikel selbst gebildet werden, ein Aspektverhältnis von 0,3 bis 0,9 auf, besonders bevorzugt von 0,5 bis 0,8 auf. Das Aspektverhältnis ist dabei definiert als der Quotient von maximaler Höhe zur maximalen Breite der Struktur der Erhebungen.
Der erfindungsgemäß im Trägersystem vorhandene Binder kann ein mittels thermischer oder chemischer Energie oder Lichtenergie, die die Zerstörungsreaktion initiiert. gehärteter Lack, eine Farbe oder ein Klebstoff sein. In einer bevorzugten Ausführungsart der erfindungsgemäßen selbstreinigenden Oberfläche ist der Binder ein mittels thermischer Energie und/oder Lichtenergie gehärteter Lack, ein gehärteter Klebstoff, ein Zweikomponenten-Lacksystem oder ein anderes reaktives Lacksystem, wobei die Härtung vorzugsweise durch UV-initiierte Polymerisation oder Vernetzung erfolgt. Besonders bevorzugt weist der gehärtete Lack Polymerisate und/oder Copolymerisate aus einfach und/oder mehrfach ungesättigten Acrylaten und/oder Methacrylaten auf. Die Mischungsverhältnisse können in weiten Grenzen variiert werden. Ebenso ist es möglich, dass der gehärtete Lack Verbindungen mit funktionellen Gruppen, wie z. B. Hydroxy-Gruppen, Epoxid-Gruppen, Amin-Gruppen, oder fluorhaltige Verbindungen, wie z. B. perfluorierte Ester der Acrylsäure, aufweist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Verträglichkeit von Lack und hydrophoben Partikeln wie beispielsweise von Aerosil VP LE 8241 mittels N-[2-(Acryloyloxy)-ethyl]-N-ethylperfluoroctan-1-sulfonsäureamid aufeinander abgestimmt werden. Als Lacke sind nicht nur Lacke auf Acrylharz-Basis einsetzbar, sondern auch Lacke auf Polyurethan-Basis oder aber Lacke, die Polyurethanacrylate oder Siliconacrylate aufweisen. Bevorzugte hydrophobe, nach dem Abwittern strukturbildende Partikel weisen einen Partikeldurchmesser bis zu 100 μm, besonders bevorzugt bis zu 50 μm und ganz besonders bevorzugt bis zu 30 μm auf. Geeignete Mikropartikel können aber auch einen Durchmessern von kleiner als 500 nm aufweisen oder sich aus Primärteilchen zu Agglomeraten oder Aggregaten mit einer Größe bis zu 100 μm zusammenlagern.
Die strukturbildenden Partikel können also auch Teilchen im Sinne von DIN 53 206 sein. Partikel oder Teilchen gemäß dieser Norm können Einzelteilchen aber auch Aggregate oder Agglomerate sein, wobei gemäß DIN 53 206 unter Aggregaten flächig oder kantenförmig aneinander gelagerte Primärteilchen (Partikel) und unter Agglomeraten punktförmig aneinandergelagerte Primärteilchen (Partikel) verstanden werden. Als Partikel können auch solche eingesetzt werden, die sich aus Primärteilchen zu Agglomeraten oder Aggregaten zusammenlagern. Die Struktur solcher Partikel kann sphärisch, streng sphärisch, mäßig aggregiert, nahezu sphärisch, äußerst stark agglomeriert oder porös agglomeriert sein. Die bevorzugte Größe der Agglomerate bzw. Aggregate liegt zwischen 20 nm und 100 μm, besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 30 μm.
Die nach dem Abwittern strukturbildenden Partikel weisen vorzugsweise eine zerklüftete Struktur mit Erhebungen und/oder Vertiefungen im Nanometerbereich auf. Vorzugsweise weisen die Erhöhungen im Mittel eine Höhe von 20 bis 500 nm, besonders bevorzugt von 50 bis 200 nm auf. Der Abstand der Erhöhungen bzw. Vertiefungen auf den Partikeln beträgt vorzugsweise weniger als 500 nm, ganz besonders bevorzugt weniger als 200 nm. Bevorzugte Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich an der Oberfläche aufweisen, weisen durch diese Feinstruktur auf der Oberfläche Erhebungen auf, die ein Aspektverhältnis von größer 1, besonders bevorzugt größer 1,5 und ganz besonders bevorzugt größer 2,5 aufweisen. Das Aspektverhältnis ist wiederum definiert als Quotient aus maximaler Höhe zu maximaler Breite der Erhebung. In 1 wird der Unterschied der Erhebungen, die durch die Partikel gebildet werden und die Erhebungen, die durch die Feinstruktur gebildet werden schematisch verdeutlicht. Die Figur 1 zeigt die Oberfläche einer Beschichtung X, die Partikel P aufweist (Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur ein Partikel abgebildet). Die Erhebung, die durch den Partikel selbst gebildet wird, weist ein Aspektverhältnis von ca. 0,71 auf, berechnet als Quotient aus der maximalen Höhe des Partikels mH, die 5 beträgt, da nur der Teil des Partikels einen Beitrag zur Erhebung leistet, der aus der Oberfläche der Beschichtung X herausragt, und der maximalen Breite mB, die im Verhältnis dazu 7 beträgt. Eine ausgewählte Erhebung der Erhebungen E, die durch die Feinstruktur der Partikel auf den Partikeln vorhanden sind, weist ein Aspektverhältnis von 2,5 auf, berechnet als Quotient aus der maximalen Höhe der Erhebung mH', die 2,5 beträgt und der maximalen Breite mB', die im Verhältnis dazu 1 beträgt.
Bevorzugt weisen die Partikel eine BET-Oberfläche von 50 bis 600 Quadratmeter pro Gramm auf. Ganz besonders bevorzugt weisen die Partikel eine BET-Oberfläche von 50 bis 200 m²/g auf. Partikel mit deutlich geringeren BET-Oberflächen weisen eine ungenügende Feinstruktur auf. Partikel mit einer deutlich größeren BET-Oberfläche sind über die BET-Oberfläche nicht mehr eindeutig charakterisierbar.
Bevorzugte Mikropartikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich an der Oberfläche aufweisen, sind solche Partikel, die zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäuren, Aluminiumoxid, Mischoxiden, dotierten Silikaten, Titandioxiden oder pulverförmige Polymeren aufweisen.
Die Mikropartikel weisen hydrophobe Eigenschaften auf, wobei die hydrophoben Eigenschaften auf die Materialeigenschaften der an den Oberflächen der Partikel vorhandenen Materialien selbst zurückgehen können oder aber durch eine Behandlung der Partikel mit einer geeigneten Verbindung erhalten werden kann. Zur Hydrophobierung der Partikel vor dem Aufbringen auf die Oberfläche können diese mit einer zur Hydrophobierung geeigneten Verbindung z. B. aus der Gruppe der Alkylsilane, der Fluoralkylsilane oder der Disilazane behandelt werden.
Im Folgenden werden ganz besonders bevorzugte Mikropartikel näher erläutert. Die strukturbildenden Partikel können aus sehr unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise können es Silikate sein, dotierte Silikate, Mineralien, Metalloxide, Aluminiumoxid, Kieselsäuren oder Titandioxide, Aerosile oder pulverförmige Polymere, wie z. B. sprühgetrocknete und agglomerierte Emulsionen oder cryogemahlenes PTFE. Als Partikelsysteme eignen sich im Besonderen hydrophobierte pyrogene Kieselsäuren, sogenannte Aerosile^®. Die eingesetzten Partikel können selbst hydrophob sein, wie beispielsweise pulverförmiges Polytetrafluorethylen (PTFE). Die Partikel können hydrophob ausgerüstet sein, wie beispielsweise das Aerosil VPR 411^® oder Aerosil VP LE 8241^®. Sie können aber auch nachträglich hydrophobiert werden. Solche zu hydrophobierenden Partikel sind beispielsweise Aeroperl 90/30^®, Sipernat Kieselsäure 350^®, Aluminiumoxid C^®, Zirkonsilikat, vanadiumdotiert oder Aeroperl P 25/20^®. Bei letzteren erfolgt die Hydrophobierung zweckmäßig durch Behandlung mit Perfluoralkylsilanverbindungen und anschließender Temperung. Besonders bevorzugte Partikel sind die Aerosile^® VPLE 8241, VPR411 und R202 der Evonik Industries AG. Die UV-Durchlässigkeit von Partikel aus SiO₂ basierten Aerosilen ist prinzipiell zwar hoch, jedoch erreichen durch die Partikel hindurch nur sehr wenige UV-Strahlen die polymere Trägermatrix, da durch die zahlreichen winklig versetzten Oberflächen der Partikel und der damit verbundenen Lichtstreuung nur ein geringer Teil der UV-Strahlung durch die Partikel hindurchdringt.
In dem Trägersystem liegen die Mikropartikel in einer Lage vorzugsweise in einem mittleren Abstand zueinander von 0 bis 10 Partikeldurchmessern, vorzugsweise 0 bis 5 Partikeldurchmesser und besonders bevorzugt 0 bis 1 Partikeldurchmesser zueinander vor. Die Anzahl übereinander vorhandener Lagen von Mikropartikeln ist durch die Schichtdicke der Beschichtung begrenzt, beträgt vorzugsweise aber von 2 bis 50 Schichten, besonders bevorzugt von 5 bis 40 Schichten und besonders bevorzugt von 10 bis 30 Schichten von Mikropartikeln.
Bevorzugte Trägersysteme weisen eine Anteil von 0,1 bis 50, vorzugsweise 0,5 bis 25 und besonders bevorzugt von 1 bis 15 Gewichtsteile strukturgebende Mikropartikel, von 25 bis 99,5, vorzugsweise von 40 bis 75 und ganze besonders bevorzugt von 50 bis 70 Gewichtsteile Binder und von 0,1 bis 25, vorzugsweise von 0,1 bis 20 und ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 10 Gewichtsteile der Substanz, die bei Einstrahlung von UV-Strahlung die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert. Es versteht sich von selbst, dass jeweils nicht nur ein Vertreter der jeweiligen Komponenten in dem Trägersystem vorhanden sein können sondern auch mehrere einer oder mehrerer der Komponenten. Neben diesen Bestandteilen können in dem erfindungsgemäßen Trägersystem weitere Substanzen vorhanden sein, wie z. B. Additive, Pigmente oder ähnliches.
Die erfindungsgemäßen selbstreinigenden Oberflächen weisen einen Abrollwinkel von kleiner 10°, besonders bevorzugt kleiner 5° auf, wobei der Abrollwinkel so definiert ist, dass ein 60 μl Tropfen auf einer horizontalen Oberfläche ruht und die Oberfläche an einer Seite langsam angehoben wird. Bestimmt wird der Winkel, bei dem der Tropfen von der schiefen Ebene abrollt. Fortschreitwinkel und Rückzugswinkel liegen oberhalb von 140°, bevorzugt oberhalb von 150°, und weisen eine Hysterese von kleiner 15°, vorzugsweise kleiner 10° auf. Dadurch, dass die erfindungsgemäßen Oberflächen einen Fortschreit- und Rückzugswinkel oberhalb von zumindest 140°, vorzugsweise oberhalb von 150° aufweisen, werden besonders gute selbstreinigende Oberflächen zugänglich. Für die Bestimmung des Fortschreitwinkels wird ein Wassertropfen mittels einer Kanüle auf die Oberfläche gesetzt und durch Zugabe von Wasser durch die Kanüle der Tropfen auf der Oberfläche vergrößert. Während der Vergrößerung gleitet der Rand des Tropfens über die Oberfläche und der Kontaktwinkel wird Fortschreitwinkel bestimmt. Der Rückzugswinkel wird an demselben Tropfen gemessen, nur wird durch die Kanüle dem Tropfen Wasser entzogen und während des Verkleinerns des Tropfens der Kontaktwinkel gemessen. Der Unterschied zwischen beiden Winkeln wird als Hysterese bezeichnet. Je kleiner der Unterschied ist, desto geringer ist die Wechselwirkung des Wassertropfens mit der Oberfläche der Unterlage und desto besser ist der Lotus-Effekt, im Rahmen der Erfindung gleichbedeutend mit der selbstreinigenden Eigenschaft.
Die erfindungsgemäßen selbstreinigenden Oberflächen können z. B. durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen mit selbstregenerierendem Selbstreinigungseffekt, bei dem eine Beschichtung mit zumindest teilweise hydrophober Oberflächenstruktur durch Aufbringen eines Trägersystems, das ein Gemisch aus strukturbildenden Partikeln und härtbarem Binder aufweist, auf einer Oberfläche geschaffen wird, hergestellt werden, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein Trägersystem eingesetzt wird, der eine Substanz aufweist, die bei der Einstrahlung von UV-Licht die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert und dass die fertige, gehärtete Beschichtung zumindest einmal UV-Strahlung ausgesetzt wird. Vorzugsweise wird die fertige Beschichtung dauerhaft oder überwiegend einer UV-Strahlung ausgesetzt, insbesondere direktem oder indirektem Tages- bzw. Sonnenlicht. Es kann aber vorteilhaft sein, dass im Rahmen des Herstellungsverfahrens die gehärtete Beschichtung für bis zu 360 Stunden, vorzugsweise weniger als 100 Stunden einer künstlichen Bestrahlung, z. B. mittels eines handelsüblichen Baustrahlers, dessen Licht auch zu einem Teil UV-Anteile aufweist.
Das Härten des Binders (Trägersystems) erfolgt je nach verwendetem Binder durch thermische und/oder chemische Energie und/oder Lichtenergie. Das Härten des Binders, ausgelöst durch chemische oder thermische Energie und/oder Lichtenergie, kann z. B. durch Polymerisation oder Vernetzung der Bestandteile des Binders bzw. des Lack, Klebstoff oder Farbsystems erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt das Härten des Trägers durch Lichtenergie und ganz besonders bevorzugt erfolgt das Polymerisieren des Trägers durch Licht einer Quecksilber-Mitteldrucklampe im UV-Bereich. Vorzugsweise erfolgt das Härten des Trägers unter einer Inertgas-Atmosphäre, ganz besonders bevorzugt unter einer Stickstoffatmosphäre.
Das eingesetzte erfindungsgemäße Trägersysteme kann einen Anteil von 0,1 bis 50, vorzugsweise 0,5 bis 25 und besonders bevorzugt von 1 bis 15 Gewichtsteilen an strukturgebenden Mikropartikeln, von 25 bis 99,5, vorzugsweise von 40 bis 75 und ganze besonders bevorzugt von 50 bis 70 Gewichtsteilen an Binder und von 0,1 bis 25, vorzugsweise von 0,1 bis 20 und ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 10 Gewichtsteilen der Substanz, die bei Einstrahlung von UV-Strahlung die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert, aufweisen. Es versteht sich von selbst, dass jeweils nicht nur ein Vertreter der jeweiligen Komponenten in dem eingesetzten erfindungsgemäßen Trägersystem vorhanden sein können sondern auch mehrere Vertreter einer oder mehrerer der Komponenten. Neben diesen Bestandteilen können in dem erfindungsgemäßen Trägersystem weitere Substanzen vorhanden sein, wie z. B. Additive, Pigmente oder ähnliches.
Zur Herstellung des als Trägersystems eingesetzten Gemisches aus Binder(n), Substanz(en), die bei Einstrahlung von UV-Strahlung die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert, und Partikeln, werden der Binder mit den Partikeln und der Substanz innig durchmischt. Das Durchmischen kann auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise, beispielsweise in einem Taumelmischer, erfolgen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können als strukturbildende Partikel Partikel aus zumindest einem Material, ausgewählt aus Silikaten, dotierten Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren, Metallpulvern oder Polymeren aufweisen, eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Partikel eingesetzt, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Die Partikel können diese Eigenschaften inhärent aufweisen oder aber hydrophobiert worden sein. Vorzugsweise werden hydrophobierte Partikel eingesetzt, die durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane, hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Zu näheren Einzelheiten bezüglich der einsetzbaren Partikel wird auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise die Schritte

a) Aufbringen des partikelenthaltenmden Coatingsystems auf eine Oberfläche,
b) Aufbringen von zusätzlichen Partikeln, auf das Coatingsystem und
c) Härten des Coatingsystems (Binders),

Das Aufbringen des Trägersystems kann durch Aufrakeln, Aufstreichen, Aufsprühen, Aufwalzen oder ähnliche gebräuchliche Techniken erfolgen. Vorzugsweise wird das Trägersystem in einer Dicke von 1 bis 900 μm, vorzugsweise in einer Dicke von 10 bis 500 μm und ganz besonders bevorzugt in einer Dicke von 25 bis 250 μm aufgebracht. Je nach Viskosität des Gemisches kann es vorteilhaft sein, das Gemisch vor einem Aufbringen der Partikel gemäß Schritt b) anhärten bzw. antrocknen zu lassen. Idealerweise wird die Viskosität des Gemisches so gewählt, dass die gemäß Schritt b) aufgebrachten Partikel zumindest teilweise in das Gemisch einsinken können, das Gemisch bzw. die auf ihr aufgebrachten Partikel aber nicht mehr verlaufen, wenn die Oberfläche senkrecht gestellt wird.
Werden in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem zusätzlichen Schritt gemäß Schritt b) Partikel vor dem Härten des Binders des Trägersystems auf das Trägersystem aufgebracht, so kann dies z. B. mittels einer Sprühpistole oder einer Walze erfolgen. Um eine Oberfläche mit sofortigen selbstreinigenden Eigenschaften zu erzielen, ist es dabei vorteilhaft ein Aspektverhältnis der durch die strukturgebenden Partikel erzeugten Erhebungen von 0,15 nicht zu unterschreiten. Um die genannten Aspektverhältnisse zu erzielen ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Partikel, vorzugsweise mehr als 50% der Partikel nur bis zu 90% ihres Durchmessers in die Oberfläche der Beschichtung eingebettet sind. Die Oberfläche weist deshalb bevorzugt Partikel auf, die mit 10 bis 90%, bevorzugt 20 bis 50% und ganz besonders bevorzugt von 30 bis 40% ihres mittleren Partikeldurchmessers in der Oberfläche verankert sind und damit mit Teilen ihrer inhärent zerklüfteten Oberfläche noch aus der Folie herausragen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Erhebungen, die durch die Partikel selbst gebildet werden, ein genügend großes Aspektverhältnis von vorzugsweise zumindest 0,15 aufweisen. Auf diese Weise wird außerdem erreicht, dass die fest verbundenen Partikel sehr haltbar mit der Oberfläche der Folie verbunden sind. Das Aspekt-Verhältnis ist hierbei definiert als das Verhältnis von maximaler Höhe zu maximaler Breite der Erhebungen. Ein als ideal kugelförmiger angenommener Partikel, der zu 70% aus der Oberfläche des Flächenextrudates herausragt weist gemäß dieser Definition ein Aspektverhältnis von 0,7 auf.
Bei dieser Ausführungsvariante, bei der zusätzlich Partikel auf den Träger aufgebracht und fixiert werden, kann es vorteilhaft sein, die Partikel nach dem Fixieren auf dem Träger mit hydrophoben Eigenschaften auszustatten. Dies hat den Vorteil, dass zum einen preisgünstigere strukturgebende Partikel verwendet werden können und außerdem nicht nur die Partikel sondern die gesamte Oberfläche in einem Schritt mit hydrophoben Eigenschaften ausgerüstet werden kann. Zur Behandlung der zusätzlich auf die Oberfläche aufgebrachten Partikel oder auch zur Erzeugung von Partikeln mit hydrophoben Eigenschaften können diese mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane, behandelt werden. Die Hydrophobierung von Partikeln oder Oberflächen ist bekannt und kann z. B. in der Schriftenreihe Pigmente, Nummer 18, der Degussa AG, heutige Evonik Industries AG, nachgelesen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf planaren, nicht planaren oder nicht starren Oberflächen von Gegenständen starren Oberflächen von Gegenständen, wie z. B. Schirmen oder anderen Oberflächen die flexibel gehalten sind, oder zur Herstellung selbstreinigender Oberflächen auf flexiblen oder unflexiblen Wanden im Sanitärbereich verwendet werden. Solche Wände können z. B. Trennwände in öffentlichen Toiletten, Wände von Duschkabinen, Schwimmbädern oder Saunen, aber auch Duschvorhänge (flexible Wand) sein. Dies ist mit den herkömmlichen Verfahren nur eingeschränkt möglich. Insbesondere über Verfahren, bei denen vorgefertigte Filme auf eine Oberfläche aufgebracht werden oder bei Verfahren, bei denen eine Struktur durch Prägen erstellt werden soll, sind nicht planare Gegenstände, wie z. B. Skulpturen, nicht oder nur eingeschränkt zugänglich. Ein ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass selbstreinigende Oberflächen einfach wie Anstriche hergestellt werden können. Im Gegensatz zu anderen Verfahren, bei denen ebenfalls Trägersysteme mit darin enthaltenen Partikeln aufgebracht werden und Strukturen hergestellt werden, die leider ein zu geringes Aspektverhältnis aufweisen, weil die Oberflächenstruktur der Partikel durch das Trägersystem ”verklebt” sind, und deshalb auch nur einen eingeschränkten Selbstreinigungseffekt aufweisen, entstehen durch Einwirkung von UV-Strahlung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Oberflächen, deren Struktur nur durch die Partikel selbst sowie deren eigene Oberflächenstruktur bestimmt wird, da der Binder durch die UV-Strahlung schnell zerstört wird. Eine Zerstörung des Binders in der Schicht unterhalb der Partikel unterbleibt so lange, wie die Partikel dick und zerklüftet genug sind, um die UV-Strahlung nicht auf den Binder gelangen zu lassen.
Vorzugsweise werden Trägersysteme im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt, die hydrophobe Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 nm bis 50 μm, zumindest einen Binder und zumindest eine Substanz, die bei der Einstrahlung von UV-Licht die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert, aufweist. Solche Trägersysteme können z. B. eine Lack-, Farb- oder Klebstoffzusammensetzung sein. Bezüglich der Zusammensetzung bzw. der Anteile der Komponenten an dem Trägersystem sei hier auf eine vorangegangene Stelle dieses Dokumentes verwiesen. Die erfindungsgemäßen Trägersysteme sind insbesondere zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar.
Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen 1 und 2 näher erläutert.
Die Abbildung 1 zeigt schematisch die Oberfläche einer Beschichtung X, die Partikel P aufweist (Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur ein Partikel abgebildet). Die Erhebung, die durch den Partikel selbst gebildet wird, weist ein Aspektverhältnis von ca. 0,71 auf, berechnet als Quotient aus der maximalen Höhe des Partikels mH, die 5 beträgt, da nur der Teil des Partikels einen Beitrag zur Erhebung leistet, der aus der Oberfläche der Beschichtung X herausragt, und der maximalen Breite mB, die im Verhältnis dazu 7 beträgt. Eine ausgewählte Erhebung der Erhebungen E, die durch die Feinstruktur der Partikel auf den Partikeln vorhanden sind, weist ein Aspektverhältnis von 2,5 auf, berechnet als Quotient aus der maximalen Höhe der Erhebung mH', die 2,5 beträgt und der maximalen Breite mB', die im Verhältnis dazu 1 beträgt.
In 2 ist schematisch die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Oberfläche wiedergegeben. Auf die Oberfläche O sind mit einem Trägersystem T, der Binder, Substanz G, die bei der Einstrahlung von UV-Licht die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert, und strukturbildende Partikel P aufweist, Partikel P fixiert (a). Wird diese Oberfläche eine Weile z. B. UV-Strahlung ausgesetzt, katalysieren die Partikel der Substanz G die Zerstörung des Binders an der Oberfläche und setzen neue strukturbildende Partikel P frei. Es wird eine Oberfläche O gemäß b erhalten, die eine deutlich dünnere Schicht T' aufweist. Man erkennt deutlich, dass die oberste Schicht von Partikeln, die durch den Träger fixiert wurden (a), durch die Zerstörung des Binders abgetragen wurden (b) und die Struktur der selbstreinigenden Oberfläche jetzt durch Partikel P gebildet werden, die vorher in dem Trägersystem vorhanden waren.
Die erfindungsgemäßen Oberflächen bzw. das Verfahren zur Herstellung der Oberflächen werden anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1.
20 Gew.-% Methylmethacrylat, 20 Gew.-% Pentaeritrittetraacrylat und 60 Gew.-% Hexandioldimethacrylat wurden miteinander vermischt. Bezogen auf diese Mischung werden 14 Gew.-% Plex 4092 F, ein acrylisches Copolymerisat der Röhm GmbH und 2 Gew.-% UV-Härter Darokur 1173 zugesetzt und mindestens 60 min lang gerührt. Dieser Mischung aus Binder wurde unter intensivem Rühren 8,45 Gew.-% hydrophobierte, pyrogene Kieselsäure Aerosil VPR 411 (Evonik Industries AG), vorgemischt auf einem Taumelmischer mit 1,55 Gew.-% Titandioxyd P25 (Evonik Industries AG) – zugegeben und so lange gerührt, bis die Partikel vollständig mit dem Binder durchmischt waren und die Partikel von dem Binder vollständig benetzt waren.
Diese Mischung aus Binder und Partikel wurde als Träger auf eine 2 mm dicken PMMA-Platte in einer Dicke von 50 μm aufgetragen. Die Schicht wurde für 5 min angetrocknet. Anschließend wurden als Partikel hydrophobierte, pyrogene Kieselsäure Aerosil VPR 411 (Degussa AG) mittels einer elektrostatischen Sprühpistole aufgesprüht. Nach 3 min wurde der Träger bei einer Wellenlänge von 308 nm unter Stickstoff gehärtet. Nach dem Härten des Trägers wurde überschüssiges Aerosil VPR 411 abgebürstet. Die Charakterisierung der Oberfläche erfolgte anfänglich visuell und ist mit +++ protokolliert. +++ bedeutet, Wassertropfen bilden sich nahezu vollständig aus. Der Abrollwinkel betrug 2,6°.
Beispiel 2.
Der Versuch aus Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurde anstelle von Aerosil VPR 411 Aerosil R 8200 (Evonik Industries AG), welches eine BET-Oberfläche von 200 ± 25 m²/g aufwies, eingesetzt. Die Beurteilung der Oberfläche war +++.
Beispiel 3.
Dem Lack aus Beispiel 1, der mit dem UV-Härter bereits vermischt wurde, wurden zusätzlich 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lackmischung, 2-(N-Ethylperfluoroctansulfonamido)-ethylacrylat zugesetzt. Auch dieses Gemisch wurde mindestens 60 min lang gerührt. Diese Mischung wurde als Träger auf eine 2 mm dicken PMMA-Platte in einer Dicke von 50 μm aufgetragen. Die Schicht wurde für 5 min angetrocknet. Anschließend wurden als Partikel hydrophobierte, pyrogene Kieselsäure Aerosil VPR 411 (Evonik Industries AG), vorgemischt auf einem Taumelmischer mit 1,55 Gew.-% Titandioxyd P25 (Evonik Industries AG), mittels einer elektrostatischen Sprühpistole aufgesprüht. Nach 3 min wurde der Träger bei einer Wellenlänge von 308 nm unter Stickstoff gehärtet. Nach dem Härten des Trägers wurde überschüssiges Aerosil VPR 411 abgebürstet. Die Charakterisierung der Oberfläche erfolgte anfänglich visuell und ist mit +++ protokolliert. +++ bedeutet, Wassertropfen bilden sich nahezu vollständig aus. Der Abrollwinkel betrug 0,5°.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 96/04123 [0004]
EP 0933388 [0006]
EP 0909747 [0007]
JP 7328532 [0007]
DE 10049338 [0007]
DE 10022246 [0007]
JP 11-171592 [0007]
DE 19944169 [0009]
DE 10134477 [0010]
DE 10134447 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

G. A. Bhagwat, Paintindia, 51 (12), 35 ff, 1991. [0005]
DIN 53 206 [0029]
DIN 53 206 [0029]

Claims

Selbstreinigende Oberfläche mit selbstregenerierendem Selbstreinigungseffekt, die eine Beschichtung mit einer künstlichen, zumindest teilweise hydrophoben Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Erhebungen und Vertiefungen durch mittels eines Trägersystems auf der Oberfläche fixierten hydrophoben Partikel gebildet werden, und das Trägersystem ein Gemisch aus strukturbildenden hydrophoben Partikeln und Binder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zusätzlich eine Substanz aufweist, die bei Einstrahlung von UV-Strahlung die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert.
Selbstreinigende Oberfläche gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder ein mittels thermischer oder chemischer Energie oder Lichtenergie gehärteter Lack oder Klebstoff ist.
Selbstreinigende Oberfläche gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gehärtete Lack Mischungen aus einfach und/oder mehrfach ungesättigten Acrylaten und/oder Methacrylaten oder Polyurethan aufweist.
Selbstreinigende Oberfläche nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophoben, strukturbildenden Partikel eine mittlere Partikelgröße von 20 nm bis 50 μm aufweisen.
Selbstreinigende Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophoben Partikel aus zumindest einem Material, ausgewählt aus hydrophoben oder hydrophobierten Silikaten, dotierten Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren, Polymeren und Metallpulvern ausgewählt sind.
Selbstreinigende Oberfläche gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch als Substanz, die bei UV-Einstrahlung die Zerstörung des Binders katalysiert, Titandioxid aufweist.
Selbstreinigende Oberfläche gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Titandioxid als Pulver, bevorzugt in der Anastasmodifikation, mit einer mittleren Partikelgröße von 1 bis 200 nm vorliegt.
Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen mit selbstregenerierendem Selbstreinigungseffekt, bei dem eine Beschichtung mit zumindest teilweise hydrophober Oberflächenstruktur durch Aufbringen eines Trägersystems, das ein Gemisch aus strukturbildenden Partikeln und härtbarem Binder aufweist, auf einer Oberfläche geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägersystem eingesetzt wird, der eine Substanz aufweist, die bei der Einstrahlung von UV-Licht die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert und dass die fertige Beschichtung zumindest einmal UV-Strahlung ausgesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als strukturbildende Partikel Partikel aus zumindest einem Material, ausgewählt aus Silikaten, dotierten Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren, Metallpulvern oder Polymeren aufweisen, eingesetzt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte a) Aufbringen des Trägersystems auf eine Oberfläche, b) Aufbringen von zusätzlichen Partikeln, auf das Trägersystem und c) Härten des Binders, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten des Binders durch thermische oder chemische Energie und/oder Lichtenergie erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als härtbarer Binder ein Lack oder Klebstoff der zumindest Mischungen aus einfach und/oder mehrfach ungesättigten Acrylaten und/oder Methacrylaten und/oder Polyurethane und/oder Silikonacrylate und/oder Urethanacrylate aufweist, eingesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als härtbare Substanz ein Lack oder Klebstoff ausgewählt wird der hydrophobe Eigenschaften aufweist.
Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel eingesetzt werden, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen.
Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel eingesetzt werden, die durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane, hydrophobe Eigenschaften aufweisen.
Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenn zusätzlich Partikel auf den Träger aufgebracht und fixiert werden, diese nach dem Fixieren auf dem Träger mit hydrophoben Eigenschaften ausgestattet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane, mit hydrophoben Eigenschaften ausgestattet werden.
Verwendung des Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 17, zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf planaren, nicht planaren oder nicht starren Oberflächen von Gegenständen.
Verwendung des Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 17, zur Herstellung selbstreinigender Oberflächen auf flexiblen oder unflexiblen Wänden im Sanitärbereich.
Trägersystem das hydrophobe Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 nm bis 50 μm, einen Binder und zumindest eine Substanz, die bei der Einstrahlung von UV-Licht die Zerstörung des eingesetzten Binders katalysiert, aufweist.
Trägersystem gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersystem eine Lack-, Farb- oder Klebstoffzusammensetzung ist.
Trägersystem gemäß Anspruch 21, geeignet zum Einsatz in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 17.