DE102018111828B4

DE102018111828B4 - Selbstreinigendes foliensystem und gegenstand

Info

Publication number: DE102018111828B4
Application number: DE102018111828.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Seder; James A. Carpenter; Gayatri V. Dadheech
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2023-09-07
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: DE102018111828A1; US10274647B2; CN108949050A; US20180335548A1

Abstract

Selbstreinigendes Foliensystem (10), umfassend:ein Substrat (16);einen Antireflexionsfilm (20), der auf dem Substrat (16) angeordnet ist und Folgendes beinhaltet:eine erste Schicht (22) aus Titandioxid;eine zweite Schicht (24) aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht (22) angeordnet ist; undeine dritte Schicht (26) aus Titandioxid, die auf der zweiten Schicht (24) angeordnet ist;eine selbstreinigende Folie (38), die auf dem Antireflexionsfilm (20) angeordnet ist und Folgendes beinhaltet:eine Monoschicht (58), die auf der dritten Schicht (26) angeordnet und aus einem fluorierten Material (56) gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen davon; undeine erste Vielzahl von Bereichen (62), die innerhalb der Monoschicht (58) so angeordnet sind, dass jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (62) an das fluorierte Material (56) angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (62) ein photokatalytisches Material (54) beinhaltet; undeine zweite Vielzahl von Bereichen (64), die innerhalb der Monoschicht (58) so angeordnet sind, dass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (64) an das fluorierte Material (56) angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (64) Silber beinhaltet;eine an dem Substrat (16) haftende Klebeschicht (66); undeine Trennschicht (68), die an der Klebeschicht (66) befestigt ist und von dieser entfernt werden kann.

Description

EINLEITUNG
Die Offenbarung betrifft ein selbstreinigendes Foliensystem und einen selbstreinigenden Gegenstand.
Vorrichtungen, wie beispielsweise Anzeigesysteme, sind oft auf eine Berührung durch den Bediener ausgelegt. Ein Fahrzeug kann beispielsweise ein Anzeigesystem beinhalten, das einem Bediener Informationen über einen Touchscreen präsentiert. Ebenso kann ein Geldautomat oder Kiosk ein Anzeigesystem beinhalten, das durch eine Berührung aktiviert wird.
Andere Vorrichtungen, wie beispielsweise Kameras und Brillen, beinhalten im Allgemeinen eine Linsenoberfläche, die während des Gebrauchs versehentlich von einem Bediener berührt werden kann. Darüber hinaus können auch andere Vorrichtungen wie Fahrzeuge, Fenster, Spiegel, Geräte, Schränke, Möbel, Mobiltelefone, Fingerabdruckscanner, Sensoren, Kopierer, medizinische Instrumente und Arbeitsflächen eine oder mehrere Oberflächen beinhalten, die von einem Bediener berührt werden können. Daher kann der Bediener während der Nutzung Fingerabdrücke und/oder Öle auf diesen Vorrichtungen und Oberflächen hinterlassen.
In der DE 10 2016 116 007 A1 ist selbstreinigendes Filmsystem beschrieben, das ein Substrat und einen auf dem Substrat angeordneten selbstreinigenden Film umfasst. Der selbstreinigende Film ist aus einer Monoschicht aus einem Fluorkohlenwasserstoff gebildet und weist mehrere Bereiche auf, die in der Monoschicht angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist. Ferner weist jeder der mehreren Bereiche ein photokatalytisches Material auf.
Die DE 10 2012 215 149 A1 beschreibt ein System mit einem Substrat, auf dem ein Antireflexionsfilm angeordnet ist, mit einer an dem Substrat haftenden Klebeschicht und einer Trennschicht, die an der Klebeschicht befestigt ist und von dieser entfernt werden kann.
„Celluloseacetat“ in: Wikipedia, die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 06. Januar 2017, beschreibt die Verwendung von Cellulosetriacetat in optischen Schichten.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Foliensystem und einen entsprechenden Gegenstand zu schaffen, die ermöglichen, dass Fingerabdrücke und andere organische Verunreinigungen von Oberflächen selbstreinigend entfernt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein selbstreinigendes Foliensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen selbstreinigenden Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet ein Substrat und einen auf dem Substrat angeordneten Antireflexionsfilm. Der Antireflexionsfilm beinhaltet eine erste Schicht aus Titandioxid, eine zweite Schicht aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht angeordnet ist, und eine dritte Schicht aus Titandioxid, die auf der zweiten Schicht angeordnet ist. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet auch einen selbstreinigenden Film, der auf dem Antireflexionsfilm angeordnet ist und eine Monoschicht beinhaltet, die auf der dritten Schicht angeordnet ist und aus einem fluorierten Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen derselben, gebildet ist. Die selbstreinigende Folie beinhaltet auch eine erste Vielzahl von Bereichen, die innerhalb der Monoschicht so angeordnet sind, dass jeder der ersten Vielzahl von Bereichen an das fluorierte Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der ersten Vielzahl von Bereichen ein photokatalytisches Material beinhaltet. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet zudem eine an dem Substrat haftende Klebeschicht und eine Trennschicht, die an der Klebeschicht befestigt ist und von dieser entfernt werden kann.
Das selbstreinigende Foliensystem umfasst ferner eine zweite Vielzahl von Bereichen, die innerhalb der Monoschicht so angeordnet sind, dass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen an das fluorierte Material angrenzt und von diesem umgeben ist. Jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen beinhaltet Silber.
In einem Aspekt kann die selbstreinigende Folie eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweisen, die der ersten Oberfläche gegenüberliegen und an der Antireflexionsschicht anliegen. Die erste Oberfläche kann im Wesentlichen frei von Squalen sein.
Das Substrat kann eine Proximalfläche, die an die zweite Fläche angrenzt, eine Distalfläche, die der Proximalfläche gegenüberliegt, eine erste Kante, welche die Proximalfläche und die Distalfläche verbindet, und eine zweite Kante, die der ersten Kante gegenüberliegt, aufweisen. Die Klebeschicht kann an der Distalfläche anliegen.
In einem weiteren Aspekt kann das selbstreinigende Foliensystem auch eine Lichtquelle beinhalten, die angrenzend an die erste Kante angeordnet und zum Abstrahlen elektromagnetischer Strahlung ausgelegt ist. Die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 400 nm bis 100 nm aufweisen. Alternativ kann die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge von 740 nm bis 380 nm aufweisen.
Die selbstreinigende Folie kann einen Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als 140°C definieren. Das photokatalytische Material kann Titandioxid sein und in einer Rutilform vorliegen. In einem weiteren Aspekt kann das photokatalytische Material Titandioxid sein und in einer Anatasform vorliegen. Alternativ kann das photokatalytische Material Titandioxid sein und in Kombination aus der Rutilform und der Anatasform vorliegen.
In einem Aspekt ist das fluorierte Material fluorierter diamantähnlicher Kohlenstoff. Weiterhin kann das Substrat aus Cellulosetriacetat gebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein selbstreinigendes Foliensystem ein Substrat und einen auf dem Substrat angeordneten Antireflexionsfilm. Der Antireflexionsfilm beinhaltet eine erste Schicht aus Titandioxid, eine zweite Schicht aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht angeordnet ist, und eine dritte Schicht aus Titandioxid, die auf der zweiten Schicht angeordnet ist. Die erste Schicht weist eine erste Dicke auf, die zweite Schicht weist eine zweite Dicke auf, die größer ist als die erste Dicke, und die dritte Schicht weist eine dritte Dicke auf, die größer ist als die erste Dicke und die zweite Dicke. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet auch einen selbstreinigenden Film, der auf dem Antireflexionsfilm angeordnet ist und eine Monoschicht beinhaltet, die auf der dritten Schicht angeordnet ist und aus einem fluorierten Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen derselben, gebildet ist. Die selbstreinigende Folie beinhaltet auch eine erste Vielzahl von Bereichen, die innerhalb der Monoschicht so angeordnet sind, dass jeder der ersten Vielzahl von Bereichen an das fluorierte Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der ersten Vielzahl von Bereichen ein photokatalytisches Material beinhaltet. Die selbstreinigende Folie weist eine vierte Dicke auf, die kleiner als die dritte Dicke und größer als die zweite Dicke ist. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet zudem eine an dem Substrat haftende Klebeschicht und eine Trennschicht, die an der Klebeschicht befestigt ist und von dieser entfernt werden kann.
In einem Aspekt kann die selbstreinigende Folie eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweisen, die der ersten Oberfläche gegenüberliegen und an der Antireflexionsschicht anliegen. Das erste Substrat kann im Wesentlichen frei von Squalen sein.
Der selbstreinigende Gegenstand beinhaltet eine berührbare Oberfläche und ein selbstreinigendes Foliensystem, das auf der berührbaren Oberfläche haftet. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet ein Substrat und einen auf dem Substrat angeordneten Antireflexionsfilm. Der Antireflexionsfilm beinhaltet eine erste Schicht aus Titandioxid, eine zweite Schicht aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht angeordnet ist, und eine dritte Schicht aus Titandioxid, die auf der zweiten Schicht angeordnet ist. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet auch einen selbstreinigenden Film, der auf dem Antireflexionsfilm angeordnet ist und eine Monoschicht beinhaltet, die auf der dritten Schicht angeordnet ist und aus einem fluorierten Material, ausgewählt aus der Gruppe aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen derselben, gebildet ist. Die selbstreinigende Folie beinhaltet auch eine erste Vielzahl von Bereichen, die innerhalb der Monoschicht so angeordnet sind, dass jeder der ersten Vielzahl von Bereichen an das fluorierte Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der ersten Vielzahl von Bereichen ein photokatalytisches Material beinhaltet. Das selbstreinigende Foliensystem beinhaltet auch eine Klebeschicht, die an dem Substrat und der berührbaren Oberfläche haftet.
In einem Aspekt kann die selbstreinigende Folie eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweisen, die der ersten Oberfläche gegenüberliegen und an der Antireflexionsschicht anliegen. Das erste Substrat kann im Wesentlichen frei von Squalen sein. Das photokatalytische Material kann Titandioxid sein und in der ersten Vielzahl von Bereichen in einer Anatasform vorliegen. Das fluorierte Material kann diamantartiger Kohlenstoff sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines selbstreinigenden Foliensystems.
2 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht des selbstreinigenden Foliensystems von 1 aufgenommen entlang der Schnittlinie 2-2.
3 ist eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines selbstreinigenden Gegenstands einschließlich des selbstreinigenden Foliensystems der 1 und 2.
4 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht des selbstreinigenden Gegenstands von 3 aufgenommen entlang der Schnittlinie 4-4.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, worin sich ähnliche Bezugszahlen auf ähnliche Elemente beziehen, wird in 1 im Allgemeinen ein selbstreinigendes Foliensystem 10 und in 3 im Allgemeinen ein selbstreinigender Gegenstand 12 einschließlich des selbstreinigenden Foliensystems 10 dargestellt. Das selbstreinigende Foliensystem 10 und der Gegenstand 12 können für Anwendungen geeignet sein, bei denen ein Bediener Fingerabdrücke, Öle und/oder andere organische oder kohlenstoffhaltige Verunreinigungen oder Krankheitserreger auf einem Bildschirm, einer Linse oder einer Oberfläche 14 berühren und ablagern kann.
Insbesondere kann das selbstreinigende Foliensystem 10 und der Gegenstand 12 für Anwendungen nützlich sein, die einen sauberen, im Wesentlichen öl- oder fingerabdruckfreien Bildschirm, eine Linse oder eine Oberfläche 14 erfordern. Das heißt, das selbstreinigende Foliensystem 10 und der Gegenstand 12 können nützlich sein, um Fingerabdrücke und andere organische Verunreinigungen von derartigen Bildschirmen, Linsen oder Oberflächen 14 zu entfernen.
So können beispielsweise das selbstreinigende Foliensystem 10 und der selbstreinigende Gegenstand 12 für Anwendungen im Automobilbereich nützlich sein, wie beispielsweise In-Dash-Navigationssysteme mit Touchscreen, Fahrzeugkameras mit Linse, Fahrzeugspiegel und Fahrzeuginnenflächen. Alternativ kann das selbstreinigende Foliensystem 10 und der Gegenstand 12 für nicht-automotive Anwendungen, wie beispielsweise Unterhaltungselektronik, Mobiltelefone, Brillen, persönliche Schutzausrüstung, Geräte, Möbel, Kioske, Fingerabdruckscanner, medizinische Geräte, Sensoren, Flugzeuge und Industriefahrzeuge, nützlich sein.
Unter Bezugnahme auf 3 beinhaltet der selbstreinigende Gegenstand 12 eine berührbare Oberfläche 14 und das selbstreinigende Foliensystem 10, das auf der berührbaren Oberfläche 14 haftet, wie im Folgenden näher beschrieben. Die berührbare Oberfläche 14 kann aus einem Material, wie beispielsweise Kunststoff, Verbundwerkstoff, Metall, Holz und dergleichen, gebildet werden. Weiterhin kann die berührbare Oberfläche 14 eine gewählte Steifigkeit, Krümmung, Form und Transparenz aufweisen. Das heißt, das selbstreinigende Foliensystem 10 kann auf vielen Arten von berührbaren Oberflächen 14 haften.
Die berührbare Oberfläche 14 kann konfiguriert werden, um von einem Bediener während der Verwendung berührt zu werden. Somit kann die berührbare Oberfläche 14 beispielsweise Bestandteil von Fenstern, Schränken, Geräten, Anzeigen, Schreibgeräten, Brillen, Visieren, Telefonen, Toiletten, Trinkbrunnen, Spiegeln, Lenkrädern, Türgriffen, Schaltknöpfen, Hauben, Deckeln, chirurgischen Utensilien, hygienischen Oberflächen und dergleichen sein.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das selbstreinigende Foliensystem 10 ein Substrat 16. Das Substrat 16 kann aus einem glasartigen, transparenten Material hergestellt werden, das zum Brechen von sichtbarem Licht geeignet ist. So kann beispielsweise in einer Ausführungsform das Substrat 16 aus Siliziumdioxid gebildet werden. In einem weiteren Beispiel kann das Substrat 16 aus einem Polycarbonat oder einem anderen Kunststoff gebildet werden. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Substrat 16 aus Cellulosetriacetat gebildet werden. Das Substrat 16 kann je nach gewünschter Anwendung des selbstreinigenden Foliensystems 10 und dem Gegenstand 12 eine geeignete Substratdicke 18 (2) aufweisen. So kann beispielsweise das Substrat 16 eine Substratdicke 18 von 100 nm bis 500 nm aufweisen. Im Allgemeinen kann das Substrat 16 als Bildschirm eines Anzeigesystems, als Brillenglas oder Brille, als Visier eines Helms, als Oberfläche 14 eines Kühlschranks, als Vorderseite eines Schranks, als Türverkleidung eines Fahrzeugs, als Touchscreen eines Kiosks oder als andere Oberfläche 14 oder als Vorrichtung, die von einem Bediener berührt werden kann, konfiguriert werden.
Das selbstreinigende Foliensystem 10 beinhaltet auch einen Antireflexionsfilm 20, der auf dem Substrat 16 angeordnet ist. Der Antireflexionsfilm 20 kann konfiguriert werden, um eine Reflexion des selbstreinigenden Foliensystems 10 zu reduzieren und dadurch die Effizienz des selbstreinigenden Foliensystems 10 durch das Minimieren von Lichtverlusten im System 10 zu verbessern. Insofern weist das selbstreinigende Foliensystem 10 sowohl selbstreinigende Eigenschaften als auch ein vergleichsweise geringes Reflexionsvermögen auf. Der Antireflexionsfilm 20 kann aus einer Antireflexionsschicht gebildet werden, die abwechselnd die Schichten 22, 24, 26 aus Siliziumdioxid und Titandioxid umfasst. Jede der alternierenden Schichten 22, 24, 26 aus Siliziumdioxid und Titandioxid kann eine Dicke von 30, 32, 34 von 5 nm bis 125 nm aufweisen. Weiterhin kann die Dicke 30, 32, 34 jeder Schicht 22, 24, 26 wie nachfolgend beschrieben optimiert werden, um eine breitbandige, spektrale Leistung über weite Einfallswinkel zu erzielen.
Wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, beinhaltet der Antireflexionsfilm 20 eine erste Schicht 22, die aus Titandioxid gebildet ist. In einer Ausführungsform weist die erste Schicht 22 eine erste Dicke 30 von 5 nm bis 25 nm auf, z. B. 10 nm. Der Antireflexionsfilm 20 beinhaltet eine zweite Schicht 24, die aus Siliziumdioxid gebildet und auf der ersten Schicht 22 angeordnet ist. In einer Ausführungsform weist die zweite Schicht 24 eine zweite Dicke 32 auf, die größer ist als die erste Dicke 30. Die zweite Dicke 32 kann zwischen 20 nm und 45 nm liegen, z. B. 33 nm. Der Antireflexionsfilm 20 beinhaltet eine dritte Schicht 26, die aus Titandioxid gebildet und auf der zweiten Schicht 24 angeordnet ist. In einer Ausführungsform weist die dritte Schicht 26 eine dritte Dicke 34 auf, die größer ist als die erste Dicke 30 und die zweite Dicke 32. Die dritte Dicke 34 kann zwischen 50 nm und 200 nm liegen, z. B. 100 nm. Obwohl nicht dargestellt, kann der Antireflexionsfilm 20 auch mehr als drei Schichten oder Blätter 22, 24, 26 beinhalten. So kann beispielsweise der Antireflexionsfilm 20 eine vierte Schicht aufweisen, die auf der dritten Schicht 26 angeordnet ist. Die vierte Schicht kann aus Siliziumdioxid gebildet werden und kann eine vierte Dicke von 50 nm bis 150 nm aufweisen, z. B. 75 nm.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das selbstreinigende Foliensystem 10 auch eine selbstreinigende Folie 38, die auf dem Antireflexionsfilm 20 angeordnet ist, z. B. chemisch mit dem Antireflexionsfilm 20 verbunden, wie im Folgenden näher erörtert wird. Die selbstreinigende Folie 38 kann konfiguriert werden, um das Substrat 16 und der Antireflexionsfilm 20 vor Fingerabdrücken, Ölen und organischen Verunreinigungen zu schützen. Das heißt, die selbstreinigende Folie 38 kann konfiguriert werden, um Fingerabdrücke, Öle und organische Verunreinigungen auf der selbstreinigenden Folie 38 zu verflüchtigen, zu entfernen oder zu verdampfen, sodass ein sauberes Substrat 16 erhalten bleibt, das in der Lage ist, scharfe Bilder oder Reflexionen anzuzeigen.
Insbesondere, wie in 2 beschrieben, kann die selbstreinigende Folie 38 eine erste Fläche 40 und eine zweite Fläche 42 gegenüber der ersten Fläche 40 aufweisen. Die zweite Fläche 42 kann am Antireflexionsfilm 20 anliegen und die erste Fläche 40 kann im Wesentlichen frei von Squalen, organischem Material und/oder anderen Fettsäureölen sein. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie Squalen auf eine organische Verbindung mit 30 Kohlenstoffatomen, die durch die Bezeichnung der International Union of Pure and Applied Chemistry (6E,10E, 14E, 18E)-2,6,10,15,19,23-hexamethyltetracosa-2,6,10,14,18,22-hexaen repräsentiert wird. Im Allgemeinen kann die selbstreinigende Folie 38 als dünne Folie bezeichnet werden und kann eine vierte Dicke 36 von zum Beispiel 5 nm bis 30 nm aufweisen. In einer Ausführungsform ist die vierte Dicke 36 kleiner als die dritte Dicke 34 und größer als die zweite Dicke 32. So kann beispielsweise die selbstreinigende Folie 38 eine vierte Dicke 36 von 75 nm aufweisen.
Das Substrat 16 kann auch eine Proximalfläche 44 an dem Antireflexionsfilm 20 und eine Distalfläche 46 beabstandet zur Proximalfläche 44 aufweisen. Daher sind das Substrat 16, der Antireflexionsfilm 20 und die selbstreinigende Folie 38 konfiguriert, um sichtbares Licht durch die Proximalfläche 44, die Distalfläche 46, die erste Fläche 40 und die zweite Fläche 42 zu übertragen. Das Substrat 16 kann auch eine erste Kante 48 aufweisen, welche die Proximalfläche 44 und die Distalfläche 46 verbindet, und eine zweite Kante 50, welche der ersten Kante 48 gegenüberliegt.
Die selbstreinigende Folie 38 kann einen Kontaktwinkel 28 mit Wasser von mehr als 115° definieren, z. B. größer als 140°. So kann beispielsweise die selbstreinigende Folie 38 einen Kontaktwinkel 28 mit Wasser von mehr als oder gleich 150° definieren. Dadurch können Wasser, Öle und Verunreinigungen effektiv auf der ersten Oberfläche 40 auflaufen und sich dort ablagern. Anders ausgedrückt, können Wasser, Öle und Verunreinigungen mobil sein und sich entlang der ersten Oberfläche 40 bewegen, wobei die erste Oberfläche 40 möglicherweise nicht benetzbar ist.
Unter Bezugnahme auf 2 kann das selbstreinigende Foliensystem 10 auch eine Lichtquelle 52 beinhalten, die angrenzend an die erste Kante 48 angeordnet und zum Abstrahlen elektromagnetischer Strahlung ausgelegt ist. So kann beispielsweise die Lichtquelle 52 eine UV-Licht emittierende Diode sein und die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 400 nm bis 100 nm aufweisen. Alternativ kann die Lichtquelle 52 eine Glühlampe oder eine sichtbare Leuchtdiode sein und die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 740 nm bis 380 nm aufweisen.
Die selbstreinigende Folie 38 ist aus einer selbstreinigenden Beschichtungszusammensetzung gebildet. Das heißt, die selbstreinigende Folie 38 kann Fingerabdrücke und Ölablagerungen mindern, d. h. sie ist selbstreinigend. Die selbstreinigende Beschichtungszusammensetzung und die selbstreinigende Folie 38 beinhalten ein photokatalytisches Material 54 (1) und ein fluoriertes Material 56 (1), wie im Folgenden näher ausgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet die selbstreinigende Folie 38 eine Monoschicht 58, die auf der dritten Schicht 26 angeordnet ist und aus einem fluorierten Material 56, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen derselben, gebildet ist. Wie in 1 am besten dargestellt, kann die Monoschicht 58 einen Großteil der selbstreinigenden Folie 38 ausmachen und als Monoschichtfeld bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie Monoschicht auf eine Schicht mit einer Dicke 36 (2) eines Moleküls. Das heißt, die Monoschicht 58 ist eine Moleküldicke und kann als dünne Schicht bezeichnet werden. In einer Ausführungsform ist das fluorierte Material 56 fluorierter diamantähnlicher Kohlenstoff. In einer weiteren Ausführungsform ist das fluorierte Material 56 fluoriertes Zinn-(IV)-Oxid. Das fluorierte Material 56, d. h. fluorierte organische Verbindungen, fluorierte anorganische Verbindungen und Kombinationen derselben, wie beispielsweise fluorierter diamantartiger Kohlenstoff oder fluoriertes Zinn-(IV)-Oxid, verleiht der selbstreinigenden Folie 38 Superhydrophobie, antimikrobielle Eigenschaften, schmutzabweisende Eigenschaften und Kratzfestigkeit. Die selbstreinigende Folie 38 kann auch zu einer sauberen Luftqualität in einer Umgebung beitragen, in der die selbstreinigende Folie 38 verwendet wird.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die selbstreinigende Folie 38 auch eine erste Vielzahl von Bereichen 62, die innerhalb der Monoschicht 58 so angeordnet sind, dass jeder der ersten Vielzahl von Bereichen 62 an das fluorierte Material 56 angrenzt und von diesem umgeben ist. Das heißt, die erste Vielzahl von Bereichen 62 befindet sich innerhalb und entlang der Monoschicht 58. In einer Ausführungsform kann die erste Vielzahl von Bereichen 62 entlang der ersten Fläche 40 gleichmäßig voneinander beabstandet sein. In weiteren Ausführungsformen kann die erste Vielzahl von Bereichen 62 willkürlich über die gesamte Monoschicht 58 entlang der ersten Fläche 40 verteilt sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann die erste Vielzahl von Bereichen 62 in einem Muster innerhalb der Monoschicht 58 angeordnet werden. Die erste Vielzahl von Bereichen 62 kann in der selbstreinigenden Folie 38 in einer Menge von etwa 10 Volumenanteilen bis etwa 85 Volumenanteilen bezogen auf 100 Volumenanteile der selbstreinigenden Folie 38 vorhanden sein, z. B. etwa 50 Volumenanteile bezogen auf 100 Volumenanteile der selbstreinigenden Folie 38.
Jeder der ersten Vielzahl von Bereichen 62 beinhaltet das photokatalytische Material 54, wie beispielsweise Titandioxid. Das photokatalytische Material 54 kann die selbstreinigende Folie 38 mit der Fähigkeit zur Selbstreinigung versehen. Das heißt, das photokatalytische Material 54 kann organisches Material, z. B. Squalen, auf der ersten Oberfläche 40 der selbstreinigenden Folie 38 oxidieren und/oder verdampfen, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Insbesondere kann das photokatalytische Material 54 ein lichtaktivierter Photokatalysator sein, wenn er beispielsweise sichtbarem oder ultraviolettem Licht ausgesetzt wird.
Geeignete photokatalytische Materialien 54 können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, photooxidative Halbleiter, halbleitende Oxide, dotierte Metalloxide, Heteroübergangsmaterialien und Kombinationen davon.
In einer Ausführungsform kann das photokatalytische Material 54 Titandioxid sein und in der Vielzahl von Bereichen 62 in einer Rutilform vorliegen. Alternativ kann das photokatalytische Material 54 Titandioxid sein und in der Vielzahl der ersten Bereiche 62 in einer Anatasform vorliegen, die eine vergleichsweise höhere photokatalytische Aktivität aufweisen kann als die Rutilform. In weiteren Ausführungsformen kann das photokatalytische Material 54 Titandioxid sein und in der Vielzahl von ersten Bereichen 62 in einer Kombination der Rutilform und der Anatasform vorliegen. Des Weiteren kann das photokatalytische Material 54 dotiert sein, um ein funktionalisiertes photokatalytisches Material zu bilden, z. B. ein funktionalisiertes Titandioxid. Das funktionalisierte photokatalytische Material kann beispielsweise mit einem Metall dotiert sein, wie, jedoch nicht beschränkt auf, Chrom, Kobalt, Kupfer, Vanadium, Eisen, Silber, Platin, Molybdän, Lanthan, Niob und Kombinationen davon. Alternativ kann das photokatalytische Material mit einem Nichtmetall dotiert sein, wie, jedoch nicht beschränkt auf, Stickstoff, Schwefel, Kohlenstoff, Bor, Kalium, lod, Fluor und Kombinationen davon.
Das photokatalytische Material 54 kann als Nanopartikel bezeichnet werden und kann einen mittleren Durchmesser aufweisen, der im Nanometerbereich messbar ist. Alternativ kann das photokatalytische Material 54 als Partikel bezeichnet werden und einen mittleren Durchmesser aufweisen, der auf einer Mikrometerskala messbar ist. Im Allgemeinen kann das photokatalytisch Material 54 in der selbstreinigenden Folie 38 in einer Menge von etwa 2 Volumenanteilen bis etwa 35 Volumenanteilen vorliegen, basierend auf 100 Volumenanteilen der selbstreinigenden Folie 38.
In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen kann das photokatalytisch Material 54 ein halbleitendes Metalloxid beinhalten, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, Zinkoxid, Wismutoxid, Zinnoxid und Kombinationen davon. Das Halbleiteroxid kann mit einer entsprechend großen Bandlücke ausgewählt werden, die für eine photokatalytische Reaktion geeignet ist, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben.
In einer weiteren Ausführungsform kann die selbstreinigende Folie 38 eine zweite Vielzahl von Bereichen 64 beinhalten, die innerhalb der Monoschicht 58 so angeordnet sind, dass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen 64 an das fluorierte Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen 64 Silber beinhaltet.
Das heißt, die zweite Vielzahl von Bereichen 64 kann auch innerhalb und entlang der Monoschicht 58 liegen. In einer Ausführungsform kann die zweite Vielzahl von Bereichen 64 entlang der ersten Fläche 40 gleichmäßig voneinander beabstandet sein. In weiteren Ausführungsformen kann die zweite Vielzahl von Bereichen 64 willkürlich über die gesamte Monoschicht 58 entlang der ersten Fläche 40 verteilt sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann die zweite Vielzahl von Bereichen 64 in einem Muster innerhalb der Monoschicht 58 angeordnet werden. Die zweite Vielzahl von Bereichen 64 kann in der selbstreinigenden Folie 38 in einer Menge von etwa 10 Volumenanteilen bis etwa 85 Volumenanteilen bezogen auf 100 Volumenanteile der selbstreinigenden Folie 38 vorhanden sein, z. B. etwa 25 Volumenanteile bezogen auf 100 Volumenanteile der selbstreinigenden Folie 38.
Das Silber kann als Nanopartikel bezeichnet werden und kann einen mittleren Durchmesser aufweisen, der im Nanometerbereich messbar ist. Alternativ kann das Silber als Partikel bezeichnet werden und einen mittleren Durchmesser aufweisen, der auf einer Mikrometerskala messbar ist. Im Allgemeinen kann das Silber in der selbstreinigenden Folie 38 in einer Menge von etwa 2 Volumenanteilen bis etwa 35 Volumenanteilen vorliegen, basierend auf 100 Volumenanteilen der selbstreinigenden Folie 38. Das Silber kann der selbstreinigenden Folie 38 schmutzabweisende, antimikrobielle und luftreinigende Eigenschaften verleihen. So kann beispielsweise das Silber die Zellfunktion der Mikroben stören. Insbesondere kann das Silber zum Abbau von Phospholipid beitragen, sodass eine Mikrobenzelle nicht mehr atmen kann.
Unter Bezugnahme wiederum auf 1 beinhaltet das selbstreinigende Foliensystem 10 auch eine an dem Substrat 16 aufgeklebte Klebeschicht 66. Insbesondere kann die Klebeschicht 66 an der Distalfläche 46 anliegen. Der selbstreinigende Gegenstand 12 beinhaltet somit die an dem Substrat 16 und der berührbaren Oberfläche 14 haftende Klebeschicht 66. Das selbstreinigende Foliensystem 10 kann daher eine Folie oder ein Verbundwerkstoff sein, das separat an der berührbaren Oberfläche 14 haftet. Das heißt, das selbstreinigende Foliensystem 10 kann getrennt von der berührbaren Oberfläche 14 hergestellt und anschließend auf diese aufgebracht werden, um so den selbstreinigenden Gegenstand 12 zu bilden und die berührbare Oberfläche 14 vor organischen Verunreinigungen, wie beispielsweise Squalen, zu schützen. Weiterhin kann das selbstreinigende Foliensystem 10 von der berührbaren Oberfläche 14 abgenommen und wieder aufgesetzt werden.
Die Klebeschicht 66 kann aus einer geeigneten Klebstoffzusammensetzung gebildet werden und das selbstreinigende Foliensystem 10 an der berührbaren Oberfläche 14 anbringen. Daher kann die Klebeschicht 66 gemäß den gewünschten Leistungsmerkmalen des selbstreinigenden Gegenstands 12 ausgewählt werden.
So kann beispielsweise die Klebeschicht 66 eine vergleichsweise hohe Haftung für Ausführungsformen aufweisen, bei denen das selbstreinigende Foliensystem 10 nicht von der berührbaren Oberfläche 14 entfernbar ist. Alternativ kann die Klebeschicht 66 eine vergleichsweise hohe Haftung für Ausführungsformen aufweisen, bei denen das selbstreinigende Foliensystem 10 von der berührbaren Oberfläche 14 abziehbar ist. Ebenso kann die Klebeschicht 66 eine vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit für Anwendungen in Umgebungen mit hohen Temperaturen aufweisen. Ähnlich kann die Klebeschicht 66 eine vergleichsweise hohe Wasserbeständigkeit für Anwendungen in wasserführenden Umgebungen aufweisen.
Wie vorstehend dargelegt, kann das selbstreinigende Foliensystem 10 vor dem Aufkleben auf die berührbare Oberfläche 14 zum selbstreinigenden Gegenstand 12 separat hergestellt werden. Insofern beinhaltet das selbstreinigende Foliensystem 10 auch eine Trennschicht 68 (1), die an der Klebeschicht 66 befestigt und von dieser entfernt wird. Wenn es gewünscht wird, dass das selbstreinigende Foliensystem 10 auf die berührbare Oberfläche 14 geklebt wird, kann die Trennschicht 68 abgezogen oder von der Klebeschicht 66 entfernt werden, sodass die Klebeschicht 66 auf die berührbare Oberfläche 14 auftrifft, anliegt und haftet.
Das heißt, das selbstreinigende Foliensystem 10 beinhaltet die Trennschicht 68, sodass das selbstreinigende Foliensystem 10 als Haftfolie vorgesehen werden kann, die an der berührbaren Oberfläche 14 haften, sich neu positionieren und von ihr ablösen kann. Die Trennschicht 68 kann aus einem Papier, wie beispielsweise Kraftpapier oder maschinenglasiertem Papier, oder einem Kunststoff, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat oder Polypropylen, gebildet werden. Das selbstreinigende Foliensystem 10 kann daher auf berührbaren Oberflächen 14, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt Bestandteil von Fenstern, Schränken, Geräten, Anzeigen, Schreibgeräten, Brillen, Visieren, Telefonen, Toiletten, Trinkbrunnen, Spiegeln, Lenkrädern, Türgriffen, Schaltknöpfen, Hauben, Deckeln, chirurgischen Geräten, hygienischen Oberflächen und dergleichen angewendet werden.
Bei Verwendung des selbstreinigenden Foliensystems 10 und des selbstreinigenden Gegenstands 12 kann der Bediener Fingerabdrücke, Squalen, organische Stoffe und/oder Öle auf die erste Oberfläche 40 aufbringen (2). Öle können Öle von Fettsäuren beinhalten und können auf natürliche Weise synthetisiert und auf die erste Oberfläche 40 aufgebracht werden, wenn der Bediener die erste Oberfläche 40 berührt, oder sie können künstlich auf die erste Oberfläche 40 aufgebracht werden, beispielsweise durch Sprühen oder Beschichten.
Der Kontakt zwischen dem Squalen, dem photokatalytischen Material 54, das einer elektromagnetischen Strahlung einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge von weniger als 357 nm ausgesetzt ist, und Wasser kann zur Bildung von Radikalen führen. Die Radikale können dann mit Kohlenwasserstoffresten reagieren. Insbesondere kann das photokatalytische Material 54 ein Photokatalysator, wie beispielsweise Titandioxid, sein. Eine photokatalytische Reaktion kann ein starkes Oxidationsmittel erzeugen und die organische Substanz aufspalten, z. B. Squalen, zu niedrigkettigem Kohlenwasserstoff zu Kohlendioxid und Wasser in Gegenwart des Photokatalysators, d. h. des photokatalytischen Materials 54; elektromagnetische Strahlung, z. B. ultraviolettes Licht; und Wasser, z. B. Feuchtigkeit aus Umgebungsbedingungen. Daher ist es nicht zulässig, dass das photokatalytische Material 54 durch die katalytische Reaktion verbraucht wird, sondern lediglich die photokatalytische Reaktion als nicht-reagierendes Mittel beschleunigt.
Im Einzelnen kann, wenn elektromagnetische Strahlung mit einer gewünschten Wellenlänge das photokatalytische Material 54 beleuchtet, ein Elektron aus dem Valenzband des photokatalytischen Materials 54 in das Leitungsband des photokatalytischen Materials 54 eindringen, was wiederum ein Loch im Valenzband und einen Überschuss an negativer Ladung oder Elektron im Leitungsband erzeugen kann. Das Loch kann die Oxidation begünstigen und das Elektron kann die Reduktion begünstigen. Im Allgemeinen kann das Loch sich mit Wasser kombinieren und ein Hydroxylradikal (·OH) bilden. Das Loch kann auch unmittelbar mit Squalen oder anderem organischen Material reagieren, um den gesamten Wirkungsgrad der Selbstreinigung des selbstreinigenden Foliensystems 10 zu erhöhen. Ähnlich kann Sauerstoff in der Umgebung des photokatalytischen Materials 54 vom Elektron reduziert werden, um ein Superoxidion (•O₂-) zu bilden, welches wiederum das vorhandene organische Material des selbstreinigenden Foliensystems 10 oxidieren kann.
Zusätzlich kann das Loch vor der Rekombination mit dem Elektron eingeschlossen werden. Für derartige Situationen kann das photokatalytische Material 54 funktionalisiert werden. So kann beispielsweise Titandioxid mit Palladium oder Ruthenium dotiert sein. Das Palladium oder Ruthenium kann als Elektrokatalysator agieren und eine Übertragung von Elektronen zu Sauerstoffmolekülen erhöhen, wodurch wiederum die Rekombination von Elektronen und Löcher abnimmt.
Weiterhin kann organisches Material, das auf dem fluorierten Material 56 und nicht in direktem Kontakt mit dem photokatalytischen Material 54 vorhanden ist, im dynamischen Gleichgewicht mit der ersten Oberfläche 40 stehen (2) und zu einer vergleichsweise energiereicheren Stelle auf der selbstreinigenden Folie 38, d. h. dem photokatalytischen Material 54, diffundieren. Daher kann die selbstreinigende Folie 38 das Squalen entlang der selbstreinigenden Folie 38 vom fluorierten Material 56 zum photokatalytischen Material 54 diffundieren. Um diese Diffusion zu verbessern, kann die Lichtquelle 52 so eingestellt werden, dass sie elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge abgibt, die auf eine Schwingungsresonanz des Squalen und des fluorierten Materials 56 abgestimmt ist. Eine derartige Abstimmung kann es dem Squalen oder Fingerabdruck ermöglichen, entlang des fluorierten Materials 56 in das photokatalytische Material 54 zu wechseln, wobei das Squalen die vorstehend beschriebene photokatalytische Reaktion durchlaufen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die selbstreinigende Folie 38 auch erwärmt werden, zum Beispiel durch Infrarotstrahlung, um die Diffusion über das fluorierte Material 56 zum photokatalytischen Material 54 weiter zu verbessern.
Nachdem das Squalen mit dem photokatalytischen Material 54 in Kontakt gekommen ist, kann das Squalen in Stücke oder Teile mit vergleichsweise geringem Dampfdruck photolysiert werden, welche die selbstreinigende Folie 38 abdampfen und dadurch den Fingerabdruck oder das Squalen von der selbstreinigenden Folie 38 entfernen können. Daher kann die selbstreinigende Folie 38 das Substrat 16 durch Entfernen z. B. von Fingerabdrücken, Squalen, Ölen und/oder organischem Material, das durch das Berühren eines Bedieners abgelagert wurde, schützen. Infolgedessen kann das selbstreinigende Foliensystem 10 und der Gegenstand 12 eine hervorragende Ästhetik, Sauberkeit und Ablesbarkeit für Anzeigesysteme, Linsen, Sensoren und Oberflächen 14 bereitstellen.

Claims

Selbstreinigendes Foliensystem (10), umfassend: ein Substrat (16); einen Antireflexionsfilm (20), der auf dem Substrat (16) angeordnet ist und Folgendes beinhaltet: eine erste Schicht (22) aus Titandioxid; eine zweite Schicht (24) aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht (22) angeordnet ist; und eine dritte Schicht (26) aus Titandioxid, die auf der zweiten Schicht (24) angeordnet ist; eine selbstreinigende Folie (38), die auf dem Antireflexionsfilm (20) angeordnet ist und Folgendes beinhaltet: eine Monoschicht (58), die auf der dritten Schicht (26) angeordnet und aus einem fluorierten Material (56) gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen davon; und eine erste Vielzahl von Bereichen (62), die innerhalb der Monoschicht (58) so angeordnet sind, dass jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (62) an das fluorierte Material (56) angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (62) ein photokatalytisches Material (54) beinhaltet; und eine zweite Vielzahl von Bereichen (64), die innerhalb der Monoschicht (58) so angeordnet sind, dass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (64) an das fluorierte Material (56) angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (64) Silber beinhaltet; eine an dem Substrat (16) haftende Klebeschicht (66); und eine Trennschicht (68), die an der Klebeschicht (66) befestigt ist und von dieser entfernt werden kann.
Selbstreinigendes Foliensystem (10) nach Anspruch 1, wobei die selbstreinigende Folie (38) einen Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als 140° definiert.
Selbstreinigendes Foliensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das photokatalytische Material (54) Titandioxid ist und in der ersten Vielzahl von Bereichen (62) in einer Anatasform vorliegt.
Selbstreinigendes Foliensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das photokatalytische Material (54) mit Silber dotiert ist.
Selbstreinigendes Foliensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das fluorierte Material (56) fluorierter diamantartiger Kohlenstoff ist.
Selbstreinigendes Foliensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (16) aus Cellulosetriacetat gebildet ist.
Selbstreinigender Gegenstand (12), umfassend: eine berührbare Oberfläche (14); und ein selbstreinigendes Foliensystem (10), das an der berührbaren Oberfläche (14) haftet und folgendes beinhaltet: ein Substrat (16); einen Antireflexionsfilm (20), der auf dem Substrat (16) angeordnet ist und Folgendes beinhaltet: eine erste Schicht (22) aus Titandioxid; eine zweite Schicht (24) aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht (22) angeordnet ist; und eine dritte Schicht (26) aus Titandioxid, die auf der zweiten Schicht (24) angeordnet ist; eine selbstreinigende Folie (38), die auf dem Antireflexionsfilm (20) angeordnet ist und Folgendes beinhaltet: eine Monoschicht (58), die auf der dritten Schicht (26) angeordnet und aus einem fluorierten Material (56) gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen davon; eine erste Vielzahl von Bereichen (62), die innerhalb der Monoschicht (58) so angeordnet sind, dass jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (62) an das fluorierte Material (56) angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (62) ein photokatalytisches Material (54) beinhaltet; und eine zweite Vielzahl von Bereichen (64), die innerhalb der Monoschicht (58) so angeordnet sind, dass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (64) an das fluorierte Material (56) angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (64) Silber beinhaltet; und eine Klebeschicht (66), die an dem Substrat (16) und der berührbaren Oberfläche (14) haftet.