DE10233829A1 - Process for preparation of surfaces with selfcleaning properties by application of nano particles with production of a lotus effect useful for coating objects subjected to high soiling and water loads, e.g. in outdoor sports - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften mittels Pulverbeschichtung.The present invention relates to a process for the production of surfaces with self-cleaning Properties by means of powder coating.
Die Herstellung selbstreinigender
Oberflächen,
die durch bewegtes Wasser von Verunreinigungen gereinigt werden
können,
wurde vielfach vorbeschrieben. Das Wassertropfen auf hydrophoben Oberflächen besonders
dann, wenn diese strukturiert sind, abrollen, allerdings ohne Selbstreinigung
zu erkennen, wurde bereits 1982 von A. A. Abramson in Chimia i Shisn
russ. 11, 38, beschrieben. Für
selbstreinigende Oberflächen
ist neben einer geeigneten Struktur auch eine Spezielle Oberflächenchemie
erforderlich. Eine geeignete Kombination aus Struktur und Hydrophobie
macht es möglich,
dass schon geringe Mengen bewegten Wassers auf der Oberfläche haftende
Schmutzpartikel mitnehmen und die Oberfläche reinigen (WO 96/04123;
Stand der Technik bezüglich selbstreinigender
Oberflächen
ist, gemäß
Neben diesem Abformen von Strukturen durch
geeignete Werkzeuge sind auch partikuläre Systeme entwickelt worden.
Die Schweizer Patentschrift
- a) durch eine Trägerschicht oder
- b) durch eine direkte Einlagerung der Partikel ins Polymer/Substrat.
- a) through a carrier layer or
- b) by direct storage of the particles in the polymer / substrate.
Für
den Fall a) sind entsprechende Verfahren beschrieben. Für den Fall
b) konnte ein Verfahren entwickelt werden, das ein Lösemittel
oder Alkohol verwendet. Bei der Verwendung des Lösemittels wird der Kunststoff
angelöst
und das Nanoteilchen lagert sich in die Polymermatrix ein. Mit dem
Abdampfen des Lösemittels
verfestigt sich der Kunststoff wieder und das Nanoteilchen ist fest
in der Polymermatrix eingebunden. Auch dieses Verfahren ist vorbeschrieben.
Bei der Verwendung einer Suspension aus Alkohol, der das Substrat
nicht anlöst
und Nanopartikeln wird die Suspension auf das Polymer aufgesprüht. Es findet
eine temporäre
Anbindung der Nanoteilchen an das Substrat statt. Die genauen Mechanismen, die
hinter dieser Technologie stecken, sind noch nicht bekannt. Wahrscheinlich
wirkt der Alkohol aber als Antistatika und reduziert die lokal vorhandenen
Ladungsgradienten. Auch dieses Verfahren ist bereits vorbeschrieben,
z.B. in
Bei den genannten Verfahren wurden auch elektrostatische Pulverbeschichtungsverfahren eingesetzt. Insbesondere wurden solche Verfahren bei der Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen unter Verwendung einer Trägerschicht benutzt, wobei die Pulverpartikel mittels elektrostatischer Beschichtung auf den feuchten Kleber aufgebracht wurde. Alternativ wurde dieses Verfahren aber auch genutzt, um auf eine angefeuchtete (in der Regel mit Alkohol) Oberfläche die Nanopartikel aufzustäuben. All diese Verfahren haben gemeinsam, dass das Werkstück durchfeuchtet wird. Dies macht es erforderlich, dass eine sehr aufwendige Trocknung nachgeschaltet werden muss. Insbesondere bei Textilbahnen stellt dies ein Problem dar. Zudem stellen die abdampfenden Lösemittel (Alkohole) ein Umweltproblem dar.In the mentioned procedures electrostatic powder coating processes are also used. In particular such processes have been used in the production of self-cleaning Surfaces under Use of a carrier layer used, the powder particles by means of electrostatic coating was applied to the wet glue. Alternatively, this became However, the method is also used to apply to a moistened (usually with alcohol) surface dusting the nanoparticles. All of these methods have in common that the workpiece is damp becomes. This requires a very expensive drying must be connected downstream. Especially with textile webs this is a problem. In addition, the evaporating solvents (Alcohols) is an environmental problem.
Es bestand also die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Nanopartikel trocken auf die Werkstücke aufgetragen werden können.So there was a task Develop processes with which nanoparticles are applied dry to the workpieces can be.
Völlig überraschenderweise wurde gefunden, dass hierzu allgemeine Pulverbeschichtungsverfahren geeignet sind. So konnte überraschenderweise durch Aufsprühen von elektrostatischem Pulver auf eine Oberfläche diese Oberfläche . ausreichend haltbar mit selbstreinigenden Eigenschaften ausgerüstet werden, ohne dass das Pulver mittels eines Träger, Klebers, Lösemittels oder anderweitig an der Oberfläche befestigt werden musste.Completely surprisingly it was found that general powder coating processes are suitable. So surprisingly by spraying of electrostatic powder on one surface this surface. sufficient be durable equipped with self-cleaning properties, without the powder using a carrier, glue, solvent or otherwise on the surface had to be attached.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften durch Ausbringen von Partikeln auf die Oberfläche wodurch Erhebungen, die einen Abstand von 20 nm bis 100 μm und eine Höhe von 20 nm bis 100 μm aufweisen, gebildet werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ausbringen der Partikel trocken durch elektrostatisches Aufsprühen des Pulvers erfolgt.The subject of the present invention is therefore a process for the production of surfaces with self-cleaning properties by applying particles to the surface, whereby elevations which are at a distance of 20 nm to 100 μm and a height of 20 nm to 100 μm are formed, which is characterized in that the The particles are applied dry by electrostatically spraying on the powder.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind selbstreinigende Oberflächen, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie Gegenstände, die solche Oberflächen aufweisen.Also the subject of the present Invention are self-cleaning surfaces, produced according to the method according to the invention as well as objects, those surfaces exhibit.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass keine Lösemittel eingesetzt werden, die aufwändig und häufig die Umwelt belastend entfernt werden müssen. Im Gegenteil zu herkömmlichen Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr arm an Emissionen und Abwasser frei. Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr einfach durchzuführen. Es ist insbesondere auch bei großtechnischen Prozessen sehr geeignet, da die Beschichtung sehr homogen erfolgen kann und an die hohen Bahngeschwindigkeiten in der Produktion angepaßt werden kann. Elektrostatische Beschichtungen sind zudem in der Textilindustrie weit verbreitet und es bedarf deshalb häufig nicht einmal der Anschaffung neuer Gerätschaften.The method according to the invention has the advantage that no solvents are used, which is complex and often the environment must be removed. In contrast to conventional processes is the inventive method very low in emissions and waste water free. In addition, the method according to the invention very easy to do. It is especially very important in large-scale processes suitable because the coating can be very homogeneous and on the high web speeds in production are adjusted can. Electrostatic coatings are also in the textile industry widespread and therefore it is often not even necessary to purchase new ones Equipment.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften sowie die erfindungsgemäßen Oberflächen werden nachfolgend beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt sein soll. Das Verfahren basiert auf der Verwendung des elektrostatischen Sprühens zur Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen.The manufacturing method according to the invention of surfaces with self-cleaning properties and the surfaces according to the invention described below by way of example, without the invention being based on this limited should be. The process is based on the use of electrostatic spraying for creating self-cleaning surfaces.
Das Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften durch Aufbringen von Partikeln auf die Oberfläche wodurch Erhebungen, die einen Abstand von 20 nm bis 100 μm und eine Höhe von 20 nm bis 100 μm aufweisen, gebildet werden, zeichnet sich dadurch aus, dass das Aufbringen der Partikel trocken durch elektrostatisches Aufsprühen der pulverförmigen Partikel mittels einer Pulversprühpistole erfolgt. Das Verfahren ist anwendbar auf alle Oberflächenmaterialien. Insbesondere ist das Verfahren anwendbar bei Oberflächen, die ein Material, ausgewählt aus Kunststoffen, Lacken, Holz, Alu, Glas oder Metallen aufweisen. Die Oberfläche kann dabei die Oberfläche einer Folie, eines dreidimensionalen Gegenstandes, einer Membrane, einer Textil-/Vliesbahn, einer Leuchte, einer Alufelge, eines Möbelstücks oder eines Kunststoffteils sein.The process of making surfaces with self-cleaning properties by applying particles to the surface whereby elevations that are a distance of 20 nm to 100 microns and a Height of 20 nm to 100 μm have, are formed, is characterized in that the application the particles dry by electrostatic spraying the powdery Particles using a powder spray gun he follows. The method is applicable to all surface materials. In particular, the method is applicable to surfaces that a material selected from plastics, lacquers, wood, aluminum, glass or metals. The surface can do the surface a film, a three-dimensional object, a membrane, a textile / nonwoven web, a lamp, an aluminum rim, a piece of furniture or a plastic part.
Das Aufsprühen von Pulvern mit elektrostatischen Sprühverfahren ist an und für sich bekannt. Üblicherweise wird eine Pulversprühpistole mit außenliegenden Hochspannungselektroden eingesetzt. Durch außenliegenden Hochspannungselektroden, die sog. Koronaelektroden, erfolgt bei der elektrostatischen Pulversprühpistole die Pulveraufladung. Durch die an der Koronaelektrode anliegende Hochspannung von z. B. ca. 100 kV werden Ionen in der Luft erzeugt, die die Pulverteilchen elektrostatisch aufladen. Die Pulverteilchen werden hier negativ aufgeladen. Zumeist werden zur elektrostatischen Aufladung Hochspannungswerte im Bereich von 30 bis 110 kV, bevorzugt von 40 bis 90 kV und ganz besonders bevorzugt von 50 bis 80 kV eingesetzt. Die Stromstärke beträgt dabei vorzugsweise von 20 bis 75 mA, vorzugsweise von 25 bis 60 mA. Die im Luftstrom transportierte Menge an Pulver kann von 0,1 bis 100 g/min betragen. Die für die Förderung der Partikel verwendete Förderluft weist vorzugsweise einen Druck von über 0 bis 4 bar, vorzugsweise von 0,5 bis 1,5 bar auf.Spraying powders with electrostatic spraying is on and for known. Usually becomes a powder spray gun with outside High voltage electrodes used. By external high-voltage electrodes that So-called corona electrodes are used with the electrostatic powder spray gun the powder charge. Due to the contact with the corona electrode High voltage of e.g. B. approx. 100 kV ions are generated in the air, which electrostatically charge the powder particles. The powder particles are negatively charged here. Usually become electrostatic Charging high voltage values in the range of 30 to 110 kV, preferred from 40 to 90 kV and very particularly preferably from 50 to 80 kV. The current is preferably from 20 to 75 mA, preferably from 25 to 60 mA. The amount of powder transported in the air stream can range from 0.1 to 100 g / min. The for the promotion of the conveying air used preferably has a pressure of above 0 to 4 bar, preferably from 0.5 to 1.5 bar.
Die Pulverteilchen werden durch zwei verschiedene Kraftwirkungen zur Oberfläche des mit einer selbstreinigenden Oberfläche auszurüstenden Werkstücks transportiert. Zum einen erfolgt der Transport durch aerodynamische Kräfte aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des aus der Pistolenmündung austretenden Sprühstrahls. Zum anderen erfolgt der Transport durch elektrische Kräfte. Zwischen der Sprühpistole und den Werkstücken besteht eine Potentialdifferenz (Modell eines Kondensators), in der die elektrisch geladenen Teilchen beschleunigt werden. Die auf dem Werkstück auftreffenden Pulverteilchen geben aufgrund ihrer sehr geringen Leitfähigkeit ihre Ladung nur langsam, in der Regel innerhalb von Stunden, ab. Durch Influenz werden in der Werkstückoberfläche gleich große, entgegengesetzte Ladungen erzeugt, welche das Festhalten aufgrund coloumbscher Anziehungskräfte bewirken. Auch nach der Entladung der Partikel bleiben die Pulverpartikel aufgrund von van-der-Waals-Kräften am Werkstück haften. Der von der Sprühpistole zum Werkstück fließende Luftionenstrom bewirkt eine so starke Aufladung der abgeschiedenen Pulverschicht, dass schon bei geringen Schichtdicken die Durchbruchfeldstärke für die Luft überschritten wird. Die Entladevorgänge ionisieren die Luft zwischen den Pulverteilchen und führen zu einem positiven Innenstrom, der sogenannte Gegenkorona, zur negativen Koronaelektrode. Neu ankommende, negativ geladene Pulverteilchen werden entladen und bleiben nicht mehr am Werkstück haften, wodurch eine weitere Zunahme der Schichtdicke unterbunden wird. Bei der Koronaentladung wirken zwei Kräfte. Die elektrostatische Abstoßung unter den negativ geladenen Teilchen und die Anziehungskräfte des positiv geladenen Werkstückes. Solange die positiven Anziehungskräfte überwiegen baut sich die Schicht auf. Wenn aber die abstoßenden Kräfte unter den Teilchen dominieren werden keine weiteren Teilchen mehr an gelagert.The powder particles are separated by two different force effects to the surface of the with a self-cleaning surface workpiece to be equipped. On the one hand, the transport takes place due to aerodynamic forces the flow velocity from the gun muzzle escaping spray. On the other hand, it is transported by electrical forces. Between the spray gun and the workpieces there is a potential difference (model of a capacitor), in which accelerates the electrically charged particles. The on the workpiece impinging powder particles give because of their very low conductivity their load only slowly, usually within hours. Influence causes opposing parts of the same size to appear on the workpiece surface Charges generated, which cause the hold due to coloumb attraction. The powder particles remain even after the particles have been discharged due to van der Waals forces on workpiece be liable. The one from the spray gun to the workpiece flowing Air ion flow causes such a strong charge on the separated Powder layer that the breakthrough field strength for the air was exceeded even with thin layers becomes. The unloading operations ionize the air between the powder particles and lead to a positive internal current, the so-called counter corona, to the negative Corona electrode. Newly arriving, negatively charged powder particles are unloaded and no longer adhere to the workpiece, causing another Increase in layer thickness is prevented. With corona discharge two forces act. The electrostatic repulsion among the negatively charged particles and the attractions of the positively charged workpiece. As long as the positive attractions predominate, the layer builds up on. But if the repulsive Forces under dominate the particles, no further particles are stored.
Neben dem Einsatz von Pulversprühpistolen mit außenliegenden Hochspannungselektroden können auch Pulversprühpistolen eingesetzt werden, die die nötige elektrostatische Aufladung des Pulvers ausschließlich durch triboelektrische Prozesse erreichen. Die Pulverteilchen werden bei diesem Verfahren durch Reibung positiv aufgeladen. Bei triboelektrischen Sprühpistolen erfolgt die Schichtdickenbegrenzung nur aufgrund der elektrostatischen Abstoßung durch die bereits abgeschiedene Pulverschicht.In addition to the use of powder spray guns with external high-voltage electrodes, powder spray guns can also be used, which provide the necessary electrostatic charging of the powder can only be achieved through triboelectric processes. In this process, the powder particles are positively charged by friction. In triboelectric spray guns, the layer thickness is only limited due to the electrostatic repulsion from the already deposited powder layer.
Eingesetzt werden können Pulversprühpistolen, wie sie käuflich zu erwerben sind. In größeren Industrieanlagen werden häufig Geräte eingesetzt, die bis zu zwölf Automatik- oder Handpistolen aufweisen. Hersteller solcher Anlagen bzw. geeigneter Pulversprühpistolen ist beispielsweise die Firma Nordson Deutschland GmbH in Erkrath.Powder spray guns can be used, how to buy them are to be acquired. In larger industrial plants become common equipment used up to twelve Have automatic or manual pistols. Manufacturer of such systems or suitable powder spray guns is for example the company Nordson Deutschland GmbH in Erkrath.
Als Partikel können solche eingesetzt werden, die zumindest ein nicht leitfähiges Material, ausgewählt aus Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren, Pigmenten oder Polymeren aufweisen. Besonders bevorzugt können die Partikel Silikate, dotierte Silikate, Mineralien, Metalloxide, Aluminiumoxid, Kieselsäuren oder pyrogene Silikate, Aerosile oder pulverförmige Polymere, wie z.B. sprühgetrocknete und agglomerierte Emulsionen oder cryogemahlenes PTFE sein. Vorzugsweise werden Partikel eingesetzt die hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Besonders bevorzugt werden als hydrophobe Partikel, Kieselsäuren eingesetzt.Such particles can be used as which is at least a non-conductive Material selected from silicates, minerals, metal oxides, silicas, pigments or polymers exhibit. Can be particularly preferred the particles silicates, doped silicates, minerals, metal oxides, Alumina, silicas or fumed silicates, aerosils or powdered polymers, e.g. spray-dried and be agglomerated emulsions or cryomilled PTFE. Preferably particles are used which have hydrophobic properties. Especially silicas are preferably used as hydrophobic particles.
Vorzugsweise werden Partikel eingesetzt, die einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,02 bis 100 μm, besonders bevorzugt von 0,01 bis 50 μm und ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 30 μm aufweisen. Geeignet sind aber auch Partikel, die sich aus Primärteilchen zu Agglomeraten oder Aggregaten mit einer Größe von 0,2 bis 100 μm zusammenlagern.Particles are preferably used which an average particle diameter of 0.02 to 100 μm, particularly preferably from 0.01 to 50 μm and very particularly preferably have from 0.1 to 30 μm. But are suitable also particles that are made up of primary particles Store together to form agglomerates or aggregates with a size of 0.2 to 100 μm.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die
eingesetzten Partikel eine strukturierte Oberfläche haben. Vorzugsweise werden
Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur
im Nanometerbereich, also im Bereich von 1 bis 1000 nm, vorzugsweise
von 2 bis 750 nm und ganz besonders bevorzugt von 10 bis 100 nm, auf
der Oberfläche
aufweisen, eingesetzt. Unter Feinstruktur werden Strukturen verstanden,
die Höhen,
Breiten und Abstände
in den genannten Bereichen aufweisen. Solche Partikel weisen vorzugsweise
zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäuren, Aluminiumoxid,
Siliziumdioxid, pyrogenen und/oder dotierten Silikaten oder pulverförmige Polymeren
auf. Die Partikel mit der unregelmäßigen Feinstruktur weisen vorzugsweise
Erhebungen mit einem Aspektverhältnis von
größer 1, besonders
bevorzugt größer 1,5
auf. Das Aspektverhältnis
ist definiert als Quotient aus maximaler Höhe zu maximaler Breite der
Erhebung. In
Die hydrophoben Eigenschaften der Partikel können durch das verwendete Material der Partikel inhärent vorhanden sein, wie beispielsweise beim Polytetrafluorethylen (PTFE). Es können aber auch hydrophobe Partikel eingesetzt werden, die nach einer geeigneten Behandlung hydrophobe Eigenschaften aufweisen, wie z.B. mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, der Fluoralkylsilane oder der Disilazane behandelte Partikel. Als Partikel eignen sich im Besonderen hydrophobierte pyrogene Kieselsäuren, sogenannte Aerosile. Beispiel für hydrophobe Partikel sind z.B. das Aerosil VPR 411 oder Aerosil R 8200. Beispiele für durch eine Behandlung mit Perfluoralkylsilan und anschließende Temperung hydrophobierbare Partikel sind z.B. Aeroperl 90/30, Sipernat Kieselsäure 350, Aluminiumoxid C, Zirkonsilikat, vanadiumdotiert oder Aeroperl VP 25/20.The hydrophobic properties of the Particles can be inherently present by the material of the particles, such as for polytetrafluoroethylene (PTFE). But it can also be hydrophobic particles be used after a suitable treatment hydrophobic Have properties such as with at least one connection from the group of alkylsilanes, fluoroalkylsilanes or disilazanes treated particles. Particularly suitable particles are hydrophobicized pyrogens silicas, so-called aerosils. example for hydrophobic particles are e.g. the Aerosil VPR 411 or Aerosil R 8200. Examples of by treatment with perfluoroalkylsilane and subsequent annealing Hydrophobizable particles are e.g. Aeroperl 90/30, Sipernat silica 350, Aluminum oxide C, zirconium silicate, vanadium-doped or Aeroperl VP 25/20.
Als Partikel, insbesondere als Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich an der Oberfläche aufweisen, werden vorzugsweise solche Partikel eingesetzt, die zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus pyrogener oder gefällter Kieselsäure, Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder pulverförmige Polymeren aufweisen. Es kann vorteilhaft sein, wenn die eingesetzten Partikel hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Ganz besonders eignen sich als Partikel unter anderem hydrophobierte pyrogene Kieselsäuren, so genannte Aerosile.As particles, especially as particles, which is an irregular fine structure in the nanometer range on the surface are preferred such particles are used which have at least one compound selected from pyrogenic or precipitated silica, aluminum oxide, Silicon oxide or powdery Have polymers. It can be advantageous if the used Particles have hydrophobic properties. Particularly suitable as particles, among other things, hydrophobicized fumed silicas, so called aerosils.
Es kann vorteilhaft sein, wenn Partikel eingesetzt werden, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Die hydrophoben Eigenschaften der Partikel können durch das verwendete Material der Partikel inhärent vorhanden sein. Es können aber auch hydrophobierte Partikel eingesetzt werden, die z.B. durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane, Paraffine, Wachse, Fettsäureestern, funktionalisierte langkettige Alkanderivate oder Alkyldisilazane, hydrophobe Eigenschaften aufweisen.It can be beneficial if particles are used that have hydrophobic properties. The hydrophobic Properties of the particles can inherent to the particle material used. But it can hydrophobic particles are also used, e.g. by a Treatment with at least one compound from the group of the alkylsilanes, Perfluoroalkylsilanes, paraffins, waxes, fatty acid esters, functionalized long chain alkane derivatives or alkyl disilazanes, hydrophobic properties exhibit.
Es kann vorteilhaft sein, die Oberflächen, die mit der Oberflächenstruktur ausgestattet worden sind, nachträglich nochmals zu hydrophobieren. Dies kann durch eine Behandlung der Oberflächen mit den für die Hydrophobierung der Partikel angegebenen Verbindungen erfolgen.It may be advantageous to use the surfaces that are the surface structure have been equipped, subsequently to hydrophobize again. This can be done by treating the surfaces with those for the hydrophobization of the particles specified compounds take place.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können selbstreinigende Oberflächen, hergestellt werden, die vorzugsweise Erhebungen gebildet aus Partikeln aufweisen, wobei die Erhebungen einen Abstand von 20 nm bis 100 μm und eine Höhe von 20 nm bis 100 μm aufweisen. Die durch die Partikel gebildete Beschichtung weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 20 nm bis 120μm, besonders bevorzugt von 0,1 bis 50 μm und ganz besonders bevorzugt von 1 bis 20 μm auf. Es sei daraufhingewiesen, dass die Beschichtung keine durchgängige Beschichtung sein muss sondern dass unter Beschichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung auf die Oberfläche aufgebrachte Partikel verstanden werden sollen, wobei die einzelnen Partikel auf der Oberfläche in Abständen von 0 bis 10 Partikeldurchmesser, insbesondere in Abständen von 0 bis 3 Partikeldurchmesser, vorliegen können.The method according to the invention can be used to produce self-cleaning surfaces which preferably have elevations formed from particles, the elevations being at a distance of 20 nm to 100 μm and a height of 20 nm to 100 μm. The coating formed by the particles preferably has a layer thickness of 20 nm to 120 μm, particularly preferably from 0.1 to 50 μm and very particularly preferably from 1 to 20 μm. It should be noted that the coating does not have a continuous coating but must be understood as coating in the sense of the present invention, particles applied to the surface, wherein the individual particles can be present on the surface at intervals of 0 to 10 particle diameter, in particular at intervals of 0 to 3 particle diameter.
Die erfindungsgemäßen Oberflächen weisen vorzugsweise mindestens einen Belag mit Erhebungen mit einer mittleren Höhe von 20 nm bis 25 μm und einem mittleren Abstand von 20 nm bis 25 μm, vorzugsweise mit einer mittleren Höhe von 50 nm bis 10 μm und/oder einem mittleren Abstand von 50 nm bis 10 μm und ganz besonders bevorzugt mit einer mittleren Höhe von 50 nm bis 4 μm und/oder einem mittleren Abstand von 50 nm bis 4 μm auf. Ganz besonders bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Oberflächen Erhebungen mit einer mittleren Höhe von 0,25 bis 1 μm und einem mittleren Abstand von 0,25 bis 1 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 stellte die oberste Fläche des Quaders die höchste Erhebung der Erhebung dar.The surfaces according to the invention preferably have at least a covering with elevations with an average height of 20 nm to 25 μm and one average distance from 20 nm to 25 μm, preferably with an average Height of 50 nm to 10 μm and / or an average distance of 50 nm to 10 μm and entirely particularly preferably with an average height of 50 nm to 4 μm and / or an average distance of 50 nm to 4 μm. Very particularly preferred have elevations on the surfaces according to the invention with an average height of 0.25 to 1 μm and an average distance of 0.25 to 1 μm. Under the middle distance For the purposes of the present invention, the elevations become the distance the highest One survey to the next highest Survey understood. Has an elevation in the shape of a cone so represents the top of the cone the highest Collection of the survey. If the survey is one Cuboid, the top surface of the cuboid was the highest elevation of the survey.
Die Benetzung von Körpern und damit die selbstreinigende Eigenschaft lässt sich durch den Randwinkel, den ein Wassertropfen mit der Oberfläche bildet, beschreiben. Ein Randwinkel von 0 Grad bedeutet dabei eine vollständige Benetzung der Oberfläche. Die Messung des statischen Randwinkels erfolgt in der Regel mittels Geräten, bei denen der Randwinkel optisch bestimmt wird. Auf glatten hydrophoben Oberflächen werden üblicherweise statische Randwinkel von kleiner 125° gemessen. Die vorliegenden selbstreinigenden Oberflächen weisen statische Randwinkel von vorzugsweise größer 130° auf, bevorzugt größer 140° und ganz besonders bevorzugt größer 145° auf. Es wurde außerdem gefunden, dass eine Oberfläche nur dann gute selbstreinigende Eigenschaften aufweist, wenn diese eine Differenz zwischen Fortschreit- und Rückzugswinkel von maximal 10° aufweist, weshalb erfindungsgemäße Oberflächen vorzugsweise eine Differenz zwischen Fortschreit- und Rückzugswinkel von kleiner 10°, vorzugsweise kleiner 5° und ganz besonders bevorzugt kleiner 4° aufweisen. 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 dem selben 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 Lotuseffekt.The wetting of bodies and the self-cleaning property can be determined by the contact angle, that a drop of water forms with the surface. On Contact angle of 0 degrees means complete wetting of the surface. The The static contact angle is usually measured using Devices, where the contact angle is determined optically. On smooth hydrophobic surfaces are common static contact angle of less than 125 ° measured. The present self-cleaning surfaces have static contact angles of preferably greater than 130 °, preferably greater than 140 ° and entirely particularly preferably greater than 145 °. It was also found that a surface only has good self-cleaning properties if these has a difference between the advancing and retreating angle of at most 10 °, which is why surfaces according to the invention are preferred a difference between the advance and retreat angles of less than 10 °, preferably less than 5 ° and very particularly preferably have less than 4 °. For the determination of the At a progressive angle, a drop of water is placed on the needle surface set and by adding water through the cannula of the drops on the surface increased. During the Magnification slides the edge of the drop over the surface and the contact angle is determined to advance angle. The retreat angle is measured on the same drop, only through the cannula the drop Deprived of water and during of reducing the drop of the contact angle measured. The difference between both angles is called hysteresis. The smaller the difference is, the less the interaction of the water drop with the surface the pad and the better the lotus effect.
Die durch die Partikel gebildeten Erhebungen werden nur über elektrostatische Wechselwirkungen bzw. van-der-Waals Kräfte an der Oberfläche fixiert. Trotz dieser relativ schwachen Kräfte haften die Partikel vorzugsweise zumindest so fest an der Oberfläche, dass es eines Impulses von mehr als 12 mNs bedarf, um die Partikel von der Oberfläche abzulösen. Es ist einleuchtend, dass eine solche selbstreinigende Oberfläche auf Textilien einen normalen Waschgang nicht übersteht.The formed by the particles Surveys are only about electrostatic interactions or van der Waals forces on the Fixed surface. Despite these relatively weak forces, the particles adhere preferentially at least as hard on the surface, that a pulse of more than 12 mNs is required to remove the particles from the surface replace. It is obvious that such a self-cleaning surface Textiles do not survive a normal wash cycle.
Die erfindungsgemäße Oberfläche kann eine Oberfläche einer Textilie, einer Folie, eines dreidimensionalen Gegenstandes, einer Membrane, einer Textil-/Vliesbahn, einer LKW Plane, eines Hygiene-Vlieses, einer Windel oder anderer Haushaltsgeräte sein.The surface according to the invention can be a surface of a Textile, a film, a three-dimensional object, one Membrane, a textile / fleece web, a truck tarpaulin, a hygiene fleece, a diaper or other household appliance.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann z.B. zur Beschichtung von Gegenständen, die hohen Belastungen durch Schmutz und Wasser ausgesetzt sind, insbesondere für den Outdoor Bereich, Skisport, Alpinsport, Motorsport, Motorradsport, Motorcrosssport, Segelsport, Textilien für den Freizeitbereich sowie zur Beschichtung technischer Textilien, ausgewählt aus Zelten, Markisen, Regenschirmen, Tischdecken, Kabrio-Verdecken, technischen Textilien oder Arbeitskleidung verwendet werden.The method according to the invention can e.g. to Coating objects, exposed to high levels of dirt and water, especially for the outdoor area, skiing, alpine sports, motor sports, motorcycle sports, Motorcross sports, sailing, textiles for the leisure sector as well for coating technical textiles, selected from tents, awnings, umbrellas, tablecloths, Convertible tops, technical textiles or work clothes are used become.
Gegenstände mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche können z.B. Folien, Gebrauchsgegenstände, Sportartikel, Textilien, Bekleidungsstücke und Werbeträger, Markisen umfassen.Objects with a surface according to the invention can e.g. Foils, everyday objects, Sporting goods, textiles, clothing and advertising media, awnings include.
Erfindungsgemäß hergestellte Oberflächen werden
an Hand der Figuren
Die Figur
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der folgenden Beispiele beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt sein soll.The process according to the invention is described by way of example using the following examples ben, without the invention being limited thereto.
Beispiel 1:Example 1:
Ein PP-Vlies (VS2050, Freudenberg)
mit 50 g/m2 wird in eine elektrostatische
Beschichtungskammer (Typ Surecoat, Nordson) gelegt. Für die elektrostatische
Beschichtungsanlage wurden folgende Parameter gewählt:
Zerstäubungsluft
0,5 bar
Pistolenzufuhr 1 bar
Wirbelluft 1 bar
Stromstärke 25 mA
bei 40 kV
verwendete Partikel: Aerosil R 8200A PP fleece (VS2050, Freudenberg) with 50 g / m 2 is placed in an electrostatic coating chamber (type Surecoat, Nordson). The following parameters were selected for the electrostatic coating system:
Atomizing air 0.5 bar
Gun supply 1 bar
Vortex air 1 bar
Current 25 mA at 40 kV
Particles used: Aerosil R 8200
Das Aerosil wurde direkt auf das liegende Vlies aufgetragen und die Pistole wurde mit einer, Geschwindigkeit von ca. 6 m/min über die Oberfläche geführt. Das überstehende Aerosil wurde mit einer elektrisch nicht geladenen Metallwalze, die über das behandelte Vlies geführt wurde, aufgesammelt.The Aerosil was directly on the Lying fleece applied and the pistol was fired at a speed of approx. 6 m / min led the surface. The supernatant Aerosil was made using an electrically uncharged metal roller, the above the treated fleece led was picked up.
Anschließend wurde das Verhalten des
behandelten Vlieses charakterisiert. Das behandelte Vlies zeigte
einen sehr guten Lotus-Effekt. Wassertropfen perlten sehr gut ab.
Der Abrollwinkel, also der Winkel zur Horizontalen, bei der ein
Tropfen selbstständig
abrollt, betrug für
einen 60 μl-Wassertropfen 2,4 °. Der Wasserdurchtritt
durch das so ausgerüstete
Vlies erfolgte erst als die aufgebaute Wassersäule eine Höhe von 30 cm überschritt
(gemessen nach DIN EN13562).
Beispiel 2:Example 2:
Die Parameter der Beschichtungsanlage wurden wie in Beispiel 1 eingestellt. Verändert wurde allerdings die Geschwindigkeit mit der die Pistole über das Vlies geführt wurde. Die Geschwindigkeit betrug hier nur 2 m/min. Wie in Beispiel l wurde auch hier wieder das Aerosil direkt auf die Oberfläche aufgetragen. Die anschließende Charakterisierung der Oberfläche ergab einen sehr guten Abrollwinkel von 1,8 °, der um 0,6 ° kleiner war als beim Beispiel 1. Auf die Oberfläche konnte eine Wassersäule von 60 cm aufgebaut werden.The parameters of the coating system were as set in Example 1. However, the was changed The speed at which the pistol was moved over the fleece. The speed here was only 2 m / min. As in Example 1 here too the Aerosil is applied directly to the surface. The subsequent one Characterization of the surface resulted in a very good roll angle of 1.8 °, which is 0.6 ° smaller was as in example 1. A water column of 60 cm.
Durch Verlangsamung des Auftragens der Partikel konnte eine deutliche Verbesserung des Selbstreinigungseffektes, charakterisiert durch den Abrollwinkel, erzielt werden. Dies liegt vermutlich daran, dass bei einer langsameren Auftragsgeschwindigkeit eine gleichmäßigeren und dichtere Partikelschicht erzeugt werden kann.By slowing down the application the particle was able to significantly improve the self-cleaning effect, characterized by the roll angle. This is probably because the fact that with a slower application speed a more even one and denser particle layer can be generated.
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