DE10250281A1

DE10250281A1 - Beschichtungsverfahren und Beschichtungsmittel

Info

Publication number: DE10250281A1
Application number: DE10250281A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Jonschker; Joachim Dr. Krakehl; Oliver Zindel; Heiko Sievers
Original assignee: Nanogate Technologies GmbH
Current assignee: NANOGATE COATING SYSTEMS GMBH, 66121 SAARBRUECKEN,
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-13
Also published as: AU2003292950A8; DE10394025D2; WO2004039896A2; ES2305540T3; ATE399826T1; DE60321943D1; WO2004037936A1; EP1556452B1; AU2003287967A1; AU2003292950A1; WO2004039896A3; EP1556452A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmittel zur Sprühbeschichtung eines Gegenstandes mit zumindest einem Alkylsilan zur Erzeugung einer hydrophoben und/oder oleophoben Beschichtung und Zusatzstoffen zur Erleichterung des Aufbringens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befaßt sich somit mit der Beschichtung von Gegenständen.
Es sind eine Reihe von Beschichtungen bekannt, die dem beschichteten Gegenstand hydrophobe und/oder oleophobe Eigenschaften vermitteln. Derartige Beschichtungen sollen abriebfest sein, dauerhaft beständig und mit geringem Aufwand aufzubringen. Die Beständigkeit wird herkömmlich dadurch erreicht, daß eine intensive Vernetzung mit dem Untergrund und der Moleküle im Beschichtungsmaterial untereinander erzielt wird. Diese Vernetzung trägt nach derzeitiger Kenntnis dazu bei, daß die Filme beständig sind, und zwar selbst dann, wenn diese Filme vergleichsweise dünn bleiben.
Um kostengünstig Beschichtungen vornehmen zu können, müssen die Arbeitsgänge bei der Auftragung eine entsprechend einfache Handhabung ermöglichen. Es ist üblich, zunächst Beschichtungsmaterial aufzusprühen und dann, nach dessen Trocknen, die erhaltene Beschichtung zu polieren. Besonders bei Beschichtungsmaterial, das hydrophobierende und/oder oleophobierende Beschichtungen ergibt, insbesondere bei hochfluorierten Verbindungen, ist dieses Polieren aufwendig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Untersprüchen.
Gemäß einem ersten wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit vorgeschlagen, daß ein Beschichtungsmittel zur Sprühbeschichtung eines Gegenstandes mit zumindest einem Alkylsilan zur Erzeugung einer hydrophoben und/oder oleophoben Beschichtung und Zusatzstoffen zur Erleichterung des Aufbringens so ausgestaltet ist, daß das Alkylsilan in einer Konzentration von unter 10% vorliegt und die Zusatzstoffe ein Lösemittel und/oder eine Lösungsmittelverdünnung umfassen, die so niedrigviskos gewählt ist, daß ein Ausdüsen des Beschichtungsmittels zu Tröpfchen kleiner 100 μm mittlerer Tropfendurchmesser, bevorzugt kleiner 50 μm mittlerer Tropfendurchmesser möglich ist.
Wesentlich ist demnach die Erkenntnis, daß besonders gute Beschichtungen erhalten werden können, wenn Alkylsilane zur Be schichtung in nur geringer Konzentration, aber mit einer hinreichend niedrigen Viskosität, die ein sehr feines Versprühen erlaubt, verwendet werden. Es wurde gefunden, daß in einem solchen Fall trotz der geringen Konzentration der Alkylsilane dennoch sehr stabile, d.h. abriebfeste Beschichtungen erhalten werden können. Weshalb dies so ist, ist noch nicht vollständig verstanden, es kann aber nicht ausgeschlossen werden, daß der folgende Mechanismus hierfür mitverantwortlich sein könnte. Beim Sprühen bilden sich sehr feine Tröpfchen, in denen sich die Alkylsilane micellenartig organisieren, während sich das Tröpfchen von der Düse zum Gegenstand bewegt. Zugleich kann Lösemittel aufgrund der geringen Tröpfchengröße besonders effizient abdampfen. Es trifft dann trotz der hohen Verdünnung beim Ausdüsen ein vergleichsweise konzentriertes Tröpfchen auf, das an der Oberfläche in seiner micellenartigen Struktur zerstört wird, wobei sich die durch die während des Tröpfchenfluges erhöhte Konzentration eine alsbaldige Vernetzung ergeben kann. Die sehr feine Auftragung begünstigt dann die Ausbildung einer sehr gleichmäßigen Beschichtung und die durch die Aufkonzentration des Tropfens während des Fluges bedingte eigentliche Konzentrationserhöhung bewirkt zugleich, daß sich die eigentliche Beschichtung mit Hilfsmitteln sehr schnell ausbilden kann. Da keine Lösemittel im groben Übermaß vorhanden sind und vom Gegenstand abdampfen müssen, kommt es auch nicht zu einer Schlierenbildung oder dergleichen, vielmehr wird davon ausgegangen, daß die micellvorausgerichteten Alkylsilane bei Aufspritzen des Tropfens auf dem Untergrund zumindest partiell verbunden bzw. ausgerichtet bleiben.
Die Erfindung ist von besonderem Vorteil, wenn fluorierte, insbesondere perfluorierte Alkylsilane verwendet werden. Ge eignete derartige Alkylsilane sind in anderen Anmeldungen des vorliegenden Anmelders hinreichend beschrieben. Auf diese wird Bezug genommen. Verwiesen sei auch auf die EP 0 587 667 B1 .
Die Alkylsilane werden zumindest eine, bevorzugt mehrere der Vernetzung dienende reaktive Gruppen aufweisen, die geeignet sind, sich mit einem Untergrund, insbesondere einem mineralischen Untergrund, wie er durch Keramik, Silikatgläser usw. gegeben ist, zu verbinden, wobei typisch die reaktiven Gruppen zur Vernetzung mit dem Untergrund im Alkylsilanmolekül beabstandet von dem fluorierten Ende des Alkylsilans angeordnet sind.
Besonders geeignet ist die Erfindung, wenn Beschichtungen aufgebracht werden sollen aus Alkylsilanen, die per se autophob sind. Hier lassen sich durch die niedrige Konzentration und die Aufkonzentration in kleine Tröpfchen während des Fluges hinter der Düse und vor Auftreffen auf dem Gegenstand besonders gute Wirkungen erzielen.
Besonders geeignet als Lösungsmittel für die Alkylsilane bzw. zur Verdünnung gelöster Alkylsilane sind Wasser und/oder Alkohole, wobei bevorzugt niedermolekulare Alkohole wie Methanol, Ethanol und Propanol verwendet werden; insbesondere ist Isopropanol geeignet. Der Vorteil dieser Substanzen liegt darin, daß sie einerseits eine geringe Viskosität aufweisen und andererseits einen auch bei Raumtemperatur oder nur gering gehobenen Temperaturen dennoch hinreichend hohen Dampfdruck besitzen. Zudem lassen sich die aufgeführten Substanzen in technischen Prozessen gut verwenden, ohne die Umwelt massiv zu gefährden.
Dem Beschichtungsmittel wird typisch ein Netzmittel zur Erhöhung der Benetzung des Untergrundes zugesetzt und/oder es können Katalysatormittel zugesetzt sein, die eine Vernetzung der Alkylsilane untereinander und/oder eine Verbindung der Alkylsilane mit dem Untergrund bewirken können.
Die Katalysatormittel können in einer Menge vorgesehen sein, die eine hinreichend lange Lagerung des Beschichtungsmittels zuläßt, wobei Lagerzeiten von wenigstens einer Woche bevorzugt sind und typische Lagerzeiten mehrere Monate betragen können. Die Verwendung derart geringer Mengen an Katalysatoren ist möglich, weil eine Aufkonzentration des Beschichtungsmittels und damit des Katalysators während des Tröpfchenfluges erfolgen kann. Als Katalysator einsetzbar sind neben katalysierenden nichtflüchtigen Säuren, wie sie per se bekannt sind, insbesondere auch UV-initiierbare Katalysatoren.
Typisch wird der Lösemittel- und/oder Lösemittelverdünnungsdampfdruck so hoch gewählt, daß während des Aufsprühens des Beschichtungsmittels in den feinen Tröpfchen eine Aufkonzentration auftritt. Diese wird typisch so stark sein, daß unmittelbar nach dem Auftreffen der Tröpfchen auf den Untergrund die Vernetzung katalysierbar ist und/oder die Vernetzungskatalyse von sich aus beginnt.
Die Alkylsilankonzentration kann in bevorzugten Ausführungsformen noch unter den zuvor angegebenen 10% liegen. Es wurde gefunden, daß selbst mit geringen Konzentrationen von unter 5%, gegebenenfalls sogar unter 2% gute Beschichtungsergebnisse erhalten werden können. Es sei aber darauf hingewiesen, erforderliche Konzentration abhängig ist davon, wie groß die Tröpfchen tatsächlich erzeugt werden können, wie weit der Abstand von Beschichtungsdüse zum zu beschichtenden Gegenstand ist, wie hoch die Umgebungstemperatur ist usw.
Schutz wird auch beansprucht für ein Verfahren zur Erzeugung oleophober und/oder hydrophober Beschichtungen, insbesondere von Beschichtungen, die sowohl oleophob als auch hydrophob sind, wobei eine verdünnte Beschichtungsmittellösung, wie sie insbesondere vorstehend beschrieben wurde, mit sehr feinen Tröpfchen in verdünnter Form aufgesprüht wird.
Beim Aufsprühen des Beschichtungsmittels in Bahnen wird typisch dafür Sorge getragen, daß eine Bahn zumindest fast vollständig ausgetrocknet ist, bevor die benachbarte Bahn überlappend aufgesprüht wird. So kann besser dafür Sorge getragen werden, daß keine Nachpolitur erforderlich wird.
Das Verfahren wird bevorzugt zur Beschichtung von Kacheln, Silikatglas, Keramik, gegebenenfalls aber auch Kunststoffoberflächen verwendet. Eine besonders bevorzugte Möglichkeit ist, diese Gegenstände in Bahnen überlappend aufzutragen und dabei den Bahnbeginn stets auf dieselbe Seite des Gegenstandes zu legen. Bei typischen Gegenständen wie Wannen, oder dergleichen, ergeben sich so hinreichende Trockenzeiten, die es ermöglichen, vollständig ohne Politur auszukommen.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
Es wird ein Alkylsilan bereitgestellt, daß perfluoriert ist, um eine hydrophobe und/oder oleophobe Funktionalität bereit zustellen und das überdies mit reaktiven Gruppen versehen ist, die geeignet sind, eine Vernetzung der Alkylsilane untereinander sowie mit einem Silikatglasuntergrund herbeizuführen. Es wird hingewiesen auf die Offenbarung der EP 0 587 667 B1 , in welcher geeignete Alkylsilane beschrieben sind.
Das Alkylsilan wird vorsichtig mit Isopropanol und Wasser verdünnt, bis sich ein Alkylsilananteil von unter 10% ergibt. Dann wird der Lösung Netzmittel und Katalysator zugesetzt. Gegebenenfalls können weitere Wirkstoffe zur Erzielung bestimmter Effekte beigefügt werden, etwa, um eine bakteriophobe Oberfläche zu erhalten. Die Konzentration des Katalysators wird so gewählt, daß eine mehrmonatige Lagerzeit gegeben ist.
Nun wird bei Raumtemperatur das Beschichtungsmittel ausgedüst auf eine Keramikoberfläche, wobei ausgehend von einem Startpunkt mit der Düse über der Keramikoberfläche Bahnen abgefahren werden. Sämtliche Startpunkte einer Bahn liegen nebeneinander, es wird also nicht mäanderförmig über den Gegenstand gefahren. Der Ausdüsdruck und der Abstand zwischen Düse und Gegenstand ist so gewählt, daß Tröpfchen mit einem Durchmesser kleiner 100 μm mittleren Tropfendurchmesser entstehen und ein Großteil des Lösungsmittels bis zum Auftreffen der Tröpfchen auf den Gegenstand unter den gegebenen Umgebungsbedingungen verflüchtigt ist. Es ergibt sich damit ein bereits unmittelbar nach Durchgang des Sprühstrahles trocken wirkender Überzug.
Die so erhaltene Beschichtung wird auf ihre Abriebfestigkeit getestet und es wird festgestellt, daß die Abriebfestigkeit der Beschichtung im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtun gen, die mit Alkylsilankonzentrationen oberhalb von 10% unter Nachpolitur der enthaltenen Beschichtung erzeugt wurden, vergleichbar ist oder besser als diese.

Claims

Beschichtungsmittel zur Sprühbeschichtung eines Gegenstandes mit zumindest einem Alkylsilan zur Erzeugung einer hydrophoben und/oder oleophoben Beschichtung und Zusatzstoffen zur Erleichterung des Aufbringens, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylsilan in einer Konzentration von unter 10% vorliegt und die Zusatzstoffe ein Lösemittel und/oder eine Lösungsmittelverdünnung umfassen, die so niedrigviskos gewählt ist, daß ein Ausdüsen des Beschichtungsmittels zu Tröpfchen kleiner 100 μm mittlerer Tropfendurchmesser, bevorzugt kleiner 50 μm mittlerer Tropfendurchmesser möglich ist.
Beschichtungsmittel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein fluoriertes, insbesondere ein perfluoriertes Alkylsilan verwendet wird.
Beschichtungsmittel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Alkylsilane zumindest eine reaktive Gruppe zur Verbindung mit einem mineralischen Untergrund, insbesondere einen keramischen und/oder silikatischen Untergrund aufweisen, insbesondere zu Silikatgläsern, Sanitärkeramik, Kacheln, wobei die zumindest eine reaktive Gruppe insbesondere beabstandet vom fluorierten und/oder hydrophobierenden und/oder oleophobierenden Ende des Alkylsilans angeordnet ist.
Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Alkylsilan enthalten ist, das autophob ist.
Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösemittel und/oder als Lösemittelverdünnung zumindest eines von Wasser und/oder Alkohol, insbesondere ein kurzkettiger Alkohol, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol, insbesondere Isopropanol, vorgesehen ist.
Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstoffe ein Netzmittel umfassen.
Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstoffe zumindest einen Katalysator umfassen, der eine Vernetzung der Alkylsilane untereinander und/oder mit dem Untergrund katalysiert.
Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatormittel in einer Menge vorgesehen ist, die eine wenigstens einwöchige, bevorzugt mehrmonatige Lagerung des Beschichtungsmittels zuläßt.
Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösemittel- und/oder Lösemittelverdünnungsdampfdruck so gewählt ist, daß während des Aufsprühens des Beschichtungsmittels in feinen Tropfen eine so starke Aufkonzentration auftritt, daß die Vernetzung mit den gegebenen Katalysatormittelmengen katalysierbar ist.
Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein UV-initiierbarer Katalysator vorgesehen ist.
Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alkylsilankonzentration kleiner 5%, insbesondere kleiner 2%, vorgesehen ist.
Verfahren zur Erzeugung oleophober und/oder hydrophober Beschichtungen, wobei ein Beschichtungsmittel aufgespritzt und so die Beschichtung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine verdünnte Beschichtungsmittellösung mit kleiner 10% Beschichtungsmittel und einer Tröpf chengröße von im Durchschnitt kleiner 100 μm Durchmesser aufgespritzt wird.
Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Düse und Gegenstand so groß ist, daß aus den Tröpfchen zumindest 30%, bevorzugt wenigstens 50% des Lösungsmittels vor dem Auftreffen auf dem entsprechenden Gegenstand abdampft bzw. sich verflüchtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in Bahnen besprüht wird und eine Bahn benachbart einer bereits besprühten Bahn erst dann aufgetragen wird; wenn die bereits besprühte Bahn zumindest weitgehend trocken ist, insbesondere keinen Feuchtigkeitsglanz mehr aufweist und/oder sich zumindest 90% des Lösungsmittels bzw. der Lösungsmittelverdünnung verflüchtigt haben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kacheln, Silikatglas, Keramik und/oder Kunststoffoberflächen beschichtet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel in Bahnen aufgetragen wird und der Bahnbeginn stets auf derselben Seite des Gegenstandes liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein initiierbarer Katalysator zugesetzt und dieser nach Auftragung initiiert wird.