Die
Aufgabe bestand daher in der Bereitstellung antiadhäsiver Beschichtungen,
die auch bei hohen Temperaturen stabil sind. Die Lösung der
erfindungsgemäßen Aufgabe
konnte in überraschender Weise
durch ein Bindemittel erreicht werden, das oberflächenmodifizierte
nanoskalige Feststoffteilchen umfasst. Dementsprechend betrifft
die vorliegende Erfindung ein Substrat mit einer antiadhäsiven Beschichtung,
erhältlich
durch Auftragen einer Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat
und Härten,
wobei die Beschichtungszusammensetzung umfasst
- a)
Feststoffteilchen von einem Trennmittel, ausgenommen Bornitrid,
und
- b) ein Bindemittel umfassend oberflächenmodifizierte nanoskalige
Feststoffteilchen.
Der überraschende
Effekt dabei ist, dass oberflächenmodifizierte
nanoskalige Feststoffteilchen (nanoskalige Feststoffteilchen werden
im folgenden auch als Nanopartikel bezeichnet) eine adhäsive Wirkung
sowohl zu sehr unpolaren Oberflächen, wie
z.B. die des Graphits, als auch zu polaren Oberflächen, z.B.
ein Substrat, entwickeln können. Sie
zeigen eine ausgeprägte
bifunktionelle Eigenschaft.
Aufgrund
dieser bifunktionellen Eigenschaft ist es nun möglich, Suspensionen von Graphit
oder anderen Trennmittelteilchen in organischen Lösungsmitteln,
aber auch in wässrigen
Systemen, herzustellen und diese als Beschichtungszusammensetzungen
auf verschiedenen Substratmaterialien, wie Metallen, Glas und Keramik
zu verwenden. Beschichtungen auf Kunststoffen sind ebenso möglich, jedoch ist
ein Hochtemperatureinsatz dann selbstverständlich nur im Rahmen der meist
begrenzten Temperaturbeständigkeit
des Substrats möglich.
Weiterhin
ist überraschend,
dass die antiadhäsive
Wirkung des Trennmittels in solchen Beschichtungen bestehen bleibt,
d. h., die zur Atmosphäre
gerichteten Teile des Trennmittels, z.B. von Graphit, werden von
dem Bindemittel nicht vollständig
umhüllt.
Im
folgenden wird die Erfindung ausführlich erläutert.
Die
erfindungsgemäß verwendete
Beschichtungszusammensetzung umfasst Feststoffteilchen von einem
Trennmittel, ausgenommen Bornitrid (im folgenden auch als Trennmittelteilchen
bezeichnet). Natürlich
können
auch Mischungen von verschiedenen Trennmittelteilchen verwendet
werden. Trennmittel sind Stoffe, die die Adhäsionskräfte zwischen angrenzenden Oberflächen verringern
können.
Feste Trennmittel werden häufig
in Form von Teilchen bzw. Pulvern verwendet. Dem Fachmann sind die
dafür eingesetzten
Materialien geläufig.
Die Trennmittel werden manchmal auch als Schmierstoffe bezeichnet.
Allgemeine Übersichten
finden sich in Römpp, Chemielexikon,
9. Auflage, Georg Thieme Verlag, 1992, S. 4690–4691, und Ullmanns Encyklopädie der technischen
Chemie, 4. Auflage, Verlag Chemie 1981, Seiten, Bd. 20, Seiten 457–672.
Bei
den Trennmittelteilchen handelt es sich bevorzugt um anorganische
Teilchen, es eignen sich aber auch organische Trennmittel, wie metallfreie Phthalocyanine
oder Indanthrenfarbstoffe. Vorteilhafterweise werden Materialien
mit Schichtgitterstruktur verwendet, es sind aber auch andere Trennmittel, wie
Borax oder Bleioxid-Zinkoxid geeignet.
Beispiele
für geeignete
Trennmittel mit Schichtgitterstruktur sind z.B. Graphit, Graphitverbindungen,
wie fluorierter Graphit, Glimmer, Talkum, Sulfide, Selenide, Telluride,
Cadmiumchlorid, Bleiiodid, Cobaltchlorid und Silbersulfat. Besonders
bevorzugt sind Graphit, Graphitverbindungen und Schwermetallsulfide,
-selenide und -telluride, wie z.B. MoS2, WS2, WSe2, NbS2, NbSe2, TaS2, TaSe2, AsSbS4 oder AsAsS4.
Die
Trennmittelteilchen weisen gewöhnlich einen
mittleren Teilchendurchmesser kleiner 100 μm, bevorzugt kleiner 30 μm und besonders
bevorzugt kleiner 10 μm
auf. Der mittlere Teilchendurchmesser bezieht sich hier wie auch
in den späteren
Angaben auf das ermittelte Volumenmittel, wobei im Korngrößenbereich
von 1 bis 2.000 μm
Laserbeugungsverfahren (Auswertung nach Mie) und im Bereich von 3,5
nm bis 3 μm
ein UPA (Ultrafine Particle Analyzer, Leeds Northrup (laseroptisch))
zur Bestimmung der Verteilungen verwendet werden. Im Schnittbereich von
1 bis 3 μm
wird hier auf die Messung mit UPA Bezug genommen.
Der
Anteil der Trennmittelteilchen, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Beschichtung nach Härtung
(fertiges Produkt), beträgt
gewöhnlich
5 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-% und besonders bevorzugt
30 bis 70 Gew.-%. Die Trennmittelteilchen werden in Form einer Dispersion
in einem Lösungsmittel
eingesetzt oder werden dem Bindemittel als Pulver zugegeben.
Die
Beschichtungszusammensetzung enthält als Bindemittelkomponente
oberflächenmodifizierte
nanoskalige Feststoffteilchen. Es hat sich erwiesen, dass die Trennmittelteilchen
mit diesem Bindemittel dauerhaft und temperaturstabil auf Oberflächen gebunden
werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform
wird ein oberflächenmodifizierte Nanopartikel
enthaltendes Nanokomposit, insbesondere in Form eines Sols, als
Bindemittel verwendet. Ein Nanokomposit bzw. ein Nanokompositsol
besteht aus einer Mischung von nanoskaligen Feststoffteilchen und
vorzugsweise nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten anorganischen
oder organisch modifizierten anorganischen Polykondensaten oder
Vorstufen davon. In der Be schichtungszusammensetzung liegt das Bindemittel
aus Nanopartikeln oder Nanokomposit gewöhnlich als Sol oder Dispersion
vor. In der gehärteten
Schicht stellt es einen Matrixbildner dar.
Nanokomposite
können
durch einfaches Mischen eines Polykondensats oder einer Vorstufe,
die bevorzugt aus den hydrolysierbaren Ausgangsverbindungen nach
dem Sol-Gel-Verfahren erhalten werden, mit oberflächenmodifizierten
nanoskaligen Feststoffteilchen erhalten werden. Die Bildung der Polykondensate
oder der Vorstufen aus den hydrolysierbaren Ausgangsverbindungen
nach dem Sol-Gel-Verfahren wird aber vorzugsweise in Anwesenheit
von Nanopartikeln durchgeführt,
weil die Nanopartikel dann durch die hydrolysierbaren Ausgangsverbindungen
auch oberflächenmodifiziert werden.
Bei diesem Verfahren werden gewöhnlich nicht
oberflächenmodifizierte
Nanopartikel eingesetzt, da während
der Bildung des Polykondensats oder einer Vorstufe eine Oberflächenmodifizung
erfolgt, es können
aber auch bereits oberflächenmodifizierte
Nanopartikel verwendet werden.
Das
Bindemittel umfasst oberflächenmodifizierte
Nanopartikel. Die Nanopartikel sind vorzugsweise anorganisch. Die
Nanopartikel können
aus Metall, einschließlich
Metalllegierungen, Metallverbindungen oder Halbleiterverbindungen
sein, aber auch Kohlenstoffmodifikationen wie Ruß oder Aktivkohle sind denkbar.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Nanopartikeln um Oxide
oder Ruß.
Es kann eine Art von nanoskaligen Feststoffteilchen oder eine Mischung
verschiedener nanoskaliger Feststoffteilchen eingesetzt werden.
Die
Nanopartikel können
aus beliebigen Metallverbindungen sein, wobei Metall hier Silicium
und Bor einschließt.
Beispiele sind (gegebenenfalls hydratisierte) Oxide wie ZnO, CdO,
SiO2, GeO2, TiO2, ZrO2, CeO2, SnO2, Al2O3 (insbesondere
Böhmit, AlO(OH),
auch als Aluminiumhydroxid), B2O3, In2O3, La2O3, Y2O3, Eisenoxide (z.B. Fe2O3, Fe3O4),
Cu2O, Ta2O5, Nb2O5,
V2O5, MoO3 oder WO3; weitere
Chalkogenide, wie z.B. Sulfide (z.B. CdS, ZnS, PbS und Ag2S), Selenide (z.B. GaSe, CdSe und ZnSe)
und Telluride (z.B. ZnTe oder CdTe); Halogenide, wie AgCl, AgBr,
AgI, CuCl, CuBr, CdI2 und PbI2;
Carbide wie CdC2 oder SiC; Arseniden wie
AlAs, GaAs und GeAs; Antimonide wie InSb; Nitride wie AlN, Si3N4 und Ti3N4; Phosphide wie
GaP, InP, Zn3P2 und
Cd3P2; Phosphate,
Silikate, Zirkonate, Aluminate, Stannate und die entsprechenden
Mischoxide (z.B. Metall-Zinn-Oxide, wie Indium-Zinn-Oxid (ITO),
Antimon-Zinn-Oxid (ATO), fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO), Zn-dotiertes Al2O3, Leuchtpigmente
mit Y- oder Eu-haltigen Verbindungen, Spinelle, Ferrite oder Mischoxide
mit Perowskitstruktur wie BaTiO3 und PbTiO3).
Bei
den nanoskaligen anorganischen Feststoffteilchen handelt es sich
bevorzugt um ein Oxid oder Oxidhydrat von Si, Ge, Al, B, Zn, Cd,
Ti, Zr, Y, Ce, Sn, In, La, Fe, Cu, Ta, Nb, V, Mo oder W, besonders
bevorzugt von Si, Al, Y, Ti und Zr. Besonders bevorzugt werden Oxide
bzw. Oxidhydrate eingesetzt. Bevorzugte nanoskalige anorganische
Feststoffteilchen sind SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, AlOOH, Ta2O5, Y2O3, CeO2, ZnO, SnO2, Eisenoxide, wobei SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 und AlOOH bevorzugt
sind, besonders bevorzugt ist SiO2.
Der
Gehalt an Nanopartikeln beträgt
gewöhnlich
weniger als 90 Gew.-%, bevorzugt weniger als 70 Gew.-% und besonders
bevorzugt weniger als 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Beschichtung nach der thermischen Härtung (fertiges Produkt), und
kann in speziellen Fällen
sogar weniger als 10 Gew.-% betragen. Da der Anteil an Trennmittel
stark variieren kann, variiert auch der Gehalt an Nanopartikeln.
In der Beschichtungszusammensetzung kann der Gehalt an Nanopartikeln,
bezogen auf den Feststoffgehalt ausgenommen Trennmittelteilchen,
z.B. mindestens 5 Gew.-% betragen.
Die
Herstellung dieser nanoskaligen Teilchen kann auf übliche Weise
erfolgen, z.B. durch Flammpyrolyse, Plasmaverfahren, Kolloidtechniken, Sol-Gel-Prozesse,
kontrollierte Keim- und Wachstumsprozesse, MOCVD-Verfahren und Emulsionsverfahren.
Diese Verfahren sind in der Literatur ausführlich beschrieben. Das Sol-Gel-Verfahren
wird nachstehend eingehender beschrieben.
Teilchen
auf Basis ZrO2 oder Al2O3 können z.B.
aus Zirconiumoxidvorstufen, wie Zirconiumalkoxiden, Zirconiumsalzen
oder komplexierten Zirconiumverbindungen bzw. Aluminiumsalzen und
Aluminiumalkoxiden hergestellt werden. Es können auch im Handel erhältliche
kolloidale ZrO2-Partikel (unstabilisiert
oder stabilisiert) oder nanoskalige Al2O3- oder AlOOH-Partikel in Form von Solen
oder Pulvern verwendet werden.
Entsprechend
können
SiO2-Teilchen aus hydrolysierbaren Silanen
(z.B. der nachstehenden Formel (I)) hergestellt werden. Beispiele
für im
Handel erhältliche
Dispersionen sind die wässrigen
Kieselsole der Bayer AG (Levasile®) sowie
kolloidale Sole von Nissan Chemicals (IPA-ST, MA-ST, MEK-ST, MIBK-ST).
Als Pulver sind z.B. pyrogene Kieselsäuren von Degussa (Aerosil-Produkte)
erhältlich.
Die
nanoskalige Feststoffteilchen besitzen in der Regel einen mittleren
Teilchendurchmesser unter 500 nm, gewöhnlich nicht mehr als 300 nm,
bevorzugt nicht mehr als 100 nm und insbesondere nicht mehr als
50 nm. Dieses Material kann in Form eines Pulvers eingesetzt werden,
es wird jedoch vorzugsweise in Form eines Sols oder einer Suspension
verwendet.
Bei
der Oberflächenmodifizierung
von nanoskaligen Feststoffteilchen handelt es sich um ein bekanntes
Verfahren, wie es von der Anmelderin z.B. in WO 93/21127 (
DE 4212633 ) oder WO 96/31572
beschrieben wurde. Die Herstellung der oberflächenmodifizierten nanoskaligen
anorganischen Feststoffteilchen kann prinzipiell auf zwei verschiedenen
Wegen durchgeführt
werden, nämlich
zum einen durch Oberflächenmodifizierung
von bereits hergestellten nanoskaligen anorganischen Feststoffteilchen
und zum anderen durch Herstellung dieser anorganischen nanoskaligen
Feststoffteilchen unter Verwendung von einer oder mehreren Verbindungen,
die über
entsprechende funktionelle Gruppierungen verfügen. Diese beiden Wege werden
in obengenannten Patentanmeldungen näher erläutert.
Als
Oberflächenmodifizierungsmittel,
insbesondere zur Oberflächenmodifizierung
bereits vorliegender nanoskaliger Teilchen, eignen sich neben anorganischen
oder organischen Säuren
auch vorzugsweise niedermolekulare organische Verbindungen oder
niedermolekulare hydrolysierbare Silane mit mindestens einer nicht
hydrolysierbaren Gruppe, die mit an der Oberfläche der Feststoffteilchen vorhandenen
Gruppen reagieren und/oder (zumindest) wechselwirken können. Beispielsweise
befinden sich auf Nanopartikeln als Oberflächengruppen reaktionsfähige Gruppen
als Restvalenzen, wie Hydroxygruppen und Oxygruppen, z.B. bei Metalloxiden,
oder Thiolgruppen und Thiogruppen, z.B. bei Metallsulfiden, oder
Amino-, Amid- und Imidgruppen, z.B. bei Nitriden.
Eine
Oberflächenmodifizierung
der nanoskaligen Teilchen kann z.B. durch Mischen der nanoskaligen
Teilchen mit nachstehend erläuterten
geeigneten Oberflächenmodifizierungsmitteln
gegebenenfalls in einem Lösungsmittel
und unter Anwesenheit eines Katalysators erfolgen. Bei Silanen als
Oberflächenmodifizierungsmittel
genügt
z.B. ein mehrstündiges
Rühren
mit den nanoskaligen Teilchen bei Raumtemperatur zur Modifizierung.
Bei ZrO2 wird bevorzugt ein Y-stablisiertes
ZrO2 (Y-ZrO2) verwendet.
Natürlich
hängen
zweckmäßige Bedingungen,
wie Temperatur, Mengenverhältnisse,
Dauer der Umsetzung usw., von den jeweiligen speziellen Reaktionspartnern
und dem gewünschten
Belegungsgrad ab.
Die
Oberflächenmodifizierungsmittel
können z.B.
sowohl kovalente als auch ionische (salzartige) oder koordinative
Bindungen zur Oberfläche
der nanoskaligen Feststoffteilchen ausbilden, während unter den reinen Wechselwirkungen
beispielhaft Dipol-Dipol-Wechselwirkungen,
Wasserstoffbrückenbindungen
und van der Waals-Wechselwirkungen
zu nennen sind. Bevorzugt ist die Ausbildung von kovalenten, ionischen
und/oder koordinativen Bindungen. Unter einer koordinativen Bindung
wird eine Komplexbildung verstanden. Zwischen dem Oberflächenmodifizierungsmittel
und dem Partikel kann z.B. eine Säure/Base-Reaktion nach Brönsted oder
Lewis, eine Komplexbildung oder eine Veresterung stattfinden.
Erfindungsgemäß bevorzugt
ist es auch, dass die Oberflächenmodifizierungsmittel
ein relativ niedriges Molekulargewicht aufweisen. Beispielsweise
kann das Molekulargewicht weniger als 1.500, insbesondere unter
1.000 und vorzugsweise unter 500 oder unter 400 oder sogar unter
300 betragen. Dies schließt
selbstverständlich
ein deutlich höheres
Molekulargewicht der Verbindungen nicht aus (z.B. bis zu 2.000 und
mehr).
Beispiele
für geeignete
funktionelle Gruppen der Oberflächenmodifizierungsmittel
zur Anbindung an die Nanopartikel sind Carbonsäuregruppen, Anhydridgruppen,
Säure amidgruppen,
(primäre,
sekundäre,
tertiäre
und quartäre)
Aminogruppen, SiOH-Gruppen,
hydrolisierbare Reste von Silanen (nachstehend in Formel (I) beschriebene
Gruppe SiX) und C-H-acide Gruppierungen, z.B. β-Dicarbonylverbindungen. Es
können
auch mehrere dieser Gruppen gleichzeitig in einem Molekül vorhanden sein
(Betaine, Aminosäuren,
EDTA, usw.).
Beispiele
für Verbindungen,
die zur Oberflächenmodifizierung
verwendet werden, sind gegebenenfalls substituierte (z.B. mit Hydroxy),
gesättigte oder
ungesättigte
Mono- und Polycarbonsäuren (vorzugsweise
Monocarbonsäuren)
mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen (z.B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Pentansäure, Hexansäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Citronensäure, Adipinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Oxalsäure, Maleinsäure und
Fumarsäure)
und Monocarbonsäuren
mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen mit Etherbindungen (z.B. Methoxyessigsäure, Dioxaheptansäure und
3,6,9-Trioxadecansäure)
sowie deren Anhydride, Ester (vorzugsweise C1-C4-Alkylester) und Amide, z.B. Methylmethacrylat.
Beispiele
für weitere
geeignete Oberflächenmodifikatoren
sind quaternäre
Ammoniumsalze der Formel NR1R2R3R4+X–,
worin R1 bis R4 gegebenenfalls
voneinander verschiedene aliphatische, aromatische oder cycloaliphatische
Gruppen mit vorzugsweise 1 bis 12, insbesondere 1 bis 8 Kohlenstoffatomen
darstellen, wie z.B. Alkylgruppen mit 1 bis 12, insbesondere 1 bis
8 und besonders bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatomen (z.B. Methyl,
Ethyl, n- und i-Propyl, Butyl oder Hexyl), und X– für ein anorganisches oder
organisches Anion steht, z.B. Acetat, OH–,
Cl–, Br– oder
I–;
Mono- und Polyamine, insbesondere solche der allgemeinen Formel
R3-nNHn, worin n
= 0, 1 oder 2 und die Reste R unabhängig voneinander Alkylgruppen
mit 1 bis 12, insbesondere 1 bis 8 und besonders bevorzugt 1 bis
6 Kohlenstoffatomen darstellen (z.B. Methyl, Ethyl, n- und i-Propyl, Butyl oder
Hexyl) und Ethylenpolyamine (z.B. Ethylendiamin, Diethylentriamin
etc.); Aminosäuren;
Imine; β-Dicarbonylverbindungen
mit 4 bis 12, insbesondere 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Acetylaceton,
2,4-Hexandion, 3,5-Heptandion, Acetessigsäure und Acetessigsäure-C1-C4-alkylester,
wie Acetessigsäureethylester;
und Silane, wie z.B. die hydrolysierbaren Silane mit mindestens
einer nicht hydrolysierbaren Gruppen der nachstehenden allgemeinen
Formel (I), wobei eine oder mehrere der Gruppen R auch mit einer
funktionellen Gruppe substituiert sein können, z.B. mit einer (Meth)acryl-,
Epoxy- (einschließlich Glycidyl-
oder Glycidyloxy-), Thiol-, Carboxy-, Carbonsäureanhydrid- oder Aminogruppe.
Bevorzugte
eingesetzte rein organische Oberflächenmodifizierungsmittel sind
Monocarbonsäuren
mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Hexansäure, Methacrylsäure, Citronensäure, Stearinsäure, Methoxyessigsäure, Dioxaheptansäure und
3,6,9-Trioxadecansäure
sowie die entsprechenden Säurehydride
und Säureamide
und β-Dicarbonylverbindungen
mit 4 bis 12, insbesondere mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, z.B. Diketone
wie Acetylaceton, 2,4-Hexandion,
Acetessigsäure
und Acetessigsäure-C1-4-alkylester, wie Acetessigsäureethylester.
Für die in
situ Herstellung von nanoskaligen anorganischen Feststoffteilchen
mit polymerisierbaren/polykondensierbaren Oberflächengruppen sei auf WO 98/51747
(
DE 19746885 ) verwiesen.
Wie
vorstehend erwähnt,
umfasst das Bindemittel in einer vorteilhaften Ausführungsform
ein Nanokomposit, dass die Nanopartikel in einem Polykondensat oder
einer Vorstufe davon enthält,
wobei das Kondensat vorzugsweise in Anwesenheit der Nanopartikel
hergestellt wird, so dass die hydrolysierbaren Ausgangsverbindungen
für das
Kondensat auch die Nanopartikel oberflächenmodifizieren.
Die
Herstellung der anorganischen oder organisch modifizierten anorganischen
Polykondensate oder deren Vorstufen erfolgt vorzugsweise nach dem
Sol-Gel-Verfahren durch Hydrolyse und Kondensation der hydrolysierbare
Ausgangsverbindungen (insbesondere hydrolysierbare Silane der nachstehenden
Formel (I)). Unter Vorstufen werden dabei insbesondere Vorhydrolysate
und/oder Vorkondensate der hydrolysierbaren Ausgangsverbindungen mit
geringerem Kondensationsgrad verstanden. Beim Sol-Gel-Verfahren
werden die hydrolysierbaren Verbindungen mit Wasser, gegebenenfalls
durch Erwärmen
oder saure oder basische Katalyse, hydrolysiert und teilweise kondensiert.
Es können
stöchiometrische
Wassermengen, aber auch geringere oder größere Mengen verwendet werden.
Das sich bildende Sol kann durch geeignete Parameter, z.B. Kondensationsgrad,
Lösungsmittel
oder pH- Wert, auf
die für
die Zusammensetzung gewünschte
Viskosität eingestellt
werden. Weitere Einzelheiten des Sol-Gel-Verfahrens sind z.B. bei
C.J. Brinker, G.W. Scherer: "Sol-Gel
Science – The
Physics and Chemistry of Sol-Gel-Processing", Academic Press, Boston, San Diego,
New York, Sydney (1990) beschrieben.
Wie
gesagt, erfolgt die Herstellung der Polykondensate oder deren Vorstufen
bevorzugt unter Anwesenheit der Nanopartikel. Das nanoskalige Feststoffteilchen
enthaltende Nanokomposit ist demnach vorzugsweise erhältlich nach
dem Sol-Gel-Verfahren
durch Umsetzen von nanoskaligen Feststoffteilchen mit einem oder
mehreren Silanen der allgemeinen Formel: RxSiA(4-x) (I)worin die
Reste A gleich oder verschieden sind und Hydroxylgruppen oder hydrolysierbare
Gruppen darstellen, die Reste R gleich oder verschieden sind und nicht
hydrolysierbare Gruppen darstellen und x den Wert 0, 1, 2, 3 hat,
wobei bevorzugt bei mindesten 50% der Stoffmenge der Silane x ≥ 1 ist. Die
nanoskaligen Feststoffteilchen werden insbesondere durch die Umsetzung
mit den Silanen oberflächenmodifiziert.
Sofern nur Silane der Formel (I) mit x = 0 verwendet werden, gelangt
man zu rein anorganischen Nanokompositen, sonst werden die bevorzugten
organisch-anorganischen Nanokomposite erhalten.
In
der allgemeinen Formel (I) sind die hydrolysierbaren Gruppen A,
die gleich oder voneinander verschieden sein können, beispielsweise Wasserstoff,
Hydroxy oder Halogen (F, Cl, Br oder I), Alkoxy (vorzugsweise C1-6-Alkoxy, wie z.B. Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy,
i-Propoxy und Butoxy), Aryloxy (vorzugsweise C6-10-Aryloxy,
wie z.B. Phenoxy), Alkaryloxy (z.B. Benzyloxy), Acyloxy (vorzugsweise
C1-6-Acyloxy, wie z.B. Acetoxy oder Propionyloxy),
Alkylcarbonyl (vorzugsweise C2-7-Alkylcarbonyl,
wie z.B. Acetyl), Amino, Monoalkylamino oder Dialkylamino mit vorzugsweise
1 bis 12, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Bevorzugte hydrolysierbare
Reste sind Halogen, Alkoxygruppen und Acyloxygruppen. Besonders
bevorzugte hydrolysierbare Reste sind C2-4-Alkoxygruppen,
insbesondere Ethoxy. Die genannten hydrolysierbaren Gruppen A können gegebenenfalls
einen oder mehrere übliche
Substituenten tragen, z.B. Halogenatome oder Alkoxygruppen.
Die
nicht hydrolysierbaren Reste R der Formel (I) sind z.B. Alkyl (z.B.
C1-20-Alkyl, insbesondere C1-4-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, sek.-Butyl und tert.-Butyl),
Alkenyl (z.B. C2-20-Alkenyl, insbesondere
C2-4-Alkenyl, wie Vinyl, 1-Propenyl, 2-Propenyl
und Butenyl), Alkinyl (z.B. C2-20-Alkinyl,
insbesondere C2_4-Alkinyl, wie Acetylenyl
oder Propargyl), Aryl (insbesondere C6-10-Aryl,
wie Phenyl und Naphthyl) und entsprechende Aralkyl- und Alkarylgruppen,
wie Tolyl und Benzyl, und cyclische C3-C12-Alkyl- und -Alkenylgruppen, wie Cyclopropyl,
Cyclopentyl und Cyclohexyl. Die Reste R können gegebenenfalls einen oder
mehrere übliche
Substituenten, wie z.B. Halogen-, Alkoxy-, Hydroxy-, Amino-, (Meth)acryl-
und Epoxidgruppen, aufweisen.
Besonders
bevorzugte Reste R sind gegebenenfalls substituierte C1-4-Alkylgruppen,
insbesondere Methyl und Ethyl, und gegebenenfalls substituierte C6-10-Arylgruppen, insbesondere Phenyl.
Weiter
ist bevorzugt, dass in der obigen Formel (I) x den Wert 0, 1, 2
und besonders bevorzugt den Wert 0 oder 1 aufweist. Ferner weisen
vorzugsweise mindestens 60% und insbesondere mindestens 70 Stoffmengen-%
den Wert x = 1 auf, wobei der Rest bevorzugt aus Silanen der Formel
(I) mit x = 0 besteht.
Bevorzugt
eingesetzte Silane sind Alkyl- und Aryltrialkoxysilane und/oder
Tetraalkoxysilane, wie Methyltriethoxysilan (MTEOS), Ethyltriethoxysilan, Phenyltriethoxysilan
(PTEOS), Tetraethoxysilan (TEOS) oder Tetramethoxysilan. Das erfindungsgemäße Polykondensat
kann z.B. aus reinem Methyltriethoxysilan (MTEOS) oder aus Mischungen
von MTEOS und Tetraethoxysilan (TEOS) oder MTEOS und Phenyltriethoxysilan
(PTEOS) und TEOS hergestellt werden.
Die
erfindungsgemäß verwendeten
Silane der allgemeinen Formel (I) können ganz oder teilweise in
Form von Vorkondensaten eingesetzt werden, d.h. Verbindungen, die
durch teilweise Hydrolyse der Silane der Formel (I) allein oder
im Gemisch mit anderen hydrolysierbaren Verbindungen entstanden sind.
Derartige, im Reaktionsgemisch vorzugsweise löslichen Oligomere können geradkettige
oder cyclische niedermolekulare Teilkondensate mit einem Kondensationsgrad
von z.B. etwa 2 bis 100 insbesondere 2–6 sein.
In
einer Ausführungsform
können
die hydrolysierbaren Silane mit einer unterstöchiometrischen Wassermenge,
bezogen auf die hydrolisierbaren Gruppen, unter Bildung eines Nanokompositsoles hydrolysiert
und kondensiert werden. Die zur Hydrolyse und Kondensation eingesetzte
Wassermenge beträgt
vorzugsweise 0,1 bis 0,9 und besonders bevorzugt 0,25 bis 0,8 Mol
Wasser pro Mol der vorhandenen hydrolysierbaren Gruppen. Bei einer
unterstöchiometrischen
Wasserzugabe können
die Bindemittel über
einen gewissen Zeitraum in stabiler Weise gelagert werden und gegebenenfalls
vor der Zugabe der Trennmittel oder vor Auftragen auf das Substrat durch
eine zusätzliche
Zugabe von Wasser aktiviert werden.
Die
Hydrolyse und Kondensation der Silane wird unter Sol-Gel-Bedingungen
z.B. in Gegenwart saurer Kondensationskatalysatoren (z.B. Salzsäure) bei
einem pH-Wert bevorzugt zwischen 1 und 7 besonders bevorzugt zwischen
1 und 3 durchgeführt.
Vorzugsweise
wird neben dem Lösungsmittel,
das bei der Hydrolyse entsteht, kein weiteres Lösungsmittel angewandt, es können jedoch
falls gewünscht,
Wasser, alkoholische Lösungsmittel
(z.B. Ethanol) oder andere polare, protische und aprotische Lösungsmittel
(Tetrahydrofuran, Dioxan) eingesetzt werden. Wenn andere Lösungsmittel
eingesetzt werden müssen,
sind Ethanol und 1-Propanol, 2-Propanol, Ethylenglycol und dessen
Derivate (z.B. Diethylenglycolmonoethylether, Diethylenglycolmonobutylether)
bevorzugt.
Sofern
das Bindemittel Polykondensat oder eine Vorstufe davon enthält, beträgt der Anteil
an Polykondensat im Bindemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Beschichtung nach der Härtung (fertiges
Produkt), gewöhnlich
unter 95 Gew.-%, bevorzugt unter 80 Gew.-% und besonders bevorzugt unter
70 Gew.-%.
Wie
bereits oben erläutert,
wird das Polykondensat bevorzugt in Anwesenheit der Nanopartikel hergestellt,
so dass die Nanopartikel in oberflächenmodifizierter Form im Polykondensat
eingebettet sind. Bei der Hydrolyse und Kondensation der Silane reagiert
dabei ein Teil der Silane mit reaktiven Gruppen auf der Oberfläche der
Nanopartikel und führt
so zur Oberflächenmodifizierung
der Nanopartikel, was auch zu einer festeren Bindung der Nanopartikel
in der Polykondensatmatrix führt.
In
der Beschichtungszusammensetzung können weitere Additive enthalten
sein, die in der Technik üblicherweise
je nach Zweck und gewünschten
Eigenschaften zugegeben werden. Konkrete Beispiele sind Füllstoffe,
Thixotropiermittel, vorstehend genannte Lösungsmittel, andere matrixbildende Komponenten,
organische Dispergier- und Bindemittel wie Polyvinylbutyrale, Polyethylenglycole,
Polyethylenimine, Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidone, Cellulosen
oder Cellulosederivate, Polyole, organische und anorganische Farbpigmente,
auch im nanoskaligen Bereich, Metallkolloide, z.B. als Träger optischer
Funktionen, Farbstoffe, UV-Absorber, glasbildende Komponenten (z.B.
Borsäure,
Borsäurester, Natriumethylat,
Kaliumacetat, Aluminium-sek.-butylat), Korrosionsschutzmittel (z.B.
Tanninsäure) Gleitmittel,
Verlaufmittel, Netzmittel, Haftvermittler und Katalysatoren, z.B.
Härtungskatalysatoren
wie Metallsalze, und Metallalkoxide.
Als
Füllstoffe
eignen sich z.B. anorganischen Füllstoffteilchen,
bei denen es sich um dieselben Materialien handeln kann, die auch
oben für
die Nanopartikel genannt wurden. Beispiele sind SiO2,
Al2O3, ZrO2, TiO2, Mullit,
Böhmit,
Si3N4, SiC und AlN.
Der mittlere Teilchendurchmesser ist gewöhnlich kleiner als 100 μm, insbesondere
kleiner als 10 μm,
bevorzugt kleiner als 5 μm
und besonders bevorzugt kleiner als 1 μm.
Die
optionale Zugabe von Füllstoffen
kann zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen. So können diese
Füllstoffe
bei der Herstellung einer Trennmittelteilchen-Suspension eingearbeitet
werden, sie können aber
auch zu dem Bindemittel in Form von Pulvern oder Suspensionen zugegeben
werden.
Zur
Dispergierung der Feststoffteilchen in dem Bindemittel können übliche Rühraggregate
(Dissolver, Leitstrahlmischer), Ultraschallbeaufschlagung, Kneter,
Schnekkenextruder, Walzenstühle, Schwingmühlen, Planetenmühlen, Mörsermühlen, und
insbesondere Attritormühlen
eingesetzt werden. Bevorzugt zur Dispergierung der nanoskaligen
Pulvern sind Attritormühlen
mit kleinen Mahlkörpern,
gewöhnlich
mit einem Durchmesser kleiner 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm und besonders
bevorzugt kleiner 0,5 mm.
Zur
Herstellung der Trennmittelteilchen-Suspensionen sind zur Dispergierung
hochtourige Dispergieraggregate mit Rotor/Statorsystemen, wie Ultra
Turrax oder Kreiselhomogenisatoren bevorzugt. Besonders bevorzugt
sind dabei Aggregate mit mehrstufigen Rotor/Statorsystemen (Cavitron
Hochleistungskreiselhomogenisator).
Die
Zugabe der Trennmittelteilchen kann durch Vermischen von separaten
Trennmittel-Suspensionen und Bindemittelsolen erfolgen, sie kann aber
auch durch Einarbeitung/Dispergierung der Trennmittelteilchen in
das Bindemittelsol erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Herstellung durch
Vermischen von separater Trennmittel-Suspension mit separatem Bindemittelsol
unter rühren.
In
manchen Fällen
ist es vorteilhaft, vor dem Auftrag des Beschichtungsmittels auf
das Substrat den pH-Wert des Bindemittels und/oder der Schlichte (Bindemittel
+ Trennmittel) einzustellen. Gewöhnlich wird
dazu eine Base, bevorzugt eine Base in einem alkoholischen Lösemittel
und besonders bevorzugt eine ethanolische Natriumethylatlösung verwendet. Der
pH-Wert wird gewöhnlich
zwischen 1 und 7 bevorzugt zwischen 2,5 und 5 und besonders bevorzugt zwischen
3 und 4 eingestellt. Während
des Reaktionsverlaufs gebildete Salze können durch Sedimentation und/oder
Zentrifugation abgetrennt werden. Nach der Fertigstellung der Schlichte
ist es in manchen Fällen
vorteilhaft, die Schlichte vor dem Auftrag weiter zu homogenisieren.
Gewöhnlich
erfolgt dies durch Rühren
der Schlichte gewöhnlich über Nacht.
In
manchen Fällen
ist es weiterhin vorteilhaft, durch Zugaben genauer Wassermengen
eine definierte Hydrolyse/Kondensationsreaktion in der fertigen
Schlichte (Bindemittelsol + Trennmittel) zu ermöglichen, gewöhnlich wird
dabei ein Gesamtwassergehalt von weniger als 1 Mol Wasser pro Mol
(der insgesamt eingesetzten) hydrolysierbarer Gruppe eingestellt.
Als
Substrate für
die Beschichtungen oder Formtrennschichten eignen sich alle herkömmlichen Substrate.
Beispiele für
ein geeignetes Substrat sind Substrate oder Formoberflächen aus
Metall, Halbleiter, Glas, Keramik, Glaskeramik, Kunststoff oder
anorganisch-organischen Kompositmaterialien. Für Hochtemperaturanwendungen
werden zweckmäßigerweise
temperaturstabile Substrate verwendet, z.B. Metalle, Halbleiter,
Glas, Keramik, Glaskeramik oder wärmebeständige Kunststoffe. Bevorzugt
handelt es sich um anorganische Substrate.
Besonders
geeignete Substratmaterialien sind Metalle wie Eisen, Chrom, Kupfer,
Nickel, Aluminium, Titan, Zinn und Zink und deren Legierungen (Gusseisen,
Stahlguss, Stähle,
z.B. unlegierte, niedriglegierte, hochlegierte Stähle, Bronzen,
Messing) sowie anorganische Nichtmetalle wie Keramiken, Feuerfestmaterialien
und Gläser,
wobei alle Substrate in Form von Folien, Geweben, Blechen/Platten
und Formstücken
vorliegen können.
Beispiele
für Halbleiter
sind Silicium, z.B. in Form von Wafern, und Indium-Zinn-Oxid-Schichten (ITO-Schichten)
auf Glas. Als Glas können
alle herkömmlichen
Glasarten verwendet werden, z.B. Kieselglas, Borosilicatglas oder
Kalknatronsilicatglas. Beispiele für Kunststoffsubstrate sind
Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyacrylate, Polyethylenterephthalat.
Die
Substrate können
vorbehandelt werden, z.B. zur Reinigung, durch eine Coronabehandlung oder
mit einer Vorbeschichtung (z.B. einer Lackierung oder einer metallisierten
Oberfläche).
Die
trennmittelhaltigen Beschichtungssole lassen sich mittels gängiger Beschichtungsmethoden wie
Rakeln, Tauchen, Fluten, Schleudern, Sprühen, Bürsten und Streichen auf die
Substrate/Formoberflächen
aufbringen. Zur Verbesserung der Haftung kann es sich in manchen
Fällen
als vorteilhaft erweisen, das Substrat vor dem Kontaktieren mit
verdünnten
oder unverdünnten
Bindemittelsolen bzw. deren Vorstufen oder anderen Primern zu behandeln.
Das
erfindungsgemäße Formtrennmittel
bedeckt z.B. vorzugsweise alle Flächen von Gussformen, die mit
dem teilerschmolzenen bzw. geschmolzenen Metall in Kontakt kommen.
Der
Feststoffgehalt der Schlichten (Trennmittel plus Feststoffanteil
des Bindemittelsols) kann in Abhängigkeit
vom gewählten
Beschichtungsverfahren durch Zugabe von Lösungsmittel und/oder Wasser
eingestellt werden. Für
eine Sprühbeschichtung wird
gewöhnlich
ein Feststoffgehalt zwischen 2 und 70 Gew.-%, bevorzugt zwischen
5 und 50 Gew.-% und besonders bevorzugt zwischen 10 und 30 Gew.-%
eingestellt. Für
andere Beschichtungsverfahren kann selbstverständlich eine anderer Feststoffgehalt
eingestellt werden. Ebenso ist die Zugabe von Thixotropiermitteln
bzw. Stellmitteln, wie zum Beispiel Cellulosederivaten möglich.
Eine
isostatische Verdichtung frisch applizierter Trennschichten vor
der abschließenden
Härtung
kann die Packungsdichte weiter erhöhen und damit die Festigkeit
und die Lebensdauer der Schicht ebenfalls deutlich erhöhen. Dazu
wird das Aufbringen einer weiteren nahezu binderfreien Trennmittel-Trennschicht
empfohlen, die ein Verkleben der noch nicht gehärteten Schicht mit dem umgebenden Medium
bei der isostatischen Verdichtung verhindert.
Der
abschließenden
Härtung
können
eine oder mehrere Trocknungsstufen bei Raumtemperatur oder leicht
erhöhter
Temperatur zum Beispiel in einem Umlufttrockenschrank und oder durch
Beheizung/Temperierung z.B. der Form selbst vorangehen. Bei oxidationsempfindlichen
Substraten kann die Trocknung und/oder nachfolgende Härtung in
einer Schutzgasatmosphäre
(N2, Ar) oder Vakuum erfolgen. In der Regel
wird durch Erwärmen
gehärtet.
Die
thermische Aushärtung
erfolgt unter Berücksichtigung
der Wärmeempfindlichkeit
vorzugsweise durch Wärmebehandlung
bei Temperaturen über
50°C, vorzugsweise über 200°C und besonders bevorzugt über 300°C. Die Schichten
können
auch bei höheren
Temperaturen ausgeheizt werden, bevorzugt bei Temperaturen von 500
bis 700°C,
wenn das Substrat bei diesen Temperaturen ausreichend stabil ist,
z.B. gegen Oxidation oder Zunderbildung. Bei der Temperaturbehandlung
kann es zum Ausbrennen organischer Bestandteile kommen.
Die
Schichten selbst halten in inerter Atmosphäre aber auch Temperaturen von über 1.000°C stand,
die inerte Atmosphäre
ist wegen der sonst auftretenden Oxidation des Substrates bzw. des
Trennmittels notwendig. Die Bindemittel selbst sind sogar in normaler
Atmosphäre
auch noch bei 1000°C
beständig.
Die
Wärmebehandlung
der Beschichtungen (z.B. als der Formtrennschichten) kann z.B. in Öfen, durch
Heißgas,
durch direkte Gasbeflammung der Oberflächen, durch direkte oder indirekte
IR-Beheizung oder auch in situ durch Kontaktieren der Trennschichten
mit dem flüssigen
(geschmolzenen oder teilerschmolzenen) Gießmetall erfolgen.
Die
hergestellten beschichteten Substrate eignen sich bei zweckmäßiger Wahl
des Substrats wegen der Temperaturbeständigkeit der Schichten als
antiadhäsive
Hochtemperaturschichten. Spezielle Anwendungen sind z.B. Formtrennschichten,
insbesondere für
das Gießen
von Metallen, und tribologische Schichten wegen der guten Gleiteigenschaften.
Die
folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung.
Beispiele
1. Synthese
silikatischer Bindersole
1.1. MTKS; ROR 0,4
65,5
g MTEOS und 19,1 g TEOS werden gemischt. Eine Hälfte der Mischung wird unter
starkem Rühren
mit 14,2 g Kieselsol (LEVASIL 300/30) und 0,4 ml konzentrierter
Salzsäure
zur Reaktion gebracht. Nach 5 Minuten wird die zweite Hälfte der
Silanmischung zu dem Ansatz gegeben und noch 5 Minuten weitergerührt. Nach
Stehen über
Nacht wird der Ansatz mit ethanolischer Natriumethanolat-Lösung auf
einen pH-Wert von 3 eingestellt. Die im Reaktionsverlauf gebildeten
Salze werden durch Zentrifugieren abgetrennt.
1.2. MTKS-PT; ROR 0,4
65,5
g MTEOS und 19,1 g TEOS werden gemischt und unter starkem Rühren mit
28,4 g Kieselsol (LEVASIL 300/30) und 0,8 ml konzentrierter Salzsäure zur
Reaktion gebracht. Nach 5 Minuten wird eine weitere Silanmischung,
bestehend aus 88,3 g Phenyltriethoxysilan (PTEOS) und 19,1 g TEOS,
zu dem Ansatz gegeben und noch 5 Minuten weitergerührt. Nach
Stehen über
Nacht wird der Ansatz mit ethanolischer Natriumethanolat-Lösung auf
einen pH-Wert von 3 eingestellt. Die im Reaktionsverlauf gebildeten Salze
werden durch Zentrifugieren abgetrennt.
2. Herstellung
von silikatisch gebundenen Schichten
2.1. Herstellung ethanolischer
MoS2-Suspensionen
333
g Molybdänsulfidpulver
(Molyduval, submikron MoS2) werden in 649,2
g wasserfreiem, vergälltem
Ethanol (MEK), in welchem 16,8 g Polyvinylbutyral (Hoechst: Mowital® B
30 T) gelöst
sind, eingerührt.
Die Suspension wird in einen kühlbaren
Rührbehälter gefüllt und
mit einem hochtourigen Ultra-Turrax T 25 bei einer Drehzahl von
24.000 min–1 für die Dauer
von 30 min dispergiert.
2.2. Herstellung ethanolischer
Graphit-Suspensionen
333
g Graphitpulver (Lonza, HSAG 100) werden in 600 g wasserfreiem,
vergälltem
Ethanol (MEK), in welchem 66 g Polyacrylsäure 50.000 (Polyscience; 25
% in H2O) gelöst sind, eingerührt. Die Suspension
wird in einen kühlbaren
Rührbehälter gefüllt und
mit einem hochtourigen Ultra-Turrax T 25 bei einer Drehzahl von
24.000 min–1 für die Dauer
von 30 min dispergiert.
2.3. Herstellung von MOS2/MTKS-PT-Schichten; MoS2 :
SiO2 = 2:1
30
g MTKS-PT ROR 0,4 (entspricht ca. 10 g SiO2) wird mit 1,5 g VE-Wasser aktiviert und
1 h gerührt.
Danach wird der Binder mit 60 g der obigen ethanolischen Trennmittel-Suspension
mit einem Feststoffgehalt von ca. 33 Gew.-% (entspricht ca. 20 g
MoS2) unter Rühren zugemischt. Der Feststoffgehalt
des Beschichtungssystems (be zogen auf das Gesamtmasse Beschichtung
nach der thermischen Härtung)
beträgt
ca. 33 Gew.-%.
Dieses
Beschichtungssystem kann mittels gängiger Beschichtungsverfahren
appliziert werden, die Einstellung des Feststoffgehaltes erfolgt
in Abhängigkeit
vom anzuwendenden Applikationsverfahren.
2.4. Herstellung von Graphit/MTKS-PT-Schichten; Graphit
: SiO2 = 1:1
Zu
50 g MTKS-PT ROR 0,4 werden 50 g der obigen
ethanolischen Graphit-Suspension mit einem Feststoffgehalt von 30
Gew.-% unter Rühren
zugemischt. Der Feststoffgehalt der Schlichte (bezogen auf Trennmittel)
beträgt
15 Gew.-%; nach einer Rührdauer
von 1 Tag kann die Suspension verarbeitet werden. (Anm.: das zur
Hydrolyse benötigte
Wasser ist bereits in der Graphit-Suspension enthalten.) Dieses
Beschichtungssystem kann mittels gängiger Beschichtungsverfahren
appliziert werden, die Einstellung des Feststoffgehaltes erfolgt
in Abhängigkeit vom
anzuwendenden Applikationsverfahren.
3. Herstellung einer Al2O3/ZrO2-Bindephase
3.1. nAnZ-Binder (1 :
1)
100
g Böhmit
(Disperal®,
Fa. Sasol Hamburg) werden in 900 g Wasser eingerührt, wobei durch Zugabe von
Essigsäure
ein konstanter pH-Wert von 3 eingestellt wird. Die Suspension wurde
24 h gerührt
und die groben Agglomerate anschließend durch Sedimentation (48
h) abgetrennt.
11,6
g eines nanodispersen, Y-stabilisierten, oberflächenmodifizierten ZrO2 Pulvers (spezifische Oberfläche von
200 g/cm3, 16 Gew.-% Trioxadecansäure) werden
in 128,37 g des obigen Böhmitsols (entsprechen
10 g Al2O3) eingerührt und
durch Ultraschallbehandlung (Branson Sonifier Typ) für die Dauer
von 30 Minuten dispergiert.
Zur
Herstellung der Bindephase werden zunächst 35 g der obigen Korund-Suspension
(entsprechen: 7 g Al2O3)
tropfenweise zu 70 g des nAnZ-Binder-Sols gegeben.
4. Herstellung von Al2O3/ZrO2-gebundenen
Schichten
4.1. Herstellung wässrigen
MoS2-Suspension
250
g MoS2-Pulver (Molyduval, van Laar GmbH,
submikronfeines Pulver MoS2) werden in 743,75
g deionisiertem Wasser, in welchem 6,25 g Polyvinylalkohol (Hoechst:
PVA 4/88) gelöst
sind, eingerührt.
Die Suspension wird in einen kühlbaren Rührbehälter gefüllt und
mit einem hochtourigen Ultra Turrax T 25 für die Dauer von 30 min dispergiert.
4.2. Herstellung wässriger
Graphit-Suspensionen
250
kg Graphit-Pulver (Timcal, TIMREX KS 4) werden in 743,75 g deionisiertem
Wasser, in welchem 6,25 g eines Tensids (ICI: Tween 80) gelöst ist, eingerührt. Die
Suspension wird in einen kühlbaren Rührbehälter gefüllt und
mit einem hochtourigen Ultra Turrax T 25 für die Dauer von 30 min dispergiert.
4.3. Herstellung einer
MoS2-AnAnZ-Schicht
80
g Al2O3 (TM-DAR,
Fa. TAI MEI) werden in 318 g H2O und 2 g
Essigsäure
in einer Attritormühle (PE
075 Fa. Netzsch) mit 330 g Mahlkugeln (Al2O3; 4–5
mm Durchmesser) in einem PE-Mahlbecher (+ Rotor) für die Dauer
von 2 h bei 700 U/min dispergiert.
70
g nAnZ-Sol (entsprechen 10 g Feststoff) werden mit 35 g der obigen
Al2O3-Suspension
(entsprechen 7 g Al2O3)
und anschließend
mit 12 g der wässrigen
MoS2-Suspension
(entsprechen 3 g Feststoff) unter rühren vermischt.
Zur
besseren Verabeitung kann durch Zugabe von wässrigem Ammoniak ein pH-Wert im Bereich von
ca. 5–6
eingestellt werden, anschließend
kann die Schlichte zur Beschichtung mittels gängiger Verfahren appliziert
werden
4.4. Herstellung einer
Graphit-AnAnZ-Schicht
80
g Al2O (TM-DAR, Fa. TAI MEI) werden in 318
g H2O und 2 g Essigsäure in einer Attritormühle (PE
075 Fa. Netzsch) mit 330 g Mahlkugeln (Al2O; 4–5 mm Durchmesser)
in einem PE-Mahlbecher (+ Rotor) für die Dauer von 2 h bei 700
U/min dispergiert.
70
g nAnZ-Sol (entsprechen 10 g Feststoff) werden mit 35 g der obigen
Al2O Suspension (entsprechen 7 g Al2O) und anschließend mit 12 g der wässrigen
Graphit-Suspension (entsprechen 3 g Feststoff) unter rühren vermischt.
Zur
besseren Verarbeitung kann durch Zugabe von wässrigem Ammoniak ein pH-Wert im Bereich von
ca. 5–6
eingestellt werden, anschließend
kann die Schlichte zur Beschichtung mittels gängiger Verfahren appliziert
werden