DE19830848A1 - Verfahren und Mittel zur Behandlung der Oberflächen von Gebrauchsgegenständen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberflächen (1) von Gebrauchsgegenständen, insbesondere beschichteten Oberflächen. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein oder mehrere aktive Enzyme (5) auf die Oberfläche (1) und/oder die Beschichtung (2) aufgebracht und dort immobilisiert werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Mittel zur Behandlung der Oberflächen (1) von Gebrauchsgegenständen, welches ein oder mehrere Enzyme (5) enthält, die nach bestimmungsgemäßer Anwendung des Mittels in aktiver Form auf der Oberfläche (1) immobilisiert vorliegen sowie einen Gebrauchsgegenstand, insbesondere ein Fahrzeug, auf dessen Oberfläche (1) ein oder mehrere aktive Enzyme (5) aufgebracht und immobilisiert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberflächen von Gebrauchsgegenständen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Mittel zur Behandlung der Oberflächen von Gebrauchsgegenständen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Verschmutzungen auf Oberflächen von Gebrauchsgegenständen stellen ein ernstzunehmendes Problem dar. Sie werden durch Einwirkungen aus der natürlichen Umgebung hervorgerufen und haften hartnäckig auf der jeweiligen Oberfläche an. Sie können sowohl funktionale als auch ästhetische Beeinträchtigungen darstellen. Dies betrifft insbesondere Fahrzeuge wie Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge oder Flugzeuge. Hier sind in erster Linie Insektenverschmutzungen auf der Außenhaut, aber auch die Ablagerung von Vogelexkrementen sowie pflanzliche Verunreinigungen, z. B. Harze, ein Problem. Die Beeinträchtigungen reichen von der Sichtbehinderung durch verschmutzte Scheiben über Materialschäden bei lackierten Oberflächen bis hin zu einer Störung der aerodynamischen Strömungsverhältnisse an den verschmutzten Oberflächen.

Derartige organische Verschmutzungen haften relativ gut auf Oberflächen und sind demzufolge bei Reinigungsprozessen schlecht zu entfernen. Dies hängt damit zusammen, daß die Verschmutzungen Makromoleküle enthalten, die eine gute Haftung auf der Oberfläche bewirken können. Dies trifft insbesondere für Proteine, aber auch für Fette und Kohlehydrate zu.

Verschmutzungen auf Oberflächen von Gebrauchsgegenständen werden im allgemeinen unter Zuhilfenahme von Reinigungsmitteln in automatisierten oder von Hand durchgeführten Reinigungsprozessen entfernt. Die Reinigungsmittel enthalten im allgemeinen oberflächenaktive Substanzen, sogenannte amphiphile Moleküle, als aktive Bestandteile sowie eine Vielzahl weiterer Wirkstoffe.

Abhängig von ihrer Funktion werden Oberflächen von Gebrauchsgegenständen auch häufig unter Einsatz von Pflegemitteln konserviert und optisch und funktional aufgewertet. Ein bekanntes Beispiel sind die Pflegemittel für die Außenhaut von Fahrzeugen, wie z. Bsp. die Lackoberflächen von Kraftfahrzeugen. Diese Pflegemittel basieren im allgemeinen auf verschiedenen Wachsen in wäßriger oder öliger Emulsion. Mit ihrer Hilfe können z. Bsp. die lackierten Karosserien von Automobilen für einen bestimmten Zeitraum versiegelt werden. Dabei entsteht eine wasserabweisende Oberfläche, die auch bewirkt, daß normaler Straßenschmutz bei einer Fahrzeugwäsche besser entfernt werden kann. Gegenüber organischen Verschmutzungen wie Insektenverschmutzungen oder pflanzlichen Ablagerungen, insbesondere Harzen, zeigen die herkömmlichen Pflegemittel jedoch nur unzureichende Wirksamkeit.

Es sind auch Oberflächen bekannt, die von vorneherein nur schlecht verschmutzbar oder sehr leicht zu reinigen sind. Aus der WO 96/04123 sind z. Bsp. selbstreinigende Oberflächen von Gegenständen bekannt, welche eine künstliche Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweisen, wobei der Abstand zwischen den Erhebungen bei 5-200 µ und die Höhe der Erhebungen bei 5-100 µ liegt, wobei zumindest Erhebungen aus hydrophoben Polymeren oder haltbar hydrophobierten Materialien bestehen und nicht durch Wasser oder mit Detergentien versetztes Wasser ablösbar sind. Die selbstreinigenden Effekte dieser Oberflächen beruhen auf einer Kombination von stofflichen Eigenschaften, nämlich ihre Hydrophobizität, und strukturellen Eigenschaften, nämlich die regelmäßige Feinstrukturierung im Mikrometer- oder auch im Sub-Mikrometer-Bereich. Dieses Wirkprinzip wurde aus in der Natur vorkommenden Beispielen übertragen. Ein solches Beispiel sind die Blatt- und Blütenblattoberflächen verschiedener Pflanzen, wie z. Bsp. Lotosblätter (W. Barlott, C. Neinhuis, Planta 202 (1997), S. 1-8).

Eine verschmutzungsvermindernde Wirkung derartiger Oberfläche konnte in der Tat für Verschmutzungen gezeigt werden, die sanft und ohne nennenswerten mechanischen Impuls auf den Oberflächen deponiert werden. Diese verschmutzungsvermindernde Wirkung ist jedoch bei organischen Verschmutzungen, die zudem mit höherer Energie auf der Oberfläche auftreffen (wie es bspw. bei Fahrzeugen der Fall ist) zumindest stark reduziert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Mittel der oben genannten Art bereitzustellen, die es ermöglichen, festhaftende organische Verschmutzungen von Oberflächen von Gebrauchsgegenständen leicht zu entfernen.

Die Lösung besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie in einem Mittel mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß auf einer Oberfläche eines Gebrauchsgegenstandes ein oder mehrere aktive Enzyme aufgebracht und dort immobilisiert werden bzw. daß das Mittel ein oder mehrere Enzyme enthält, welche nach bestimmungsgemäßer Anwendung des Mittels in aktiver Form auf der Oberfläche immobilisiert vorliegen.

Bei Verschmutzungen, die enzymatisch angreifbar sind, wird dadurch die Haftung des Schmutzes auf der Oberfläche deutlich verringert. Der Schmutz wird bei nachfolgenden Reinigungsmaßnahmen erheblich leichter wieder entfernt. Somit wird sowohl die durchschnittliche Dauer der Verschmutzung verringert, wodurch wiederum Folgeschäden wie z. Bsp. Lackschäden vermieden werden können, als auch die Verschmutzung eines Objekts zu einem gegebenen Zeitpunkt insgesamt verringert, was sowohl funktionale als auch ästhetische Verbesserungen nach sich zieht.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Enzyme durch kovalente Kopplung oder Adsorption auf der Oberfläche immobilisiert. Die Immobilisierung kann aber auch durch Einschluß in Gelen oder organischen Matrices auf der Oberfläche erfolgen. Ein Beispiel dafür ist das nachträgliche Auftragen einer Lackschicht, z. Bsp. eines Klarlackes, wobei der Lack kovalent bzw. absorptiv immobilisierte Enzyme enthält. Die Immobilisierung kann bereits während der Herstellung des Gebrauchsgegenstand oder während der Beschichtung, also z. Bsp. während der Lackierung von Fahrzeugkarosserien geschehen. Die Immobilisierung kann aber auch nachträglich durch Auftragen eines enzymhaltigen Mittels erfolgen. Beispiel dafür sind Reinigungs- und Pflegemittel, aber auch nachträglich aufzutragende Klarlacke und dergleichen. Mit enzymhaltigen Mitteln können in vorteilhafter Weise regelmäßig neue Enzyme auf der Oberfläche immobilisiert werden. Dies hat den Vorteil, daß die nachlassende Wirkung von eventuell mit der Zeit desaktivierten Enzymen ausgeglichen werden kann. Auf Oberflächen immobilisierte Enzyme können zwar sehr lange, bis zu mehreren Jahren, aktiv sein (vgl. z. Bsp. Römpp Lexikon Chemie, 10. Auflage 1997, Georg Thieme Verlag Stuttgart, unter den Stichworten "Festphasentechnik" und "Immobilisierung"). Dennoch ist ein Nachlassen der Aktivität nicht auszuschließen. Dies für insbesondere für die Verwendung auf Fahrzeugen, wo die immobilisierten Enzyme im allgemeinen eher rauhen Umgebungsbedingungen (Sonneneinstrahlung, Auswaschung durch Niederschläge, Hitze, Kälte etc.) ausgesetzt sind.

Zur Immobilisierung eignen sich grundsätzlich alle Enzyme, die organische Materialien abbauen und geeignet sind, in aktiver Form auf einer Oberfläche immobilisiert zu werden. Dazu zählen proteinabbauende Enzyme, sog. Proteasen, fettabbauende Enzyme, sog. Lipasen bzw. Kohlehydrate spaltende Enzyme, sog. Glykosidasen. Diese Enzyme können einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden. Die Klebewirkung bei Insekten beruht in erster Linie auf dem Proteingehalt des Insektenkörpers. Daher sind in diesem Fall proteinabbauende Enzyme am wirksamsten. Andere Verschmutzungen beruhen dagegen eher auf einem signifikanten Gehalt von Kohlehydraten (z. Bsp. Vogelexkremente) und/oder Fetten, so daß in diesen Fällen kohlehydrat- oder fettabbauende Enzyme am wirksamsten sind. Daher ist es von Vorteil, eine Mischung von Enzymen dieser Klassen zur Behandlung der Oberfläche zu verwenden.

Die erfindungsgemäßen Mittel zur Behandlung der Oberflächen können Reinigungsmittel, Pflegemittel, Lacke oder sonstige Schutzschichten sein. Die Reinigungsmittel können Enzyme in wäßriger Lösung oder Suspension enthalten, die nach dem Aufbringen des Reinigungsmittels und dem Abtrocknen auf der Oberfläche in aktiver immobilisierter Form haften bleiben. In Pflegemitteln, z. Bsp. Pflegewachs oder Pflegemilch, sind die Enzyme ebenfalls in Suspension enthalten und werden beim Auftragen des Pflegemittels in einer organischen Matrix, beispielsweise aus Wachs fixiert und in aktiver Form immobilisiert. Ähnliches gilt für das Auftragen von Lacken oder vergleichbaren Schutzschichten.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß behandelten Oberfläche mit einer darauf anhaftenden Verschmutzung;

Fig. 2 eine Vergleichsdarstellung einer Oberfläche nach dem Stand der Technik mit darauf anhaftender Verschmutzung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Ablösbarkeit organischer Verschmutzungen auf erfindungsgemäß behandelten Oberflächen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch im Vergleich das Wirkprinzip der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik. Dies wird am Beispiel von auf der Oberfläche von Kraftfahrzeugen haftenden Insekten erläutert. An diesem jedem Autofahrer hinlänglich bekannten Fall läßt sich die Wirkung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik gut erläutern.

Fig. 1 zeigt schematisch das Wirkprinzip der vorliegenden Erfindung, wobei auf einer erfindungsgemäß behandelten Oberfläche 1, die aus der eigentlichen Lackschicht 2 und einer weiteren Schutzschicht 3 besteht, Enzyme 5 immobilisiert sind. Dabei setzt sich die Schutzschicht 3 aus der eigentlichen Matrix 4 und den in der Matrix 4 fixierten Enzymen 5 zusammen. Wenn nun ein Insekt 6 auf einer derartig behandelten Oberfläche 1 haftet bewirkt das in dem Insekt 6 enthaltene Wasser 7, daß sämtliche Enzyme 5 vom Moment des Auftreffens des Insektes 6 an wirksam sind, und zwar entlang der Pfeile A räumlich gesehen über die gesamte Kontaktfläche zwischen dem Körper des Insekts 6 und der Oberfläche 1.

Im Gegensatz dazu ist in Fig. 2 ein Stand der Technik illustriert, bei dem einem Reinigungsmittel 10, wie es z. Bsp. auch von Textilwaschmitteln her bekannt ist, neben Wasser 11 auch Enzyme 12 zugegeben sind. Das Waschmittel 10 wird erst dann aufgetragen, wenn das Insekt 6 auf der Oberfläche 1 haftet. Da die Oberfläche 1 in diesem Fall nicht behandelt ist, können einzelne Enzymmoleküle 5 nur dort an der Oberfläche 1 haften, wo diese nicht von Insekt 6 bedeckt ist. Das bedeutet, daß Enzyme in Waschlösungen nur lokal begrenzt dort aktiv werden, wo die Waschlösung auch hingelangt. Dies ist durch die Pfeile B angedeutet. Die Enzyme können ferner auch nur zeitlich begrenzt wirksam werden und zwar nur dann, wenn Waschlösung an der jeweiligen Stelle auch vorliegt. Dies kann erheblich nach dem Auftreffen des Insekts 6 auf der Oberfläche 1 der Fall sein.

Die vorliegende Erfindung macht sich zunutze, daß auf Oberflächen inmobilisierte Enzyme, abhängig von den Umgebungsbedingungen und den spezifischen Eigenschaften des Enzyms, erstaunlich lange aktiv sein können. Dennoch wird eine Abnahme der Enzymaktivität über die Zeit stattfinden, insbesondere unter den rauhen Umgebungsbedingungen, denen z. Bsp. Kraftfahrzeuge im Betrieb ausgesetzt sind. Dazu gehören vor allem die Sonnenbestrahlung, der Wechsel zwischen Nässe und Trockenheit, schnelle Erwärmung und Abkühlung, Auswaschung durch Regen und andere. Es ist daher von Vorteil, nicht nur eine einmalige Beschichtung vorzunehmen. Vielmehr ist es sinnvoll die Belegung der Produktoberfläche mit Enzymaktivität in angemessenen Zeiträumen, z. Bsp. im Rahmen von Wartungs- oder Pflegemaßnahmen zu erneuern, um über die gesamte Gebrauchsdauer eine hinreichende Enzymaktivität zu erreichen.

Beispiel 1 Anwendung auf lackierten Oberflächen

Ein Aliquot eines Autopflegemittels wurde mit einer unspezifisch wirkenden Protease, nämlich Proteinase K aus Tritirachium album, EC 3.4.21.64, ad 1000 tyrosinbildende Einheiten pro Milliliter versetzt und gut verrührt. Als Referenz wurde ein weiterer Teil des gleichen Mittels mit einer dem Gewichtsanteil der Protease im enzymaktivierten Aliquot entsprechenden Menge Rinderserumalbumin vermischt. Die so vorbereiteten Pflegemittel-Emulsionen wurden jeweils auf ein weiches Zellstofftuch gegeben und gleichmäßig dünn auf gewaschene und getrocknete Autolackoberflächen aufgetragen. Dabei handelte es sich um Prüfbleche mit den Abmessungen von etwa 10 × 15 cm. Nach 15-minütigem Antrocknen wurde der Lack mit einem weichen Baumwolltuch blankpoliert.

Auf die so präparierten Lackflächen wurden mittels eines Teflonstempels Insekten (Imagines der Fruchtfliege Drosophila melanogaster) aufgequetscht und über Nacht bei Raumtemperatur angetrocknet. Die Lackflächen mit den angetrockneten Insekten wurden dann mit ca. 1 cm Leitungswasser überschichtet und bei ca. 100 upm langsam geschwenkt. Dabei lösten sich die toten Insekten von den mit enzymhaltigem Pflegemittel behandelten Oberflächen signifikant schneller als von den Referenzflächen. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei sind die Mittelwerte der Insektenablösung von der wie beschrieben behandelten Oberfläche grafisch dargestellt. Aufgetragen wurden die Anzahl der am Lack anhaftenden Fliegen gegen die Spüldauer. Es zeigt sich, daß bereits bei einer Spüldauer von 10 Minuten praktisch alle Insekten von der erfindungsgemäß behandelten Oberfläche abgelöst waren, während von der Referenzfläche weniger als die Hälfte der darauf haftenden Insekten abgelöst wurden. Nach einer Spüldauer von 60 Minuten, waren auf der erfindungsgemäß behandelten Oberflächen keine Insekten mehr zu sehen.

Beispiel 2 Anwendung auf Glas

Die Protease Thermolysin (EC 3.4.24.27), eine Lipase aus Candida rugosa (EC 3.1.1.3) und Pankreatin aus Schweinepankreas (ein Gemisch verschiedener Enzymaktivitäten) wurden getrennt mittels γ-Aminopropyltriethoxysilan und Glutardialdehyd auf Glasoberflächen kovalent immobilisiert. Das Verfahren ist an sich bekannt. Es wird z. Bsp. von H. H. Weetal in "Methods in ENZYMOLOGY", Vol. XLIV: "Immobilized Enzymes" (K. Mosbach ed.), Academic Press, Orlando, Florida, U. S. A. (1976) beschrieben.

Auf die so vorbehandelten Glasoberflächen wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, Fruchtliegen aufgequetscht und einen Tag bei Raumtemperatur getrocknet.

Anschließend wurden Ablöseversuche durchgeführt, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurden. Während auf den mit Lipase bzw. Pankreatin belegten Oberflächen nach ca. 10 Minuten noch praktisch 100% der aufgebrachten Insekten hafteten, waren auf der mit Thermolysin belegten Oberfläche nach dieser Zeit bereits mehr als 50% der Insekten abgelöst.

Claims (15)

1. Verfahren zur Behandlung der Oberflächen (1) von Gebrauchsgegenständen, insbesondere beschichteten Oberflächen (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere aktive Enzyme (5) auf die Oberfläche (1) und/oder auf die Beschichtung (2) aufgebracht und dort immobilisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme (5) während der Herstellung des Gebrauchsgegenstandes auf dessen Oberfläche (1) aufgebracht und immobilisiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme (5) auf eine auf der Oberfläche (1) aufgetragene Beschichtung (2) aufgebracht und dort immobilisiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme (5) durch Einschluß in Gelen oder organischen Matrices auf der Oberfläche (1) immobilisiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme (5) während der Beschichtung der Oberfläche (1) des Gebrauchsgegenstandes aufgebracht und immobilisiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme (5) durch kovalente Kopplung auf der Oberfläche (1) bzw. der Beschichtung (2) immobilisiert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme (5) durch Adsorption auf der Oberfläche (1) bzw. der Beschichtung (2) immobilisiert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme (5) wiederholt, insbesondere im Rahmen von Wartungs- oder Pflegemaßnahmen, auf die Oberfläche aufgebracht und dort immobilisiert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Proteasen und/oder Lipasen und/oder Glykosidasen einzeln oder im Gemisch verwendet werden.

10. Mittel zur Behandlung der Oberflächen von Gebrauchsgegenständen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Mittel ein oder mehrere Enzyme (5) enthält, welche nach bestimmungsgemäßer Anwendung des Mittels in aktiver Form auf der Oberfläche (1) immobilisiert vorliegen.

11. Mittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Pflegemittel und/oder Mittel zur Wartung und/oder Mittel zum Schutz der Oberflächen (1) handelt.

12. Mittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Pflegebalsam, eine Pflegemilch, ein Wachspräparat oder einen Lack, insbesondere einen Klarlack, handelt.

13. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. des Mittels nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zur Behandlung von Oberflächen (1) von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, Bahnfahrzeugen und Flugzeugen.

14. Gebrauchsgegenstand, insbesondere Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß auf seiner Oberfläche (1) ein oder mehrere aktive Enzyme (5) aufgebracht und immobilisiert sind.

15. Gebrauchsgegenstand, insbesondere Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 erhältlich ist.