DE19938551A1

DE19938551A1 - Hydrophobe Beschichtung

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Publication number: DE19938551A1
Application number: DE1999138551
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2001-02-22

Abstract

Es wird die Herstellung hydrophober Schichten beschrieben, wobei zu deren Herstellung auf glatten Oberflächen zunächst mittels saurem Sol eine wenige _m dicke, nanoskalige Metalloxidschicht aufgebracht und auf diese eine vorpolymerisierte Silanverbindung aufkondensiert wird.

Description

Es wird die Herstellung einer hydrophoben Beschichtung beschrieben, die wahlweise gleichzeitig oleophobe Eigenschaften besitzt.

Das Verfahren ermöglicht die preiswerte Produktion hydrophober und oleophober Beschichtungen auf glatten, geschlossenen oder porösen Oberflächen aus verschiedenen Materialien, wie Metallen, Metalloxiden, keramischen Nichtmetalloxiden, Keramiken, Gläsern, Kunststoffen, Farbanstrichen und Holz.

Das Verfahren ist ein 2-Schritt-Verfahren und besteht aus der Kombination der Beschichtung mit einem Metalloxidsol und einer daraus entstehenden nanoskaligen Metalloxidschicht und der nachfolgenden Beschichtung der nanoskaligen Metalloxidschicht mit einem chemisch an die aus dem Sol entstehende Metalloxidschicht und in deren Poren ankoppelnde Organosilanverbindung.

Als Organosilanverbindungen geeignet sind Alkylalkoxysilanverbindungen, besonders geeignet sind kommerziell erhältliche Alkyltrialkoxysilane oder Mischungen, die Alkyltrialkoxyverbindungen enthalten. Verwendet man halogenierte, besonders fluorierte oder perfluorierte Alkyltrialkoxyverbindungen, erhält man Beschichtungen die neben der Hydrophobie zusätzlich Oleophobie aufweisen. Solchermaßen beschichtete Flächen sind gut als tranparente, "selbstreinigende" Oberflächen zu verwenden, wobei unter "Selbstreinigung" vom Verständnis her der Einfluß einer geringen, z. B. durch Wasser verursachten, mechanischen Kraft eingeschlossen sein kann.

Das Aufbringen der Solschicht geschieht durch Auftragen eines sauren Sols oder alkalischen Sols durch Eintauchen, Sprühen oder Wischen auf der Oberfläche des zu behandelnden Substrates und Verfestigen, bzw. Keramisieren des Sols bevorzugt durch Zufuhr von Wärme.

Die Sole selbst von Titanoxidhydrat, Zirkonoxidhydrat und Aluminiumoxidhydrat werden hergestellt durch Peptisieren mittels Salzsäure oder Salpetersäure von durch Hydrolyse von hydrolysierbaren Metallverbindungen entstandenen Metalloxidhydratniederschlägen. Alternativ können handelsübliche Lösungen von z. B. Zirkonnitrat verwendet werden. Die Silikasole werden als leicht basische, handelsübliche Lösungen eingesetzt. Alternativ kann auch Kieselsäure verwendet werden.

Die im Falle der Verwendung von saurem Sol unter Einfluß von thermischer Energie entstehende nur wenige µm dünne, nanoskalige Metalloxidschicht hat gegenüber dem Substrat auf das sie aufgebracht wird, eine im Nanometermaßstab rauhe oder poröse Oberfläche. Die so entstandene Metalloxidschicht trägt auf der Außenfläche und in ihren Poren reaktive Hydroxyd-Gruppen, die mit den reaktiven Gruppen der Alkylalkoxysilanverbindungen erfindungsgemäß Bindungen, vorwiegend durch Kondensation, eingehen. Diese Rauhigkeit der enstehenden Metalloxidschicht, in Verbindung mit der erhöhten Reaktivität der entstehenden Metalloxidschicht, bewirkt erfindungsgemäß eine wesentlich bessere Anbindung der Silane an die Oberfläche der Träger. Die Bindung des einzelnen, aus dem Silan stammenden Si-Atomes erfolgt schematisch derart, daß jeweils zwei Bindungen zu jeweils einem benachbarten, ebenfalls aus Silan stammenden Si-Atom über je ein Sauerstoffatom und jeweils eine Bindung über ein Sauerstoffatom an die Oberfläche der behandelten Schicht besteht. Die jeweils vierte Bindung besteht zum Alkylrest.

Ausführungsbeispiel

5 g Tetraisopropyltitanat werden mit 7 g Eiswasser versetzt und 30 min. gerührt. Nach Zugabe von 3 g Salpetersäure (25%) wird 1 h weitergerührt und 80 g Wasser zugegeben.

Wenige Tropfen des sauren Soles werden auf eine Polypropylenwatte gegeben und auf einer Glasplatte verrieben. Mit einem Heißluftfön wird die Platte etwa 1/2 Minute auf 150-300°C erhitzt, wobei sich eine nanoskalige Titandioxidmembran bildet.

20 ml einer 2% ethanolischen Lösung von Tridecafluorooctyltriethoxysilan wird 20 ml einer 10%-igen Essigsäurelösung zugegeben. Nach etwa 4 Stunden wird diese Lösung auf den kalten Träger aufgesprüht. Nach etwa 30 Minuten ist die Platte zur Prüfung der Eigenschaften verwendungsfähig.

Claims

1. Herstellung hydrophober Beschichtungen, gekennzeichnet dadurch, daß in einem 2 Stufen-Verfahren Oberflächen zunächt mittels eines Soles mit einer Metalloxidschicht versehen und an diese Metalloxidschicht anschließend mittels Kondensationsreaktion Silane angebunden werden, wobei es sich bei den Silanen um Alkylalkoxysilane, bevorzugt Alkyltrialkoxysilane handelt.

2. Herstellung hydrophober und oleophober Beschichtungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in einem 2 Stufen-Verfahren Oberflächen zunächt mittels eines Soles mit einer nur wenige µm dicken, nanoskaligen Metalloxidschicht versehen und an diese Metalloxidschicht anschließend mittels Kondensationsreaktion Fluorcarbonsilane angebunden werden, wobei es sich bei den Fluorcarbonsilanen bevorzugt um Fluorcarbontrialkoxysilane handelt.

3. Herstellung hydrophober und oleophober Beschichtungen nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem Sol um ein mittels Salpetersäure oder Salzsäure peptisiertes Metalloxidhydrat, vorzugsweise von Titan, Zirkon oder Aluminium handelt.

4. Herstellung hydrophober und oleophober Beschichtungen nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Verfestigung des sauren Soles thermisch unter Verdampfung der peptisierenden Säure erfolgt.

5. Herstellung hydrophober und oleophober Beschichtungen nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem Sol um Kieselsol im leicht basischen Milieu handelt und die Verfestigung der entstehenden, nanoskaligen Metalloxidschicht bei Raumtemperatur oder thermisch erfolgt.

6. Herstellung hydrophober und oleophober Beschichtungen nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem sauren Sol um Kieselsäure handelt.

7. Herstellung hydrophober und oleophober Beschichtungen nach Anspruch 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die verwendeten Silane vor der Verwendung vorhydrolysiert und vorpolymerisiert werden.