DE19958321A1 - Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft von keramischen Oberflächen - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft von keramischen OberflächenInfo
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Abstract
Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft von keramischen oder Beton-Oberflächen, bei dem auf einer Oberfläche eine Struktur aus Erhebungen mit einer Höhe von 1 bis 1000 mum in einer Verteilungsdichte von 0 bis 500 mum erzeugt wird. Die Struktur entsteht dadurch, daß auf die keramische Oberfläche vor dem Brennen des die Oberfläche aufweisenden Keramikkörpers ein Pulver aus einem Material aufgebracht wird, das bei der Brenntemperatur beständig ist und keine oder nur geringe Bindung mit der Oberfläche eingeht, oder die keramische Oberfläche vor dem Brennen in einer Flüssigkeit benetzt wird, um die Fertigungshaut aufzuweichen, oder die bildsame Kornkomponente einer keramischen Formmasse, die in einem Trocken- oder Halbtrocken-Preßverfahren zu einem Keramikkörper geformt wird, bezüglich der Härte so eingestellt ist, daß der Formvorgang die gewünschte Struktur ergibt oder eine keramische Formmasse eine unbildsame Kornkomponente und eine Bindekomponente mit ausgeprägter Schwindung beim Brand enthält. In allen Fällen wird der die Oberfläche aufweisende Keramikkörper gebrannt und die in Frage kommende Oberfläche danach hydrophobiert. Bei einer Beton-Oberfläche wird die Struktur durch Abstimmung der Zuschlagstoffe und des Bindemittels auf eine vorgegebene Schwindung und/oder durch die Steife des Gemenges in der Form erzeugt.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Erzeugung einer
Selbstreinigungseigenschaft von keramischen Oberflächen
durch Ausbildung einer Struktur von hydrophoben Erhebungen
vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte auf solchen
Oberflächen.
Es ist grundsätzlich bekannt, eine Selbstreinigungs
eigenschaft von Oberflächen entweder durch Schaffung
entsprechender Oberflächenstrukturen bereits bei der
Herstellung der Oberflächen aus hydrophoben Polymeren oder
durch Aufbringen eines Pulvers aus hydrophoben Polymeren
oder hydrophobierten Materialien auf der Oberfläche zu
erzeugen (WO 96/04123). Bei einem bekannten Verfahren der
eingangs angegebenen Art (EP-A 909 747) wird eine
keramische Oberfläche mit einer Dispersion von
Pulverpartikeln aus inertem Material in einer
hydrophobierenden Siloxanlösung benetzt und das Siloxan
ausgehärtet. Als Pulver kommt hierbei insbesondere ein
Pulver aus gemahlener Keramik in Betracht, z. B. Ton. Die
angestrebte Verteilungsdichte (der jeweilige Abstand
zwischen den durch die Partikel erzeugten Erhebungen auf
der Oberfläche) kann durch die Dispersionsdichte des
Pulvers in der Siloxan-Lösung gesteuert werden, wobei mit
zunehmender Dispersionsdichte auch die Verteilungsdichte
der Erhebungen auf der Oberfläche gesteigert wird. Als
Siloxan-Lösung werden Polysiloxane herangezogen, die
üblicherweise zum Hydrophobieren (Imprägnieren) von
keramischen Oberflächen, z. B. von Dachziegeln, bekannt
sind. Die Aushärtung dieser Siloxane erfolgt durch
Trocknen.
Die Pulverpartikel werden bei diesem bekannten Verfahren
durch die Polysiloxane auf der Oberfläche mechanisch
befestigt und zugleich hydrophobiert. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß die Haftfestigkeit der Siloxanbindung im Laufe
der Benutzungsdauer der entsprechenden Keramikkörper
abnimmt und die Partikel sich von der Oberfläche bei
mechanischer Beanspruchung lösen. Damit geht die
Selbstreinigungseigenschaft der Oberflächen mehr und mehr
verloren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einfache Verfahren zur
Ausbildung einer Struktur der eingangs genannten Art auf
einer keramischen oder damit vergleichbaren Oberfläche
vorzuschlagen, die eine dauerhaft bleibende Struktur der
Oberfläche ergeben.
Erfindungsgemäß wird dies wahlweise oder kombiniert durch
das Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1, 9, 13, 19
und 29 erreicht. Gemeinsam ist diesen Verfahren eine
Beeinflussung oder Behandlung der Fertigungshaut der
Oberfläche vor dem oder durch das Brennen bzw. Aushärten
des die Oberfläche aufweisenden Körpers derart, daß die
angestrebte Struktur von Erhebungen durch die Oberfläche
unmittelbar, d. h. durch das Keramikmaterial der Oberfläche
selbst gebildet wird.
Bei diesem Verfahren dient das Pulver aus einem bei der
Brenntemperatur des Keramikkörpers beständigen Material,
das vor dem Brand des aus silikathaltigem Material
bestehenden Keramikkörpers auf dessen Oberfläche
aufgetragen wird, im Unterschied zu dem vorstehend
geschilderten bekannten Verfahren nicht dazu, selbst die
die Struktur ausmachenden Erhebungen auf der Oberfläche zu
bilden. Vielmehr wirkt das Pulver als Mittel dazu, bei dem
Brennvorgang ein strukturbildendes Verhalten der
keramischen Oberfläche hervorzurufen, und geht keine
Bindung mit dieser ein. Es wird nach dem Brennen
vollständig oder weitgehend von der so erzeugten
keramischen Oberfläche wieder entfernt. Dem Brennvorgang
schließt sich dann eine Hydrophobierung der keramischen
Oberfläche an, die für die Selbstreinigungseigenschaft der
die Struktur aufweisenden Oberfläche wesentlich ist.
Das durch das Pulver induzierte strukturbildende Verhalten
der keramischen Oberfläche während des Brennvorgangs hängt
von der Art des Pulvermaterials ab. So hat sich gezeigt,
daß durch die Wahl eines Pulvermaterials mit ausgeprägter
oder sogar starker Affinität zu der bei dem Brennvorgang
auf der keramischen Oberfläche auftretenden Glasphase
(SiO2) die oberflächliche Glasphase durch das
Pulvermaterial aufgenommen und in dem entsprechenden Ausmaß
von der keramischen Oberfläche zusammen mit dem Pulver
nachträglich entfernt wird. Eine Bindung des Pulvers an die
keramische Oberfläche durch die Glasphase findet in diesem
Fall nicht statt. Dieser Vorgang läßt sich so weitgehend
ausnutzen, daß nach dem Entfernen des Pulvers von der
gebrannten keramischen Oberfläche die üblicherweise bei
tonmineralhaltigen Rohstoffen auftretende oberflächliche
Glasphase vollkommen entfernt wird und die verbleibende,
durch die Minerale gebildete Keramikstruktur unmittelbar
die angestrebte Struktur bildet. Dabei hat sich
überraschend gezeigt, daß diese Struktur ohne jegliche
weitere Einwirkung darauf die Höhen der Erhebungen und
Verteilungsdichte davon aufweist, die für das Eintreten der
Selbstreinigungsfähigkeit Voraussetzung sind. Grundsätzlich
sind hierfür Erhebungshöhen zwischen 1 µm und 1000 µm sowie
eine Verteilungsdichte von 0 bis 500 µm erforderlich; die
durch das beschriebene Erfahren erzielbare Struktur hat
sich als verhältnismäßig fein mit Höhen der Erhebungen von
5 bis 400 µm mit einer gleichmäßigen Verteilungsdichte von
5 bis 400 µm erwiesen.
Erzielt wird dieser Effekt der vollständigen Beseitigung
der oberflächlichen Glasphase dann, wenn das Pulvermaterial
in trockener oder vorzugsweise in aufgeschlämmter und
dadurch gebundener Form und vorzugsweise in einer
Schichtdicke auf die zu brennende Oberfläche aufgetragen
wird, die ein Mehrfaches der Partikelgröße beträgt.
Besonders geeignete Pulvermaterialien sind Al2O3 oder
Al(OH)3 und hoch tonerdehaltige Tone oder Mischungen aus
diesen.
Das Verfahren läßt sich auch mit einem Pulvermaterial von
weniger ausgeprägter Affinität ausführen. Bei der Auswahl
eines Pulvermaterials, das mit der zu brennenden
keramischen Oberfläche keine oder nur eine geringe Bindung
eingeht und ebenfalls eine merkliche Affinität zu der
Glasphase hat, "wächst" die Glasphase der Oberfläche im
Verlauf der bei Brenntemperatur auftretenden Erweichung,
möglicherweise auch nach Art eines Kapillareffekts,
zwischen die Teilchen des Pulvers ein und erstarrt nach dem
Abkühlen in diesem Zustand. Die Glasphase wird hierbei
nicht völlig entfernt und nach dem Entfernen der
Pulverteilchen, das durch Reiben, Wischen, Bürsten und/oder
Auswaschen erfolgen kann, bleibt die teils durch die
Glasphase, teils durch die Minerale gebildete Struktur der
Oberfläche erhalten. Die Strukturerhebungen sind auch
damit ein integraler Bestandteil der Oberfläche selbst.
Als geeignetes inertes Pulvermaterial hat sich auch hierbei
ein solches erwiesen, dessen Sinter- bzw.
Erweichungstemperatur erheblich über der Brenntemperatur
des Keramikkörpers liegt, z. B. Al2O3- oder Al(OH)3-Pulver,
das in geringerer Verteilungsdichte als im vorigen Fall
aufgebracht wird.
Inerte Pulver aus diesem Material, aber auch Klinker- oder
SiC-Pulver können in Wasser, vorzugsweise aber in
viskoseren Mitteln als Trägerflüssigkeit dispergiert und
mit herkömmlichen Techniken auf die zu behandelnde
keramische Oberfläche aufgebracht werden, z. B. durch
Schütten, Tauchen, Sprühen oder Schleudern oder in einem
elektrostatischen Auftragverfahren. Es ist auch denkbar,
die Dispersion auf der keramischen Oberfläche unmittelbar
dadurch zu erzeugen, daß zunächst die Trägerflüssigkeit auf
die keramische Oberfläche aufgebracht und anschließend das
Pulver in die Flüssigkeitschicht eingestreut wird. Die
Trägerflüssigkeit hat im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens nur die Aufgabe, das inerte Pulvermaterial bis
zum Brennvorgang und während des Brennvorgangs auf der
Oberfläche zu halten. Zweckmäßigerweise sollte daher die
Trägerflüssigkeit eine gewisse Viskosität haben; Carboxyl-
Methyl-Cellulose (CMC) hat sich hierfür als geeignet
erwiesen. Die Vermengung oder Vermischung des
Pulvermaterials mit der Trägerflüssigkeit kann auch in der
Weise ausgeführt werden, daß Trägerflüssigkeit und
Pulvermaterial zunächst getrennt voneinander einer
Sprühdüse zugeführt werden und das Pulvermaterial durch den
Sprühvorgang selbst mit der Trägerflüssigkeit benetzt wird,
so daß es bei dem Auftreffen auf die noch zu brennende
keramische Oberfläche davon gehalten wird.
Es hat sich gezeigt, daß die angestrebte Struktur der
keramischen Oberfläche insbesondere dann mit gleichmäßiger
Höhe und Verteilungsdichte vorherbestimmt werden kann,
wenn die Fertigungshaut der Oberfläche vor dem Auftragen
des Pulvermaterials verhältnismäßig glatt ist. Beim Brand
füllt die Glasphase bei tonmineralhaltiger Keramik die
"Täler" in der Struktur der Mineralerhebungen völlig aus.
Daher kann daran gedacht werden, die Oberfläche von
Keramikkörpern, deren Formvorgang, z. B. wegen geringen
Preßdrucks oder im Strangpreßverfahren, eine gewisse
Rauhigkeit der Oberfläche ergibt, zu glätten. Das ist dann
nicht erforderlich, wenn die zu behandelnde Oberfläche
unter Anwendung einer Form ausgebildet wird, die von
vornherein eine glatte Oberfläche entstehen lässt. Dies
gilt beispielsweise für Oberflächen, die im Wege des
isostatischen Pressverfahrens hergestellt werden. Hierbei
entspricht die Rauhigkeit der an dem metallischen Kern der
Preßform anliegenden Innenfläche derjenigen des Kerns
selbst. Eine entsprechende Gestaltung der Preßformen von
Keramikköpern so, daß die zu behandelnde Oberfläche durch
eine metallisch glatte Formfläche erzeugt wird, macht einen
anschließenden Glättvorgang unnötig.
Wie bei dem eingangs besprochenen bekannten Verfahren ist
die Verteilungsdichte der Strukturerhebungen auch in dem
erfindungsgemäßen Verfahren durch die Wahl des
Kornspektrums des verwendeten Pulvers bestimmt. Je
gleichmäßiger das Kornspektrum des Pulvers ist, umso
gleichmäßiger wird die auf der Oberfläche erzeugte
Struktur, sofern diese durch die verbleibende strukturierte
Glasphase gebildet ist. Zweckmäßig ist es, die
Teilchengröße des Pulvers in der Größenordnung der
erwünschten Erhebungen zu wählen und die Verteilungsdichte
durch die Dispersionskonzentration in der Trägerflüssigkeit
zu steuern. Grundsätzlich hat sich bei diesem Verfahren
gezeigt, daß es zur Erzielung der die
Selbstreinigungsfähigkeit bestimmenden Struktur umso
günstiger ist, je geringer die Partikelgröße des
Pulvermaterials ist. In der Ausführungsform des Verfahrens,
in der die Glasphase weitgehend oder vollständig beseitigt
wird, beruht dies offenbar auf der für das "Ansaugen" der
Glasphase zur Verfügung stehenden großen Oberfläche des
Pulvermaterials. In der Ausführungsform, bei der die
Beseitigung der Glasphase nur zum Teil oder wenig
stattfindet und die Glasphase selbst die Struktur aufbaut,
wird durch die Feinheit des Pulvermaterials zugleich auch
die Feinheit der Erhebungsstruktur in der entstandenen
Glasphase bestimmt.
Bei diesem Verfahren wird durch das Benetzen der
Fertigungshaut der noch nicht gebrannten keramischen
Oberfläche darin eine Restrukturierung der die Oberfläche
bildenden Keramikteilchen verursacht, unabhängig davon, ob
die noch bildsame Fertigungshaut vor dem Trocknen oder die
nicht mehr bildsame relativ harte Fertigungshaut nach dem
Trocknen angefeuchtet wird. Die Neuanordnung bzw.
Restrukturierung der Keramikteilchen erfolgt bei
silikathaltigem Keramikmaterial offenbar aufgrund von
Quellvorgängen der Minerale. Bei nicht silikathaltigem
Keramikmaterial ist die Neuanordnung der Keramikteilchen
durch eine ähnliche Erscheinung in einem eventuell
vorhandenen Bindemittel zu vermuten oder, bei fehlendem
Bindemittel, in einer durch die Flüssigkeit bedingten
Verschiebung der Keramikteilchen relativ zueinander.
Die Menge an Flüssigkeit, mit der die keramische Oberfläche
benetzt wird, ist im allgemeinen nicht kritisch. Die
Oberfläche kann so stark benetzt werden, daß aufgrund des
Saugvermögens der keramischen Masse der Keramikkörper
weitgehend durchfeuchtet ist. Von Bedeutung ist nur eine so
weitgehende Benetzung, daß die Fertigungshaut der
keramischen Oberfläche durchfeuchtet ist. Die
Fertigungshaut ist eine äußere Verdichtungszone des die
Oberfläche bildenden Keramikmaterials, welche je nach
Keramikmaterial und Trocknungsintensität unterschiedlich
dick sein kann, jedoch in der Regel eine Mindestdicke von
etwa 0,5 mm hat. Die Benetzung mit der Flüssigkeit, die
vorzugsweise Wasser ist, kann folglich im allgemeinen auf
ein geringes Ausmaß beschränkt bleiben, soll aber eine
Feuchtschicht in der Oberfläche von maximal 0,5 mm Tiefe
nicht unterschreiten.
Die durch die Benetzung erzeugte Neuanordnung der
Keramikteilchen in der Fertigungshaut bleibt bei der
anschließenden Trocknung vor dem Brennvorgang erhalten.
Hierfür ist die Trocknung keine Voraussetzung für die
Entstehung der angestrebten Oberflächenstruktur, jedoch
zweckmäßig, weil die durch die Benetzung aufgeweichte
Fertigungshaut nach ihrer Trocknung wieder ohne die Gefahr
einer Beschädigung besser gehandhabt werden kann.
Auch bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensform hat sich
gezeigt, daß die aufgrund der Benetzung der Fertigungshaut
entstehende Neuanordnung der Keramikteilchen nach dem Brand
zu einer Struktur der keramischen Oberfläche führt, die
bezüglich der Höhe der aus der Oberfläche vorstehenden
Erhebungen und deren Verteilungsdichte die Anforderungen
erfüllt, die Voraussetzung sind für das Eintreten einer
Selbstreinigungseigenschaft. Zu berücksichtigen ist
allerdings, daß bei silikathaltigem Keramikmaterial der
Oberfläche die "Täler" zwischen den Erhebungen teilweise
durch die oberflächlich auftretende Glasphase beim Brand
gefüllt werden. Im Ergebnis sind daher die Erhebungen bei
solchen Keramikmaterialien niedriger, d. h. die Mattigkeit
oder Rauhigkeit des Erscheinungsbilds der Oberfläche wirkt
feiner. Die angestrebte Wirksamkeit wird dadurch jedoch
nicht herabgesetzt, weil zumindest bei Einhaltung der
vorstehend angegebenen Dicke der Feuchteschicht die Höhe
der Erhebungen in dem brauchbaren Bereich bleibt. Bei nicht
silikathaltigen Keramikmaterialien bleibt die durch die
Benetzung erzielte Struktur der Oberfläche bezüglich der
Höhe der Erhebungen auch nach dem Brand weitgehend
unverändert erhalten.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird die angestrebte
Struktur der keramischen Oberfläche allein durch die Wahl
des Formvorgangs, nämlich in einem Trocken- oder
Halbtrocken-Preßverfahren, und durch die Härte der für
diese Art von Formvorgang eingesetzten bildsamen Komponente
und/oder durch die Nachgiebigkeit einer die Oberfläche
formenden Formwand bestimmt. Trocken- und Halbtrocken-
Preßverfahren arbeiten aufgrund des geringen
Feuchtigkeitsgehalts der keramischen Formmasse mit relativ
hohen Drücken (bis zu 1000 bar und darüber) und werden
vorwiegend als sogenanntes isostatisches Pressen
ausgeführt. Hierbei kommt eine Preßform zum Einsatz, die
eine bewegliche Formwand in Gestalt einer Membran aufweist,
während die übrige Wand der Formhöhlung in der Regel aus
Metall oder Kunststoff besteht und entsprechend glatt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Erzeugung der
Struktur bewußt in einer Alternative die durch eine
einstellbare Härte der bildsamen Kornkomponente in der
Formmasse und damit deren Widerstand dagegen ausgenützt,
sich unter dem bestehenden Preßdruck vollkommen an die
Formwand anzulegen und sich in ihrer Rauhigkeit an deren
Glätte anzugleichen. Es verbleibt damit gezielt eine
Rauhigkeit, die im wesentlichen durch die Teilchengröße der
die bildsame Kornkomponente ausmachenden Keramikteilchen
und deren gegenseitigen Abstand bestimmt ist. Auch hierbei
erhält man wieder eine Höhe der Strukturerhebungen und
deren gegenseitigen Abstand, die eine Voraussetzung für die
zu erzielende Selbstreinigungseigenschaft sind. Die zur
Erzeugung der strukturierten Oberfläche herangezogene
Formwand kann in diesem Fall sowohl die Membran als auch
die Metall- oder Kunststoffwandung sein.
Zu einem bestimmten Grad kann die so erzielte "rauhe"
Fertigungshaut der Oberfläche durch eine Absenkung des für
vergleichbare Keramikkörper üblicherweise verwendeten
Preßdrucks sein. Jedoch läßt die geforderte
Gestaltfestigkeit solcher Keramikkörper diesbezüglich keine
wesentlichen Abweichungen des Preßdrucks zu. Bevorzugt ist
die Einstellung der Struktur durch die gewählte Härte der
bildsamen Kornkomponente, die sich teils durch deren
Trockenheit, teils und wiederum bevorzugt durch die
Zusammensetzung dieser Kornkomponente steuern läßt. So kann
beispielsweise die keramische Formmasse von vornherein
zusätzlich zu der bildsamen Kornkomponente auch eine
unbildsame Kornkomponente enthalten, die von der bildsamen
Kornkomponente eingeschlossen wird und diese bezüglich
ihrer "Verschiebbarkeit" im Preßvorgang beeinflußt. Als
unbildsame Kornkomponente eignen sich alle inerten
Materialien, die den Brand weitgehend unverändert
überstehen, auch Metalle; bevorzugt wird ein Granulat aus
Schamotte, Klinker, Ziegeln, Mullit, Korund,
Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid und
dergleichen eingesetzt.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die
Härte der bildsamen Kornkomponente der Formmasse durch
Verwendung eines Aufbaugranulats gesteuert. Bei dem
Aufbaugranulat sind die Teilchen der unbildsamen inerten
Kornkomponente von der bildsamen plastischen Kornkomponente
umhüllt und bestimmen daher "individuell" und daher sehr
gleichmäßig die Härte der Teilchen der keramischen
Formmasse. Verfahren zur Erzeugung eines Aufbaugranulats
dieser Art sind bekannt und bedürfen hier keiner näheren
Erläuterung (vgl. DE 195 41 481 A1). In einem einfachen
Verfahren kann hierbei die unbildsame inerte Kornkomponente
mit einer mittleren Teilchengröße von 1 µm bis 1500 µm,
bevorzugt von 200 µm bis 500 µm, mit Wasser gemischt
werden, die bildsame plastische Kornkomponente mit einer
mittleren Teilchengröße von 1 bis 100 µm mit dem Gemisch
der unbildsamen Kornkomponente vermischt werden und das so
erhaltene Gemisch von unbildsamer und bildsamer
Kornkomponente daraufhin pelletiert werden. Die bildsame
Kornkomponente wirkt bei silikathaltigen keramischen
Formmassen neben zusätzlichen Bindemitteln wie z. B. CMC vor
dem Brand auch als Bindemittel. Entsprechend kann unter
Verwendung von Bindemitteln bei nicht silikathaltigen
Formmassen vorgegangen werden, bei denen das Aufbaugranulat
mittels Bindemittel erzeugt wird.
In einer zweiten Alternative dieses Verfahrens wird
anstelle einer bestimmten einstellbaren Härte der bildsamen
Kornkomponente oder zusätzlich dazu eine bestimmte
Nachgiebigkeit der durch die Membran gebildeten beweglichen
Formwand der Formhöhlung ausgenützt. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß die an der Oberfläche liegenden Körner der
härteren unbildsamen Kornkomponente dem von der Membran
ausgeübten Verschiebungsdruck einen größeren
Verschiebungsdruck als die weichere bildsame Kornkomponente
entgegensetzen. Das äußert sich dahin, daß die harten
Körner der unbildsamen Kornkomponente aufgrund der
Nachgiebigkeit der Kunststoffmembran sich etwas in diese
eindrücken, während die weichere Komponente im Zuge der
Verdichtung relativ stärker komprimiert wird. Hierdurch
werden die harten Körner der unbildsamen Kornkomponente in
einem gewissen Ausmaß freigelegt und bilden damit eine
Oberflächenstruktur an der keramischen Oberfläche. Diese
Freilegung wird erfindungsgemäß ausgenützt, indem der
Anteil und die Partikelgröße der unbildsamen Kornkomponente
in Übereinstimmung mit den diesbezüglichen Erfordernissen,
die an die Erzielung einer Selbstreinigungseigenschaft
gestellt sind, gewählt wird. Darüberhinaus kann durch die
Wahl der Nachgiebigkeit der die Formwand bildenden Membran,
d. h. durch die Wahl des Membranwerkstoffs, das Erscheinen
der angestrebten Oberflächenstruktur ebenfalls gesteuert,
werden. Je härter der Membranwerkstoff ist, umso geringer
können die Körner der unbildsamen Kornkomponente in sie
eindringen und umso glatter, d. h. unstrukturierter, wird
die Oberfläche.
Die angestrebte Verteilungsdichte, die Voraussetzung für
die Erzielung einer Selbstreinigungsfähigkeit ist, läßt
sich bei dieser Ausführungsform des Erfindungsgemäßen
Verfahrens mit Vorteil dadurch steuern, daß für die
keramische Formmasse ein Sprühgranulat verwendet wird,
dessen Körner die bildsame und die unbildsame Komponente
von vornherein in einem vorbestimmten Ausmaß enthalten. Das
Sprühgranulat, das regelmäßig in hohlkugeliger Form
vorliegt, bestimmt in ähnlicher Weise wie das vorstehend
geschilderte Aufbaugranulat die Härte der bildsamen
Kornkomponente der Formmasse durch den Anteil an
unbildsamer Kornkomponente in den Granulatkörnern. Je
größer der Anteil der unbildsamen Kornkomponente darin ist,
umso geringer ist die Neigung, bei der im Zuge des
Preßverfahrens eintretenden Zermalmung die Oberfläche zu
nivellieren, d. h. sie weitgehend unstrukturiert glatt
auszubilden. Damit liegen die harten Anteile des
Sprühgranulats in der entsprechenden Verteilungsdichte an
der Oberfläche vor und drücken sich in dem geschilderten
Ausmaß in die nachgiebige Membranwand ein.
Es hat sich gezeigt, daß die Selbstreinigungseigenschaft
der die Erhebungen aufweisenden keramischen Oberfläche bei
einer Höhe der Erhebungen von 10 bis 30 µm zusätzlich zu
der angestrebten hydrophoben Eigenschaft der Oberfläche
eine lipophobe Eigenschaft ergibt ist. Dies ist deshalb
überraschend, weil man im allgemeinen davon ausgeht, daß
eine hydrophobe Eigenschaft eine lipophobe Eigenschaft
ausschließt und das Synonym für eine lipophile Eigenschaft
ist. Die lipophobe Eigenschaft ist von Vorteil, weil
dadurch die auch bezüglich fettiger Verunreinigungen
vorhandene Selbstreinigungseigenschaft gefördert wird. Da
solche Verunreinigungen durch Ruße oder hochgesättigte
Fette/Öle gerade in Industriegegenden ausgeprägt sind, ist
es günstig für keramische Oberflächen, die in diesen
Gegenden zum Einsatz kommen (z. B. Dachziegel), oder für
die Innenflächen von Kamin-Rauchrohren eine entsprechende
Struktur zu erhalten. Bei den vorstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich leicht eine Struktur
dieser Art erzielen.
Im Rahmen dieser Verfahrensform kann die unbildsame
Kornkomponente der keramischen Formmasse unmittelbar zur
Erzeugung der Oberflächenstruktur herangezogen werden. In
diesem Fall wird durch eine hinreichend große anteilige
Menge an unbildsamer Kornkomponente dafür gesorgt, daß sie
in der für die gewünschte Verteilungsdichte notwendigen
Konzentration und homogenen Verteilung in der Formmasse
vorliegt. Auch hierfür eignet sich z. B. ein Sprühgranulat.
Die mittlere Teilchengröße der unbildsamen Kornkomponente
liegt ihrerseits in dem Größenbereich, den die Erhebungen
nach dem Brand haben sollen. Bei dem Formvorgang des die
Oberfläche aufweisenden Keramikkörpers, der hier ein
Strangpreßverfahren (z. B. Biberschwanz-Dachziegel oder
Kaminrohre), ein Trocken- oder Halbtrocken-Preßverfahren
oder ein Gießverfahren sein kann, entsteht zunächst eine
Oberfläche, in welcher die Teilchen der unbildsamen
Kornkomponente weitgehend eingebettet sind, d. h. die
Oberfläche glatt ist. Durch die Wahl einer Bindekomponente
mit ausgeprägter Schwindung beim Brand werden die Teilchen
der unbildsamen Kornkomponente zunehmend exponiert und
ergeben dadurch an der fertig gebrannten Oberfläche des
Keramikkörpers die angestrebte Erhebungsstruktur. Bei
silikathaltigen Formmassen wird als Bindekomponente mit
ausgeprägter Schwindung beim Brand bevorzugt eine bildsame
Kornkomponente der Formmasse eingesetzt, die Tonkomponenten.
mit ausgeprägter Schwindung umfaßt. Durch gezielte Auswahl
solcher Tonkomponenten mit hoher bis niedriger Schwindung
läßt sich das Ausmaß der "Zurückbildung" der Oberfläche
beim Brand und damit der Exposition der unbildsamen
Kornkomponente an der Oberfläche steuern. Maßgeblich für
die entstehende Erhebungsstruktur ist somit die
Teilchengröße der unbildsamen Kornkomponente, deren
Konzentration in der Formmasse und die Schwindung der
Bindekomponente beim Brand.
Auch bei dieser Verfahrensform kommt für die unbildsame
Kornkomponente ein Granulat aus den Werkstoffen in
Betracht, das vorstehend auch in Zusammenhang mit dem
Trocken- bzw. dem Halbtrocken-Preßverfahren beschrieben
ist.
Dieses Verfahren weist enge Gemeinsamkeiten mit den beiden
vorstehend im Zusammenhang mit Patentanspruch 13 und
Patentanspruch 19 beschriebenen Verfahren auf insofern, als
die unbildsame Kornkomponente, nämlich der granulatförmige
Zuschlagstoff, z. B. feiner Sand, unmittelbar zur Erzeugung
der Oberflächenstruktur herangezogen wird. An die Stelle
des bei einer keramischen Oberfläche notwendigen
Brennvorgangs tritt hier der für Beton typische
Aushärtungsvorgang und die steife Konsistenz des
Betongemenges beim Formvorgang entspricht bei dem
beschriebenen Trocken- oder Halbtrocken-Preßverfahren gemäß
Patentanspruch 13 der dort eingestellten Härte der
bildsamen Kornkomponente in der Formmasse. Der ausgeprägten
Schwindung beim Brand der Bindekomponente bei einer
keramischen Oberfläche entspricht hier das Schwinden des
Zement-Bindemittels beim Beton, das von der chemisch
physikalischen Beschaffenheit des Bindemittels, z. B. von
der Mahlfeinheit, abhängt. Das Schwinden wird stärker mit
zunehmendem Bindemittel-, Wasser- und Porengehalt, bei
feinerer Kornzusammensetzung der Zuschlagstoffe und deren
größerer Nachgiebigkeit sowie auch bei rascherem
Austrocknen. Dieses Schwinden trägt bei zu der Exposition
der unbildsamen Kornkomponente an der Oberfläche des
letztlich ausgehärteten Betonkörpers; es wird unterstützt
durch die Steife des Betongemenges beim Formvorgang, die
ein unerwünschtes zu dichtes Anliegen des Gemenges an der
Formwand der Formhöhlung verhindert, indem die Körner des
Zuschlaggranulats sich an der Formwand abstützen und das
Hinzutreten der Bindemittelkomponente bis zur dichten
Anlage an der Formwand verhindert.
Die Steife des Betongemenges kann auf bekannte Weise so
eingestellt werden, daß einerseits die Formgebung in der
Formhöhlung noch möglich ist, andererseits das durchgehend
dichte Anliegen der Formmasse an der Formwand unterbleibt.
Die entsprechende Steife des Gemenges kann von vornherein
vorhanden sein, so daß sich unter Umständen anstelle eines
Gießvorgangs, insbesondere Spritzgießvorgangs, eine Form
gebung durch Stampfen anbietet. Häufig genügt auch das
bloße Einfüllen. Es ist aber auch denkbar, durch Zugabe von
Thixotropiermitteln dafür zu sorgen, daß das Gemenge im
bewegten Zustand fließfähig ist, bei Annäherung an den
Ruhezustand jedoch zunehmend steifer wird.
Thixotropiermittel für Beton sind bekannt.
Als granulatförmiger Zuschlagstoff für das Gemenge, der
letztlich die angestrebte Oberflächenstruktur bildet,
kommen sämtliche für Beton bekannte feine Zuschlagstoffe in
Betracht, die in der auch im Zusammenhang mit dem
vorstehend beschriebenen Verfahren gemäß den
Patentansprüchen 13 und 19 wesentlichen Partikelgröße,
zumindest fraktionsweise, vorliegen. Zusätzlich kann auch
eine unbildsame Kornkomponente aus Materialien eingesetzt
werden, die üblicherweise nicht für Beton verwendet werden,
im vorliegenden Fall aber zur Erzielung der angestrebten
Struktur, z. B. aufgrund besser bestimmbarer Partikelgröße,
von Vorteil sind. Auch für die Konzentration und homogene
Verteilung in dem Gemenge, die die gewünschte
Verteilungsdichte der Erhebungen an der Oberfläche
bestimmen, gilt das bei den vorstehend beschriebenen
Verfahren Entsprechende.
Die zur Erzielung einer Selbstreinigungseigenschaft
erforderliche hydrophobe Eigenschaft der Oberfläche kann im
vorliegenden Fall ebenso wie in dem vorstehend
beschriebenen Verfahren durch Hydrophobierung der
Oberfläche an dem fertig vorliegenden Körper ausgeführt
werden (vgl. nachfolgende Erläuterung unter
"Hydrophobierung"). Da im vorliegenden Fall jedoch auf die
bei der Brenntemperatur nicht vorhandene Beständigkeit von
Hydrophobiermitteln nicht Rücksicht genommen werden muß,
kann der hydrophobe Zustand der Betonoberfläche dadurch
erzeugt werden, daß schon unmittelbar dem Gemenge ein
Hydrophobiermittel zugemischt wird. Dessen Wirksamkeit
bleibt nach der Aushärtung des Betons bestehen. Um die
Verträglichkeit des Hydrophobiermittels mit dem
wasserhaltigen Gemenge sicherzustellen, kann ein solches
ausgewählt werden, das zunächst in dem frischen
Betongemenge sich hydrophil verhält, an dem ausgehärteten
Betonkörper jedoch hydrophob wirksam ist. Auch diese
Hydrophobiermittel für Beton sind bekannt. Andererseits
können auch wasserlösliche Hydrophobierungsmittel,
insbesondere Hybridpolymere oder Fluorsilane, direkt
beigemischt werden.
Als Betonkörper, die nach dem vorliegenden Verfahren eine
selbstreinigende Eigenschaft aufweisen, kommen wiederum in
erster Linie solche in Betracht, die einer Beregnung oder
Berieselung mit Wasser ausgesetzt sind. Hierzu zählen
Beton-Dachsteine, Sichtbeton-Fassaden, Betonbrücken und
dergleichen. Darüber hinaus gilt das aber auch für solche
Anwendungsfälle, die einer trockenen Verschmutzung
ausgesetzt sind und von Zeit zu Zeit leicht gereinigt
werden müssen. Hierzu zählen Betontreppen in Gebäuden,
Sichtbetonwände usw.
Bei allen vorstehend beschriebenen Verfahren wird
anschließend an den Brennvorgang die keramische Oberfläche
hydrophobiert, um die Oberfläche und insbesondere die
Struktur darauf hydrophob zu machen, wodurch letztlich die
angestrebte Selbstreinigungseigenschaft entsteht. Das
Hydrophobieren kann in bekannter Weise und mit bekannten
Mitteln, z. B. durch Anwendung von Polysiloxanen,
durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, hierfür
anorganisch-organische Hybridpolymere oder Fluorsilane zu
verwenden. Als anorganisch-organische Hybridpolymere kommen
Verbindungen in Betracht, die ein molekulares oder nano
strukturiertes Basismaterial mit anorganischen und
organischen Elementen aufweisen (vgl. "First European
Workshop on Hybrid Organic-Inorganic Materials - Centre
National de la Recherche Scientifique, Château de
Bierville, 8.-10. November 1993). Solche Hybridpolymere
sind bekannt unter dem Markennamen ORMOCER des Fraunhofer-
Instituts für Silikat ISC, Würzburg oder durch die Firma
nanogate GmbH, Saarbrücken. Hergestellt werden die
Hybridpolymere überwiegend durch Hydrolyse und Kondensation
von Kieselsäureestern und Metallalkoholaten als
Grundmaterialien. Spezielle Eigenschaften erhalten diese
Systeme durch den Einbau von organisch modifizierten
Kieselsäurederivaten in das Silikat-Netzwerk. Dadurch
können gezielt erwünschte Eigenschaften eingestellt werden
und außerdem bewirken die organischen Anteile den Aufbau
eines organischen Polymer-Netzwerks.
Die Hybridpolymere können in Wasser oder Lösemitteln
dispergiert oder gelöst werden, so daß das Auftragen auf
die zu behandelnde Oberfläche mit den üblichen
Beschichtungstechniken wie Tauchen, Schleudern, Polieren,
Gießen, Spritzen, Aufdampfen oder elektrostatischem
Auftragen möglich ist. An das Auftragverfahren schließt
sich ein Trocknungs- oder Härtungsprozeß an, der durch
thermische Behandlung oder mit Hilfe von UV- oder
Wärmestrahlung durchführbar ist. Je nach Bestimmungsart der
Hybridpolymere kann die thermische Behandlung und Trocknung
zwischen Raumtemperatur und 600°C durchgeführt werden.
Die Beschichtung keramischer glasierter Oberflächen mit
anorganisch-organischen Hybridpolymeren dieser Art,
beispielsweise im Sanitärbereich, ist bereits bekannt. Im
vorliegenden Fall wird jedoch der Umstand ausgenützt, daß
die Hybridpolymere auch an insbesondere grobkeramischen
Oberflächen, von denen geringe Wasserdurchlässigkeit
verbunden mit Atmungsfähigkeit gefordert ist, wie z. B. bei
Dachziegeln, ohne Beeinträchtigung der Atmungsfähigkeit zur
Hydrophobierung herangezogen werden können. Offenbar wird
dies dadurch erreicht, daß die die Hybridpolymere
aufbauenden Teilchen eine Größe im Nano-Bereich haben und
entsprechend dünne, jedoch wirksame Schichten bilden
können. Deshalb werden die Porenöffnungen des
Kapillargefüges der keramischen Oberfläche und die freien
Flächen des Kapillargefüges nahe der Oberfläche im Inneren
des Keramikkörpers nicht verlegt und der dadurch gebildete
Atmungsquerschnitt nicht erheblich herabgesetzt. Ist aber
Atmungsaktivität der keramischen Oberfläche nicht benötigt
oder erwünscht und wird, wie das beispielsweise bei
Kaminrohren der Fall ist, eine Diffusions- und
Feuchtigkeitssperre in der keramischen Oberfläche
angestrebt, so kann bei entsprechend ausgedehnter
Behandlung durch die Hybridpolymere oder durch Auswahl
entsprechend porenverstopfender Hybridpolymere die
Hydrophobierung in diesem Sinn ausgeführt werden.
Weiterhin hat sich überraschend gezeigt, daß die
Hybridpolymere auch an nicht glasierten keramischen
Oberflächen, die naturgemäß eine feinporöse Struktur des
Keramikmaterials aufweisen, mit einer beträchtlichen
Abtragfestigkeit gebunden werden können. Dies gilt auch für
keramische Oberflächen mit der allein durch die Minerale
des Keramikmaterials gebildeten Struktur, die durch die
Beseitigung der beim Brand entstehenden Glasphase gemäß dem
ersten der beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren
entsteht. Die bekannte Bindung der Hybridpolymere bei den
genannten glasierten Keramikoberflächen im Sanitärbereich
wird einer Bindung von Komponenten des Silikat-Netzwerks an
die SiO2-Anteile der Glasur zugesprochen, die bei nicht
glasierten keramischen Oberflächen fehlt. Offenbar gehen
die Hybridpolymere bei der erfindungsgemäßen Behandlung
auch grobkeramischer Oberflächen eine Bindung an SiO2-Reste
des Keramikmaterials ein, die zu der unerwarteten
Haftfestigkeit führen.
Die Hybridpolymere dieser Art haben weitere Eigenschaften,
die sie auch für die Verwendung zur Hydrophobierung von
keramischen Oberflächen geeignet machen. So besteht keine
Gefahr, daß dadurch Farben der Oberflächen verändert oder
beeinträchtigt werden, weil die Hybridpolymere aufgrund der
Kleinheit ihrer Teilchen die Reflexionsfähigkeit der
Oberflächen nicht beeinträchtigen. Weiterhin wird durch die
hydrophoben und lipophoben Gruppen, die in Hybridpolymere
dieser Art "eingebaut" werden können, die durch die
Struktur erzeugte Selbstreinigungseigenschaft der dadurch
behandelten keramischen Oberflächen noch gesteigert.
Deshalb kann damit gerechnet werden, daß Dachbaustoffe,
insbesondere Dachziegel, oder Klinker- und Fassadenwände,
die erfindungsgemäß strukturierte und hydrophobierte
keramische Oberflächen aufweisen, allein durch Regen (oder
durch gezielte Berieselung mit Wasser) von Schmutz frei
bleiben. Darüber hinaus sind die Hybridpolymere sehr UV-
und witterungsbeständig, wodurch die stark hydrophobe
Eigenschaft der keramischen Oberflächen lang erhalten
bleibt. Der ausgeprägte Selbstreinigungseffekt wird bei
Kamin-Rauchrohren ausgenützt, um die Innenfläche davon
durch das herablaufende Kondensat von Ruß und sonstigen
festen Anlagerungen oder Verschmutzungen freizuhalten.
Die zur Hydrophobierung eingesetzten Hybridpolymere oder
Fluorsilane können neben ihrer hydrophoben Eigenschaft auch
auf hohe mechanische Widerstand- und Haftfestigkeit
ausgelegt werden. Ihr Einsatz ist sogar zur Erhöhung der
Kratzfestigkeit von glatten Oberflächen bekannt. Daher
haften sie nach der Trocknung bzw. Aushärtung so fest an
der behandelten keramischen Oberfläche, daß keine
Beeinträchtigung der erzielten hydrophoben Eigenschaft
durch mechanische Abtragung zu befürchten ist. So können
erfindungsgemäß behandelte Keramikkörper in üblicher Weise
transportiert und mechanisch belastet werden. Im
vorliegenden Fall führt die Anwendung der Hybridpolymere
oder Fluorsilane dazu, daß nach dem Hydrophobieren der die
Erhebungen aufweisenden keramischen Oberfläche die an sich
aufgrund ihrer exponierten Lage mechanisch stärker
beanspruchten Erhebungen nachhaltig sowohl hydrophobiert
bleiben als auch ein gegebenenfalls eingesetztes
Antifoulingmittel darin gehalten wird, auch wenn
beispielsweise so behandelte Dachziegel häufig begangen
werden.
Als Fluorsiläne kommen fluoralkylfunktionelle Silane in
Betracht, die mit Wasser unter Hydrolyse und Abspaltung von
Ethanol zu einem reaktiven Silanol reagieren, wobei das
Silanol chemisch an ein anorganisches Substrat gebunden
werden kann. Durch chemische Reaktion mit der zu
behandelnden Oberfläche wird eine Si-O-Bindung an die
Oberfläche ausgebildet. Daran schließt sich eine
Quervernetzung unter Ausbildung eines Siloxan-Netzwerks an.
Die Fluorsilane ergeben ebenfalls außerordentlich dünne
Schichten im Nanometerbereich, die in den Porenöffnungen
des Kapillargefüges der keramischen Oberfläche und auf den
freien Flächen des Kapillargefüges nahe der Oberfläche im
Inneren des Keramikkörpers aufgebaut werden. Daher läßt
sich mittels der Fluorsilane eine Hydrophobierung
insbesondere grobkeramischer Oberflächen erreichen, durch
welche die häufig erwünschte Atmungsfähigkeit nicht
herabgesetzt wird. Auch hier kann durch entsprechend
ausgedehnte Behandlungsdauer oder durch Auswahl gezielt
porenverstopfender Fluorsilane eine nicht erforderliche
oder sogar unerwünschte Atmungsfähigkeit unterbunden und
dadurch eine Diffusions- und Feuchtigkeitssperre erzielt
werden.
Fluorsilane der beschriebenen Art sind im Handel unter dem
Markennamen DYNASYLAN F 8261 (in Abwandlungen davon unter
F 8810, F 8262 und F 8263) der Firma Sivento Chemie GmbH,
Düsseldorf, erhältlich.
Die Fluorsilane können mit Wasser und Lösemitteln, z. B.
Ethanol, gemischt werden, so daß das Auftragen auf die zu
behandelnde Oberfläche mit den üblichen
Beschichtungstechniken wie Tauchen, Sprühen, Streichen oder
Polieren möglich ist. An das Auftragverfahren schließt sich
ein Trocknungs- oder Vernetzungsprozeß an, der durch
thermische Behandlung oder mit Hilfe von UV- oder
Wärmestrahlung durchführbar ist. Die thermische Behandlung
kann zwischen Raumtemperatur und 150°C durchgeführt werden.
Günstiger Äst jedoch ein Einbrennvorgang bei Temperaturen
bis 600°C, weil sich gezeigt hat, daß dadurch ohne ins
Gewicht fallende Herabsetzung der erhaltenen hydrophoben
Eigenschaft eine erhebliche Steigerung der mechanischen
Belastbarkeit, wie Abriebfestigkeit, mit einhergeht.
Auch die Fluorsilane haben weitere Eigenschaften, die sie
für die Verwendung zur Hydrophobierung von keramischen
Oberflächen geeignet machen. So besteht keine Gefahr, daß
dadurch Farben der Oberflächen verändert oder
beeinträchtigt werden, weil aufgrund der so geringen
Schichtdicken die Reflexionsfähigkeit der keramischen
Oberflächen nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin wird durch
ihre hydrophobe und lipophobe Eigenschaft die schon durch
die Strukturierung erzielte Selbstreinigungseigenschaft der
keramischen Oberflächen noch gefördert. Deshalb kann damit
gerechnet werden, daß Dachbaustoffe, insbesondere
Dachziegel sowie Klinker- und Fassadenwände, die
erfindungsgemäß behandelte keramische Oberflächen
aufweisen, allein durch Regen (oder durch gezielte
Berieselung mit Wasser) von Schmutz frei bleiben. Darüber
hinaus sind die Fluorsilane sehr UV- und witterungs
beständig, wodurch die stark hydrophobe Eigenschaft und
damit der Selbstreinigungseffekt der keramischen Ober
flächen lang erhalten bleibt.
Das Verfahren zur Hydrophobierung kann auch unter
Heranziehung von unterschiedlichen Hydrophobierungsmitteln
durchgeführt werden. Diese können in der Form eingesetzt
werden, daß in einer ersten Behandlungsstufe ein weniger
UV-beständiges und daher billigeres Mittel verwendet wird,
durch welches das oberflächennahe Kapillargefüge der
Oberfläche bis zu einer gewünschten Tiefe imprägniert wird.
In einer zweiten Behandlungsstufe wird dann mit einem UV
beständigen und daher teureren Mittel gearbeitet, das somit
weitgehend auf die Oberfläche beschränkt ist und den
hydrophoben Zustand über lange Zeit hinweg aufrecht
erhält. Als Beispiel sei genannt eine Hydrophobierung in
der ersten Behandlungsstufe mittels der herkömmlich
verwendeten Polysiloxane oder Silane und eine nachfolgende
zweite Behandlungsstufe mit Hybridpolymeren oder
Fluorsilanen.
Neben der Behandlung der keramischen Oberfläche zur
Hydrophobierung kann auch eine Behandlung mit einem
bewuchshemmenden Mittel (Antifouling-Mittel) durchgeführt
werden. Grundsätzlich kann das bewuchshemmende Mittel in
einer Flüssigkeit, mit der die keramische Oberfläche
behandelt wird, enthalten sein. Als solche Mittel kommen
diejenigen in Betracht, die in bekannten Antifouling-Farben
zum Einsatz kommen und Kupfer, Zink, Zinn, Bromide,
Phosphate, Fluoride usw. als Wirkstoffe enthalten.
Zweckmäßigerweise ist das Antifouling-Mittel aber bereits
in der Flüssigkeit enthalten, die zur Hydrophobierung der
Oberfläche herangezogen wird. Um die vorstehend
beschriebenen Vorteile der Hybridpolymere auszunützen, ist
vorzuziehen, daß bewuchshemmende Gruppen oder Radikale der
genannten Verbindungen unmittelbar in das Netzwerk der
Hybridpolymere eingebunden sind. Die Fluorsilane haben von
sich aus bereits eine bewuchshemmende Wirkung, die sie
sogar zum Einsatz als Antifouling-Mittel in Farben geeignet
macht. Es kann auch hier daran gedacht sein, daß
bewuchshemmende Gruppen oder Radikale der genannten
Verbindungen unmittelbar in das Netzwerk der Fluorsilane
eingebunden sind.
Das Einbringen von bewuchshemmendem Mittel in die
keramische Oberfläche kann aber auch bereits vor dem Brand
des entsprechenden Keramikkörpers erfolgen. Hierzu kann das
Antifouling-Mittel auf die im Rahmen der vorstehend
beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren noch zu
behandelnde bzw. soeben behandelte Oberfläche aufgetragen
und darin infiltriert werden. Letzteres gilt insbesondere
für das Verfahren, bei dem die Struktur der keramischen
Oberfläche durch deren Benetzung mit einer Flüssigkeit
ausgebildet wird. In diesem Fall enthält die Flüssigkeit
auch das Antifouling-Mittel, wobei dieses im Zuge des
Anweichens der Fertigungshaut in die Oberfläche eindringt,
oder es wird unmittelbar anschließend auf die noch feuchte
Oberfläche aufgebracht. Im Fall des Verfahrens gemäß
Anspruch 29 kann das Antifouling-Mittel wie das
Hydrophobiermittel unmittelbar dem Gemenge schon vor dem
Aushärten zugegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines
Selbstreinigungseffekts von keramischen Oberflächen ist
gedacht und anwendbar auf jedem Gebiet der Keramik, wo ein
Selbstreinigungseffekt denkbar und sinnvoll erscheint. In
erster Linie gilt das für solche Keramikkörper, die
üblicherweise der Witterung ausgesetzt sind und der
Selbstreinigungseffekt durch natürliche Beregnung eintreten
kann und daher keiner besonderen Reinigungsaktivität
bedarf. Jedoch gilt das auch in Fällen, in denen
Keramikkörper einer Verschmutzung (z. B. durch Staub,
Öldunst oder Ablagerungen durch umgebende Strömung)
ausgesetzt sind ohne sich im Freien zu befinden und daher
nicht beregnet werden können. In diesem Fall liegt der
Vorteil der Selbstreinigungsfähigkeit darin, daß die
Verschmutzung einfach durch Berieseln oder Abwaschen mit
einer Reinigungsflüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser,
beseitigt werden kann.
Auf dem Gebiet der Baustoff- und Grobkeramik, z. B. für
Dachziegel, Klinker- und Fassadenwände, mit Keramikmaterial
belegten Freitreppen und dgl., findet die Selbstreinigung
allein durch immer wieder auftretenden Regen statt. Deshalb
ist es zweckmäßig, diejenigen Flächen zu strukturieren, die
sowohl der Verschmutzung als auch dem Regen ausgesetzt sein
werden. Bei Dachziegeln oder Klinkern gilt das in erster
Linie für deren Sichtseiten, erweist sich aber auch für die
Unter- oder Hinterseiten davon als sinnvoll, wenn mit deren
Verschmutzung während der Lagerung auf offenen Lagerflächen
zu rechnen ist.
Entsprechendes gilt auch für Feinkeramik, z. B. für Fliesen,
Waschbecken und sonstige Artikel der Sanitätskeramik bei
denen eine Berieselung in Bädern und Naßzellen sowohl bei
Benutzung wie bei gezieltem Abwaschen erfolgt. Weiterhin
erweist sich die Ausnutzung des Selbstreinigungseffekts
aber auch bei Keramikkörpern der Elektrokeramik als von
Vorteil, z. B. bei elektrischen Isolatoren von Schaltern
oder Leitungen, die im Freien dem Schmutz- und
Staubniederschlag ausgesetzt sind. Nässe plus
Schmutzschichten erhöhen hier die Neigung zu Überschlag
und können leicht entfernt werden, wenn solche
Keramikkörper an ihrer Oberfläche durch Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend strukturiert
sind. Auch an den Innenflächen von Keramik-Rauchrohren kann
es von Vorteil sein, durch Ausbildung einer den
Selbstreinigungseffekt bewirkenden Struktur dafür zu
sorgen, daß durch herablaufendes Wasser (z. B. durch
Einregnen) oder auch durch herablaufendes Kondensat die
Innenfläche von Ruß und festen Anlagerungen oder
Verschmutzungen freigehalten wird. Weiterhin empfiehlt sich
die erfindungsgemäß geschaffene Selbstreinigungsfähigkeit
auch für Keramikkörper der Gebrauchskeramik, z. B.
Blumentöpfe, Blumenvasen, Geschirr und dergleichen, die
dadurch gegebenenfalls auch ohne Verwendung von
Reinigungsmitteln allein durch Wasser leicht gesäubert
werden können. Schließlich kann die Schaffung eines
Selbstreinigungseffekts auch bei Keramikkörpern auf dem
Gebiet der technischen Keramik sinnvoll sein, z. B. bei
solchen Keramikkörpern, auf denen durch Kontakt mit
ständiger oder vorübergehender Strömung Anlagerungen
entstehen können. Dies ist beispielsweise bei
Keramikdichtungen oder Keramikventilkörpern der Fall, bei
denen es wesentlich ist, die jeweilige Dichtfläche von
Anlagerungen freizuhalten.
Entsprechend ist das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen
Verfahrens gemäß Patentanspruch 29, durch das ein
Selbstreinigungseffekt auf Oberflächen aus Beton oder
betonähnlichem Material erzielt wird. Hier kommen vor allem
Anwendungsgebiete in Betracht, auf denen Betongegenstände
im Austausch zu Keramikgegenständen eingesetzt werden,
insbesondere auf dem Bausektor in Form von Dachsteinen,
Bodenbelägen und Bodenplatten, Treppenstufen usw.
Claims (32)
1. Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungs
eigenschaft einer keramischen Oberfläche durch
Ausbildung einer Struktur von Erhebungen
vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte auf der
Oberfläche, bei dem auf die keramische Oberfläche vor
dem Brennen des die Oberfläche aufweisenden
Keramikkörpers ein Pulver aus einem Material
aufgebracht wird, das bei der Brenntemperatur
beständig ist und keine oder nur eine geringe Bindung
mit der Oberfläche eingeht, der Keramikkörper
gebrannt wird, und die von dem Pulver freie
Oberfläche hydrophobiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Pulvermaterial eine ausgeprägte Affinität zu
der bei dem Brennvorgang auftretenden Glasphase
(SiO2-Phase) der zu brennenden keramischen Oberfläche
hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Pulver ein Al2O3- oder Al(OH)3-Pulver oder
ein Pulver aus hoch tonerdehaltigem Ton oder
Mischungen daraus ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Pulver in Form einer Dispersion in einer
Trägerflüssigkeit auf die Oberfläche aufgebracht
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dispersion auf die Oberfläche durch Schütten,
Tauchen oder Sprühen oder in einem elektrostatischen
Auftragverfahren aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Oberfläche eine Schicht der Träger
flüssigkeit erzeugt und das Pulver in die Schicht
eingestreut wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche bei dem Formvorgang des
Keramikkörpers oder anschließend an den Formvorgang
geglättet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Pulvermaterial mit einer der Farbe der
keramischen Oberfläche entsprechenden Farbe verwendet
wird.
9. Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreini
gungseigenschaft einer keramischen Oberfläche durch
Ausbildung einer Struktur von Erhebungen
vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte auf der
Oberfläche, bei dem die keramische Oberfläche vor dem
Brennen des die Oberfläche aufweisenden
Keramikkörpers mit einer Flüssigkeit benetzt wird, um
die Fertigungshaut der Oberfläche aufzuweichen, der
Keramikkörper gebrannt wird und die Oberfläche
hydrophobiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche mit Wasser benetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Benetzung eine Feuchtschicht in der
Oberfläche von mindestens der Dicke der
Fertigungshaut ergibt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die durch die Benetzung entstehende Feuchtschicht
vor dem Brennen getrocknet wird.
13. Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungs
eigenschaft einer keramischen Oberfläche durch
Ausbildung einer Struktur von Erhebungen
vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte auf der
Oberfläche, bei dem der die Oberfläche aufweisende
Keramikkörper in einem Trocken- oder Halbtrocken-
Preßverfahren in einer eine Membran aufweisenden
Preßform aus einer keramischen Formmasse geformt
wird, wobei die Formmasse eine unbildsame und eine
bildsame Kornkomponente enthält und die Härte der
bildsamen Kornkomponente und/oder die Nachgiebigkeit
der Membranfläche bei dem Formvorgang derart gewählt
wird, daß die Fertigungshaut des geformten
Keramikkörpers die Erhebungsstruktur aufweist, der
Keramikkörper gebrannt und die Oberfläche
hydrophobiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe des Preßdrucks bei dem Formvorgang
gegenüber einem Normalwert verringert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Formmasse durch ein Aufbaugranulat
oder ein Sprühgranulat gebildet ist, welches aus der
unbildsamen Kornkomponente und der bildsamen
Kornkomponente hergestellt ist.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß als unbildsame Kornkomponente Pulver aus
hitzebeständigen inerten Partikeln verwendet werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilchen der bildsamen Kornkomponente eine
Teilchengröße von 1 bis 100 µm und die Teilchen der
unbildsamen Kornkomponente eine Teilchengröße von 1
bis 1500 µm, vorzugsweise von 200 bis 500 µm, haben.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Oberfläche nach dem Brand mit
einem anorganisch-organischen Hybridpolymer oder mit
einem Fluorsilan hydrophobiert wird.
19. Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungs
eigenschaft einer keramischen Oberfläche durch
Ausbildung einer Struktur von Erhebungen
vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte auf der
Oberfläche, bei dem der die Oberfläche aufweisende
Keramikkörper aus einer keramischen Formmasse geformt
wird, die eine unbildsame Kornkomponente und eine
Bindekomponente mit ausgeprägter Schwindung beim
Brand enthält, der Keramikkörper gebrannt und die
Oberfläche hydrophobiert wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindekomponente eine Tonkomponente mit hoher
Schwindung beim Brand ist.
21. Verfahren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bindekomponente beim Brand des Keramikkörpers
vollständig verschwindet und die Teilchen der
unbildsamen Kornkomponente durch Sintern aneinander
gebunden werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilchen der unbildsamen Kornkomponente eine
Teilchengröße von 1 bis 1500 µm aufweisen.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Oberfläche in einer ersten
Hydrophobierstufe mit einem ersten Hydrophobiermittel
behandelt wird, um dessen Eindringen zumindest in
eine oberflächennahe Schicht zu bewirken, und in
einer zweiten Hydrophobierstufe mit einem zweiten UV
beständigen und/oder abriebfesten Hydrophobiermittel
behandelt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche in der ersten Hydrophobierstufe
mit einem Polysiloxan oder Silan und in der zweiten
Hydrophobierstufe mit einem anorganisch-organischen
Hybridpolymer und/oder einem Fluorsilan behandelt
wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Oberfläche vor und/oder nach dem
Brand mit einem bewuchshemmenden Mittel behandelt
wird.
26. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bewuchshemmende Mittel der Flüssigkeit zur
Benetzung der Oberfläche beigemischt wird.
27. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bewuchshemmende Mittel einer
Trägerflüssigkeit für das auf die Oberfläche
aufzubringende Pulver beigemischt wird.
28. Keramischer Körper mit selbstreinigender Oberfläche,
wobei die Oberfläche eine Struktur von hydrophoben
Erhebungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebungen aus dem Keramikmaterial der
Oberfläche selbst ausgebildet sind.
29. Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungs
eigenschaft einer Oberfläche aus Beton oder
betonähnlichem Material durch Ausbildung einer
Struktur von Erhebungen vorbestimmter Höhe und
Verteilungsdichte auf der Oberfläche, bei dem der die
Oberfläche aufweisende Körper, insbesondere in einem
Gieß- oder Spritzgießverfahren, aus einem aus
Bindemittel und Zuschlagstoffen bestehenden Gemenge
in einer Formhöhlung geformt wird, wobei das
Bindemittel und die Zuschlagstoffe auf eine
vorbestimmte Schwindung abgestimmt sind und/oder das
Gemenge vor oder bei dem Formvorgang auf eine steife
Konsistenz eingestellt wird, die das Einbringen des
Gemenges in die Formhöhlung erlaubt, das Gemenge in
die Formhöhlung eingebracht und die Oberfläche
hydrophobiert wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche bereits durch Zumischen eines mit
dem Gemenge verträglichen Hydrophobierungsmittels
und/oder nach dem Entformen des Körpers hydrophobiert
wird.
31. Verfahren nach Anspruch 29
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Gemenge ein Thixotropiermittel zugemischt
wird, durch das das Gemenge fließend in die
Formhöhlung eingebracht werden kann und im
Ruhezustand eine steife Konsistenz annimmt.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 und 31,
dadurch gekennzeichnet,
daß das dem Gemenge zugemischte
Hydrophobierungsmittel in dem frischen Gemenge
hydrophil und nach dem Aushärten des Körpers
hydrophob ist.
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DE19958321A DE19958321A1 (de) | 1999-10-29 | 1999-12-03 | Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft von keramischen Oberflächen |
DE50009010T DE50009010D1 (de) | 1999-10-29 | 2000-10-18 | Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft von keramischen Oberflächen |
EP00122653A EP1095923B1 (de) | 1999-10-29 | 2000-10-18 | Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft von keramischen Oberflächen |
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DE50009010D1 (de) | 2005-01-27 |
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