DE3706782A1 - Verwendung von siliciumorganischen verbindungen auf windschutzscheiben aus glas zur erreichung eines anti-fogging-effekts gegenueber oeligen organischen substanzen - Google Patents
Verwendung von siliciumorganischen verbindungen auf windschutzscheiben aus glas zur erreichung eines anti-fogging-effekts gegenueber oeligen organischen substanzenInfo
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Description
Unter Fogging versteht man eine nicht durch Wasserdampfkondensation
bedingte Trübung der Windschutzscheiben an
Fahrzeugen, die durch Niederschlag von Tröpfchen aus öligem
organischem Material an der Innenseite der Windschutzscheibe
entsteht. Verursacht wird diese Kondensation
von organischem Material an der Windschutzscheibe durch
Dämpfe von organischem Material, die aus den Kunststoffteilen
(z. B. Weichmacher) oder den Textilmaterialien
(z. B. Avivage-Mittel) des Innenraums freigesetzt werden.
Insbesondere im Sommer, wenn der Innenraum durch Sonneneinstrahlung
stark erwärmt wird, macht sich das Fogging
besonders störend bemerkbar.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Windschutzscheibe
aus Glas mit Anti-Fogging-Effekt sowie
Verbindungen zur Behandlung von Fahrzeugscheiben zur
Erzielung eines Anti-Fogging-Effekts zu finden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1
beschriebene Windschutzscheibe sowie die Verwendung der
im Patentanspruch 3 beschriebenen siliciumorganischen
Verbindungen.
Der Anti-Fogging-Effekt wird durch die über Sauerstoffatome
an die Siliciumatome der Scheibenoberfläche gebundene
siliciumorganische Reste der Formeln
erzielt,
in der b = 0 oder 1, c = 1 oder 2 und b+c = 1 oder 2 bedeuten,
R³einen Rest der Formel
in der b = 0 oder 1, c = 1 oder 2 und b+c = 1 oder 2 bedeuten,
R³einen Rest der Formel
oder
in der m = 0 bis 30, n = 1 bis 8, p = 0 bis 9,
R⁴H, CH₃ oder CH₂OH
R⁴H, CH₃ oder CH₂OH
R⁵eine Alkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine
Alkenylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine
Hydroxialkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen,
eine Arylgruppe oder H oder
XR⁵eine Cyanid- oder Imidazolingruppe bedeuten und daß
für den Fall, daß XR⁵ = SH und m = 0 ist, n = 1 bis 3 und
für den Fall, daß XR⁵ = NH₂ und m = 0 ist, n n = 1
bis 6 ist.
Bevorzugt sind siliciumorganische Reste der allgemeinen
Formel
Si(-CH2) n -XR⁵
besitzt, worin
n = 2 oder 3 und XR⁵ CN, NH₂ oder OH bedeuten,
insbesondere Reste der Formeln SiCH₂CH₂CN oder SiCH₂CH₂CH₂OH.
n = 2 oder 3 und XR⁵ CN, NH₂ oder OH bedeuten,
insbesondere Reste der Formeln SiCH₂CH₂CN oder SiCH₂CH₂CH₂OH.
Sehr gut geeignet sind aber auch siliciumorganische Reste mit
längerer organischer Kette, z. B. insbesondere
SiCH₂CH₂CH₂OCH₂CH(OH)CH₂OH
SiCH₂CH₂CH₂NH₂
SiCH₂CH₂CH₂OH
SiCH₂CH₂CH₂-OCH₂-CH₂OH
SiCH₂CH₂CH₂NH₂
SiCH₂CH₂CH₂OH
SiCH₂CH₂CH₂-OCH₂-CH₂OH
Die Behandlung der Fahrzeugscheiben zur Erzielung eines
Anti-Fogging-Effekts erfolgt mit Verbindungen der Formel
in der a 2 oder 3, b 0 oder 1, c 1 oder 2, b+c 1 oder 2
und a+b+c 4 bedeuten,
R⁰Cl, Br, J oder OR¹, wobei R¹ eine Alkylgruppe mit bis zu 4 C-Atomen, eine Acylgruppe mit bis zu 4 C-Atomen, eine Alkoxigruppe mit bis zu 6 C-Atomen oder H bedeutet, oder eine andere unter Ausbildung einer Si-O-Si-Bindung abspaltbare Abgangsgruppe, R²einen organischen Rest mit bis zu 8 C-Atomen bedeutet und R³einen Rest der Formel oder in der m = 0 bis 30, n = 1 bis 8, p = 0 bis 9; R⁴H, CH₃ oder CH₂OH;
R⁰Cl, Br, J oder OR¹, wobei R¹ eine Alkylgruppe mit bis zu 4 C-Atomen, eine Acylgruppe mit bis zu 4 C-Atomen, eine Alkoxigruppe mit bis zu 6 C-Atomen oder H bedeutet, oder eine andere unter Ausbildung einer Si-O-Si-Bindung abspaltbare Abgangsgruppe, R²einen organischen Rest mit bis zu 8 C-Atomen bedeutet und R³einen Rest der Formel oder in der m = 0 bis 30, n = 1 bis 8, p = 0 bis 9; R⁴H, CH₃ oder CH₂OH;
R⁵eine Alkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen,
eine Alkenylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen,
eine Hydroxyalkylgruppe mit bis zu 18
C-Atomen, eine Arylgruppe oder H oder
XR⁵eine Cyanid- oder Imidazolingruppe oder
einen zu OH hydrolysierbaren Rest bedeuten
und daß
für den Fall, daß XR⁵ = SH und m = 0 ist, n = 1 bis 3 und
für den Fall, daß XR⁵ = NH₂ und m = 0 ist, n = 1 bis 6 bedeutet.
für den Fall, daß XR⁵ = SH und m = 0 ist, n = 1 bis 3 und
für den Fall, daß XR⁵ = NH₂ und m = 0 ist, n = 1 bis 6 bedeutet.
Reste R⁰, die mit den H-Atomen der oberflächlichen Si-
OH-Gruppen reagieren, sind dem Fachmann wohl bekannt.
In erster Linie sind es Halogene, Alkoxi- und Acylreste.
Bevorzugt werden insbesondere Methoxy-, Ethoxy- und
Acetoxi-Gruppen, während die Halogene, wie z. B. Cl, wegen
den bei der Umsetzung frei werdenden Halogenwasserstoffen
trotz sehr guter chemischer Eigenschaften wegen der
schwierigeren Handhabung weniger bevorzugt werden.
Bei der Behandlung der Scheiben mit den siliciumorganischen
Verbindungen setzen sich somit die Gruppen
R⁰ ganz oder teilweise zu den entsprechenden Alkoholen,
organischen oder anorganischen Säuren um, während der
Rest der siliciumorganischen Verbindung mit dem Glas
über eine Sauerstoffbrücke chemisch verbunden wird. Auf
diese Weise entsteht eine außerordentlich haftfeste
Schicht der siliciumorganischen Verbindung auf dem
Glas. Es ist mitunter nicht möglich, genügend stabile
Verbindungen zu erhalten, bei denen die Gruppe XR⁵
eine freie OH-Gruppe ist. In diesen Fällen ist es vorteilhaft,
die OH-Gruppe so zu substituieren, daß eine
OH-Gruppe durch Hydrolyse leicht erzielt werden kann.
Zum Beispiel ist es vorteilhaft, bei der Gruppe XR⁵ anstelle
einer OH-Gruppe ein Jod-Atom zu benutzen, das bei der
Behandlung mit Wasser als Jodwasserstoff unter Bildung
einer OH-Gruppe am siliciumorganischen Rest abgespalten
wird. Ein solcher Substituent ist jedoch so zu wählen,
daß eine Reaktion mit der OH-Gruppe des Glases nicht
stattfindet.
Die Herstellung der siliciumorganischen Verbindungen ist
dem Fachmann wohl bekannt, teilweise stellen sie sogar
Handelsprodukte dar. Als besonders geeignet erwiesen
haben sich Verbindungen der Formeln
(CH₃O)₃Si-CH₂CH₂CH₂OH
(CH₃O)₃Si-CH₂-CH₂CN
(CH₃O)₃Si(CH₂)₃OCH₂CH₂OH
(CH₃O)₃Si(CH₂)₃OCH(OH)CH₂OH
(CH₃O)₃Si-CH₂-CH₂CN
(CH₃O)₃Si(CH₂)₃OCH₂CH₂OH
(CH₃O)₃Si(CH₂)₃OCH(OH)CH₂OH
Bei der Behandlung der Fahrzeugscheiben sind die siliciumorganischen
Verbindungen in einem geeigneten Lösungsmittel
gelöst oder emulgiert. Bevorzugt wird in wässerige Lösung
gearbeitet, sofern nicht leicht hydrolysierbare Gruppen am
Rest R² oder R³ vorhanden sind. Die Konzentration der
siliciumorganischen Verbindungen in einem Lösungsmittel,
z. B. Dichlormethan, soll etwa 2 bis 10 Gewichtsprozent
betragen. Die gut gereinigte Glasscheibe wird mit der
die siliciumorganische Verbindung enthaltenden Lösung,
was je nach der Reaktivität der R⁰-Gruppen bis zu mehreren
Stunden dauern kann, in Kontakt gebracht. In dieser Zeit
reagieren die funktionellen Gruppen R⁰ mit den Wasserstoffatomen
der oberflächlichen Si-OH-Gruppen des Glases
unter Abspaltung von R⁰H und gleichzeitiger Ausbildung
einer -Si-O-Si-Bindung zwischen der Glasoberfläche und
der siliciumorganischen Verbindung. Dadurch bilden sich
siliciumorganische Schichten aus, die durch Hauptvalenzen
mit der Unterlage verbunden und damit außerordentlich
dauerhaft auf der Scheibenoberfläche verankert sind.
Es ist dabei noch anzumerken, daß die auf der Scheibe
durch die Behandlung mit der siliciumorganischen Verbindung
erzeugte Schicht nicht unbedingt monomolekular
zu sein braucht. Vielmehr können auch dickere Silanschichten
an der Glasoberfläche entstehen, die auf
Reaktionen mit dem an der Glasoberfläche vorhandenen
Wasser zurückzuführen sind. Diese Wassermoleküle ermöglichen
über Wasserstoffbrückenverbindungen eine
reversible Öffnung und Neubildung von Sauerstoffbrücken.
Ferner ist es möglich, daß nicht alle Reste R⁰ mit der
SiOH-Gruppe des Glases reagieren, sondern daß auch
einzelne unreagierte Reste R⁰ am Molekül verbleiben
oder unter Bildung von OH-Gruppe hydrolysiert werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, daß einzelne siliciumorganische
Verbindungen mit bereits an der Glasoberfläche
befindlichen siliciumorganischen Reste weiterreagieren
und dadurch dickere Schichten ausbilden, z. B. indem
Reste R⁰ mit Resten XR⁵, wenn diese z. B. OH oder NH₂ darstellen,
reagieren. Zusätzlich befinden sich häufig
noch rein mechanisch auf der Scheibe haftende überschüssige
Anteile der siliciumorganischen Verbindung.
Aufgrund der Vielzahl von obigen Substanzen, die den
Fogging-Belag bewirken, sollte die Auswahl der wirksamen
Beschichtung stets für den konkreten Beschlag
optimiert werden.
Für die Funktion der Beschichtung als Anti-Foggingmittel
ist eine gute Verträglichkeit mit dem Fogging-Beschlag
erforderlich.
Da die Beschichtung vorzugsweise im Tauchverfahren erfolgt,
kann es sinnvoll sein, die Außenseite der Windschutzscheibe
nicht abzudecken. Damit wird eine bessere Verträglichkeit
der äußeren Glasoberfläche gegenüber organischen Substanzen
aus Abgasen und aus dem Wischergummi erzielt. Die gefürchtete
Schleierbildung auf der Außenseite der Frontscheibe
kann damit verringert werden.
Die Reaktion der siliciumorganischen Verbindung mit der
Glasoberfläche findet bereits bei Raumtemperatur statt.
Es kann jetzt günstig sein, die Antifoggingschicht bei
erhöhter Temperatur auszuhärten, wobei die thermische
Stabilität der Schicht bzw. der Glasscheibe, insbesondere
bei Verbundglas, zu berücksichtigen ist.
Wird die Beschichtung im Laufe der Glasherstellung durchgeführt,
kann die Vorreinigung weitgehend entfallen.
Die zur Verwendung kommenden Glasplatten wurden mit
Aceton entfettet, und mit einer Dekontaminierungslösung
von Spuren von an der Oberfläche haftenden
Verunreinigungen befreit. Nach sorgfältigem Abspülen
der Dekontaminierungslösung mit destilliertem Wasser
wurden die Scheiben 30 Minuten bei 100 bis 130°C
getrocknet.
Zwei gereinigte Glasscheiben wurden 10 Stunden in eine
Lösung von 20 g 2-Cyanoethyltrimethoxysilan in 1000 ml
Dichlormethan getaucht. Danach wurden die Scheiben mit jeweils
ca. 250 ml Dichlormethan abgespült und etwa 30 Minuten
bei 80°C getrocknet.
Zwei Scheiben wurden unter den gleichen Bedingungen wie
bei 1 mit 3-Jodpropyltrimethoxysilan belegt. Nach dem
Abspülen der Glasplatten mit Dichlormethan wurden diese
zur Hydrolyse 30 Minuten bei Raumtemperatur in
destilliertes Wasser gestellt. Anschließend wurden
die Platten dann 30 Minuten bei 100 bis 130°C getrocknet.
Die mit 2-Cyanoethyltrimethoxysilan bzw. mit 3-Hydroxypropyltrimethoxysilan
belegten Scheiben sowie entsprechende,
gereinigte, nicht belegte Scheiben wurden in einer Fogging-
Meßapparatur nach DIN 75 201 (Entwurf April 1985) mit
Di-2-ethylhexyl-phthalat (DOP) bedampft. Dazu wurde das am Boden der
Apparatur befindliche DOP auf 100°C erhitzt
und die im Abstand von ca. 18 cm über der Flüssigkeitsoberfläche
befindliche Glasscheibe 3 Stunden den
DOP-Dämpfen ausgesetzt.
Der entstehende DOP-Belag bestand bei nicht
behandelter Scheibe aus einzelnen Tröpfchen mit einer
durchschnittlichen Größe von 6-10 µm. Bei dem behandelten
Glas konnte keine definierte Tropfengröße
festgestellt werden. Der Foggingbelag war in diesem
Fall weitgehend gespreitet. Die Menge des aufgedampften
DOP betrug etwa 150 mg pro Quadratmeter.
Zur Messung der Anti-Fogging-Wirkung wurde der sich
einstellende Glanz (Reflektometer-Wert bei Streiflicht
mit 60° Einfallswinkel am Lot) benutzt. Als Ausgangswert
diente eine nach DIN 75 201 (Entwurf April 1985)
mit Schlämmkreide gereinigte unbehandelte, unbedampfte
Glasscheibe. Der sich bei dieser Scheibe ergebende Glanzwert
wurde zu 100% angenommen. Mit diesem Wert wurden
die mit DOP bedampften, mit den siliciumorganischen
Verbindungen behandelten Glasscheiben und
im Vergleich dazu unbehandelte mit DOP
bedampfte Glasscheiben verglichen.
Ein Glanzwert von 100% entspricht demnach einer vollständig
durchsichtigen Scheibe (saubere, neue Fensterscheibe
mit einwandfreier Oberfläche) ohne jegliche
durch Fogging verursachte Trübung an der Oberfläche.
Glanzwert von 0% entspricht einem Material ohne
Reflexion, z. B. einem schwarzen matten Tuch.
Eine Glasplatte, auf der wie oben beschrieben mit
2-Cyanoethyltrimethoxysilan eine Fogging-Schicht erzeugt
wurde, zeigte nach der Bedampfung mit
DOP einen Glanz von 98%. Eine unter den gleichen
Bedingungen mit Dioctyl-Phthalat bedampfte unbehandelte
Glasplatte zeigte einen Glanz von nur noch 30%.
Die mit 3-Jodpropyltrimethoxysilan wie oben beschrieben
behandelte Glasplatte hatte nach dem Bedampfen mit
DOP noch einen Glanz von 83%, während die
unbehandelte Glasplatte lediglich noch einen Glanz von
29% besaß.
Claims (4)
1. Windschutzscheibe aus Glas mit Anti-Fogging-Effekt
gegenüber organischen öligen Substanzen für Fahrzeuge
mit über Sauerstoffatome an die Siliciumatome der zum
Innenraum weisenden Scheibenoberfläche gebundenen
siliciumorganischen Resten der Formel
in der b = 0 oder 1, c = 1 oder 2 und b+c = 1 oder 2 bedeuten,
R²einen organischen Rest mit bis zu 8 C-Atomen bedeutet und R³einen Rest der Formel oder in der m = 0 bis 30, n = 1 bis 8, p = 0 bis 9, Ar =Aryl,
R⁴H, CH₃ oder CH₂OH R⁵eine Alkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Alkenylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Hydroxialkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Arylgruppe oder H oder XR⁵eine Cyanid- oder Imidazolingruppe bedeuten und daß für den Fall, daß XR⁵ = SH und m = 0 ist, n = 1 bis 3 und für den Fall, daß XR⁵ = NH₂ und m = 0 ist, n n = 1 bis 6 ist.
R²einen organischen Rest mit bis zu 8 C-Atomen bedeutet und R³einen Rest der Formel oder in der m = 0 bis 30, n = 1 bis 8, p = 0 bis 9, Ar =Aryl,
R⁴H, CH₃ oder CH₂OH R⁵eine Alkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Alkenylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Hydroxialkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Arylgruppe oder H oder XR⁵eine Cyanid- oder Imidazolingruppe bedeuten und daß für den Fall, daß XR⁵ = SH und m = 0 ist, n = 1 bis 3 und für den Fall, daß XR⁵ = NH₂ und m = 0 ist, n n = 1 bis 6 ist.
2. Windschutzscheibe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der siliciumorganische Rest die Formel
Si (-Ch₂) n -XR⁵besitzt, worin
n = 2 oder 3 und XR⁵ CN, NH₂ oder OH bedeuten.
n = 2 oder 3 und XR⁵ CN, NH₂ oder OH bedeuten.
3. Verwendung von siliciumorganischen Verbindungen der
Formel
in der a 2 oder 3, b 0 oder 1, c 1 oder 2, b+c 1 oder 2
und a+b+c 4 bedeuten,
R⁰Cl, Br, J oder OR¹, wobei R¹ eine Alkylgruppe mit bis zu 4 C-Atomen, eine Acylgruppe mit bis zu 4 C-Atomen, eine Alkoxigruppe mit bis zu 6 C-Atomen oder H bedeuten, oder eine andere unter Ausbildung einer Si-O-Si-Bindung abspaltbare Abgangsgruppe, R²einen organischen Rest mit bis zu 8 C-Atomen bedeutet und R³einen Rest der Formel oder in der m = 0 bis 30, n = 1 bis 8, p = 0 bis 9; Ar = Aryl, R⁴= H, CH₃ oder CH₂OH; R⁵eine Alkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Alkenylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Hydroxialkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Arylgruppe oder H oder XR⁵eine Cyanid- oder Imidazolingruppe oder einen zu OH hydrolysierbaren Rest bedeuten und daß für den Fall, daß XR⁵ = SH und m = 0 ist, n =1 bis 3 und für den Fall, daß XR⁵ = NH₂ und m = 0 ist, n = 1 bis 6 bedeutet,zur Behandlung von Fahrzeugscheiben zur Erzielung eines Anti-Fogging-Effekts gegenüber öligen organischen Substanzen.
R⁰Cl, Br, J oder OR¹, wobei R¹ eine Alkylgruppe mit bis zu 4 C-Atomen, eine Acylgruppe mit bis zu 4 C-Atomen, eine Alkoxigruppe mit bis zu 6 C-Atomen oder H bedeuten, oder eine andere unter Ausbildung einer Si-O-Si-Bindung abspaltbare Abgangsgruppe, R²einen organischen Rest mit bis zu 8 C-Atomen bedeutet und R³einen Rest der Formel oder in der m = 0 bis 30, n = 1 bis 8, p = 0 bis 9; Ar = Aryl, R⁴= H, CH₃ oder CH₂OH; R⁵eine Alkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Alkenylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Hydroxialkylgruppe mit bis zu 18 C-Atomen, eine Arylgruppe oder H oder XR⁵eine Cyanid- oder Imidazolingruppe oder einen zu OH hydrolysierbaren Rest bedeuten und daß für den Fall, daß XR⁵ = SH und m = 0 ist, n =1 bis 3 und für den Fall, daß XR⁵ = NH₂ und m = 0 ist, n = 1 bis 6 bedeutet,zur Behandlung von Fahrzeugscheiben zur Erzielung eines Anti-Fogging-Effekts gegenüber öligen organischen Substanzen.
4. Verwendung von siliciumorganischen Verbindungen nach
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die siliciumorganische Verbindung die Formel
(R⁰-) a Si (-CH₂) n -XR⁵4-a besitzt,
in dera 2 oder 3, n 2 oder 3,
R⁰CH₃O, CH₃CH₂O, CH₃COO oder Cl und XR⁵CN, OH, NH₂ oder J bedeuten.
in dera 2 oder 3, n 2 oder 3,
R⁰CH₃O, CH₃CH₂O, CH₃COO oder Cl und XR⁵CN, OH, NH₂ oder J bedeuten.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0511657A2 (de) | 1991-04-30 | 1992-11-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrophiler chemisch adsorbierter Film und Verfahren zu dessen Herstellung |
EP0511657A3 (en) * | 1991-04-30 | 1993-06-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrophilic chemically adsorbed film and method of manufacturing the same |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2611693B1 (fr) | 1992-11-13 |
US4847160A (en) | 1989-07-11 |
IT8847678A0 (it) | 1988-02-29 |
IT1221064B (it) | 1990-06-21 |
FR2611693A1 (fr) | 1988-09-09 |
DE3706782C2 (de) | 1989-03-09 |
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