DE69528336T2 - Beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung, Gegenstand mit einer beschlaghindernden Beschichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung, Gegenstand mit einer beschlaghindernden Beschichtung und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/12—Polymers
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung zur Bereitstellung von Substanzen, die beschlagfest und kondenswasserbeständig sein müssen, wie optische Linsen, Brillen, Fenstergläser für Fahrzeuge und Folien für Tintenstrahldrucker mit hydrophilen oder wasserabsorbierenden Beschichtungen, die unlöslich sind und eine hohe Oberflächenhärte haben. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen daraus hergestellten beschlaghindernd beschichteten Gegenstand sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
- Substrate aus Glas oder Kunststoffen beschlagen gelegentlich, da Feuchtigkeit in der Luft zu feinen Wassertröpfchen auf Substratoberflächen kondensieren, was darauf eine unregelmäßige Lichtreflexion erzeugt, wenn ihre Oberflächentemperaturen unter ihre Taupunkte gesenkt werden. Durch Unterdrücken der Bildung feiner Wassertröpfchen auf den Substratoberflächen kann man demnach ihr Beschlagen unterbinden. Beispiele für beschlaghindernde Verfahren sind (A) die .Einstellung der Benetzbarkeit, (B) die Bereitstellung von wasserabsorbierenden Eigenschaften, (C) die Bereitstellung von wasserabweisenden Eigenschaften und (D) die Einstellung der Temperatur durch Erwärmen usw.
- Beschlaghindernde Sprays sind kommerziell erhältlich, um die Kontaktwinkel von Wassertröpfchen auf Substratoberflächen zu senken, jedoch haben solche Sprays keine langdauernden Antibeschlagwirkungen, da ihre Antibeschlagfunktionen durch grenzflächenaktive Mittel erreicht werden.
- Wasserabsorbierende Eigenschaften können durch hydrophile Polymerbeschichtungen erhalten werden. Ihre Antibeschlagwirkungen halten länger als die der beschlaghindernden Sprays, jedoch findet ein Beschlagen statt und weitere Beschichtungen beginnen sich zu lösen, wenn mehr Wasser absorbiert wird, als es ihre Wasserkapazität zuläßt.
- Wasserabweisende Eigenschaften lassen sich erhalten, indem wasserabweisende Verbindungen auf die Substrate aufgebracht werden. Insbesondere wenn wasserabweisende Verbindungen auf die Innenflächen der Kunststoffolien von Gewächshäusern aufgetragen werden, kommen feine Wassertröpfchen miteinander in Kontakt, werden größer und fließen entlang der Folienflächen nach unten, wodurch Antibeschlageigenschaften ausgeübt werden. Feine Wassertröpfchen haften jedoch eher an den Folienflächen und verschlimmern das Beschlagen in einigen Fällen eher.
- Das Einstellen der Temperatur durch Erwärmen eignet sich für Linsen von Kopiermaschinen, Rückscheiben von Kraftfahrzeugen, Garderobenspiegeln usw. Der Einsatz dieses Verfah ren ist jedoch eingeschränkt, da man eine Stromquelle benötigt.
- Um die Nachteile der vorstehenden herkömmlichen Verfahren zu bewältigen, versuchte man, wasserfeste beschlaghindernde Beschichtungen aus organischen Polymeren, wie Polyetherpolyolen und grenzflächenaktiven Mitteln, bereitzustellen. Beschichtungen aus solchen beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzungen haben aufgrund der Wirkung von Polyetherpolyolen in Gegenwart von grenzflächenaktiven Mitteln hydrophile Eigenschaften und absorbieren Wasser, wodurch Antibeschlageigenschaften ausgeübt werden. Wird mehr Wasser absorbiert, als es die Grenzen der Beschichtungen zulassen, steuern die grenzflächenaktiven Mittel das Benetzen der Beschichtungsoberflächen, wodurch deren Durchsichtigkeit gewahrt bleibt. Da die grenzflächenaktiven Mittel jedoch leicht in Wasser gelöst werden und abgewaschen werden, sinken die Antibeschlageigenschaften der Beschichtungen rasch. Die beschlaghindernden Beschichtungen haben ferner wahrscheinlich eine rasch sinkende Festigkeit.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist folglich die Bereitstellung einer beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung, die eine beschlaghindernde Beschichtung mit hervorragenden hydrophilen Eigenschaften und Wasserabsorption sowie hervorragender Oberflächenhärte bilden kann.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer beschlaghindernden Beschichtung, die aus einer solchen beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung gebildet ist.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines beschlaghindernd beschichteten Gegenstandes aus einer solchen beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung.
- Die Forschung hinsichtlich der vorstehenden Aufgaben hat ergeben, daß man durch Bereitstellen einer hydrophilen Polymerbeschichtung mit einer Hybridstruktur, in der anorganische Gerüste mit organischen Molekülen vernetzt sind, hervorragende Antibeschlageigenschaften und Oberflächenhärte in der resultierenden beschlaghindernden Beschichtung erzielen kann und zugleich Unlöslichkeit bewahrt.
- Die erfindungsgemäße beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung umfaßt somit die in Anspruch 1 definierten Komponenten.
- Der erfindungsgemäße beschlaghindernd beschichtete Gegenstand umfaßt ein Substrat und eine beschlaghindernde Beschichtung, die auf mindestens einer Oberfläche des Substrates gebildet ist, wobei die beschlaghindernde Beschichtung aus der vorstehenden beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung besteht.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des beschlaghindernd beschichteten Gegenstandes umfaßt die Schritte (i) Aufbringen der vorstehenden beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung auf mindestens eine Oberfläche des Substrates; und (ii) Unterziehen der resultierenden geschichteten Beschichtung einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 80ºC oder höher.
- Die beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung umfaßt die in Anspruch 1 definierten Komponenten.
- Das erfindungsgemäß verwendete anorganische Alkoxid kann vorzugsweise mindestens eine Verbindung der allgemeinen Formel (I) sein:
- M(OR)n(X)a - n . . . (I),
- wobei M ein anorganisches Element ist, das aus der aus Si, Al, Ti, Zr, Ca, Fe, V, Sn, Li, Be, B und P bestehenden Gruppe ausgewählt ist; R eine Alkylgruppe ist; X eine Alkylgruppe mit oder ohne funktionelle Gruppen oder ein Halogenatom ist; a eine Zahl ist, die die Wertigkeit bzw. Valenz von M darstellt; und n eine ganze Zahl von 1 bis a ist.
- Von den durch die allgemeine Formel (I) veranschaulichten Verbindungen werden häufig diejenigen verwendet, bei denen nur Alkoxylgruppen an M gebunden sind, nämlich n = a.
- Steht M für Si, ist die Zahl "a" gleich 4. Diese Alkoxide können Alkoxysilane genannt werden, die durch Si(OR¹)&sub4; dargestellt werden, wobei R&sub1; eine Alkylgruppe mit vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist (nachstehend als "Niederalkylgruppe" bezeichnet). Beispiele für solche Alkoxysilane umfassen Si(OCH&sub3;)&sub4;, Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Si(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Si (O-n- C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Si(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4; usw. Diese Alkoxysilane können allein oder in Kombination verwendet werden.
- Steht M für Al, ist die Zahl "a" gleich 3. Diese Alkoxide können durch Al(OR²)&sub3; dargestellt werden, wobei R² vorzugsweise eine Niederalkylgruppe ist. Beispiele für solche Aluminiumalkoxide umfassen Al(OCH&sub3;)&sub3;, Al(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, Al(O-n-C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Al(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Al(O-n-C&sub4;H&sub9;)&sub3;, Al(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub3; usw. Diese Aluminiumalkoxide können allein oder in Kombination verwendet werden. Diese Aluminiumalkoxide werden gewöhnlich mit Alkoxysilanen gemischt. Durch Verwendung der Aluminiumalkoxide hat die resultierende beschlaghindernde Beschichtung eine verbesserte Durchsichtigkeit und Wärmebeständigkeit.
- Die Menge des Aluminiumalkoxids ist vorzugsweise 10 Gewichtsteile oder weniger, insbesondere etwa 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Alkoxysilans. Ist die Menge des Aluminiumalkoxids größer als 10 Gewichtsteile, unterliegt das resultierende Polymer wahrscheinlich einer Gelierung, wodurch Risse in der resultierenden beschlaghindernden Beschichtung vorkommen.
- Steht M für Ti, ist die Zahl "a" gleich 4. Solche Alkoxide können durch Ti(OR³)&sub4; veranschaulicht werden, wobei R3 vorzugsweise eine Niederalkylgruppe ist. Beispiele für solche Titanalkoxide umfassen Ti(OCH&sub3;)&sub4;, Ti(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Ti(O-n-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Ti(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Ti(O-n-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Ti(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4; usw. Diese Titanalkoxide können allein oder in Kombination verwendet werdenb Diese Titanalkoxide werden gewöhnlich mit Alkoxysilanen gemischt. Durch Verwendung der Titanalkoxide hat die resultierende beschlaghindernde Beschichtung eine verbesserte Ultraviolett-Beständigkeit, und das Substrat erhält auch eine verbesserte Wärmebeständigkeit.
- Die Menge des Titanalkoxids ist vorzugsweise 3 Gewichtsteile oder weniger, insbesondere etwa 1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteile des Alkoxysilans. Ist die Menge des Titanalkoxids größer als 3 Gewichtsteile, wird das resultierende Polymer wahrscheinlich spröde, wodurch die auf dem Substrat gebildete beschlaghindernde Beschichtung leicht abblättert.
- Steht M für Zr, ist die Zahl "a" gleich 4. Diese Alkoxide können durch Zr(OR&sup4;)&sub4; dargestellt werden, wobei R&sup4; vorzugsweise eine Niederalkylgruppe ist. Beispiele für solche Zirconiumalkoxide umfassen Zr(OCH&sub3;)&sub4;, Zr(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Zr(O-n-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O-n-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Zr(O-t-C&sub4;H&sub9;) usw. Diese Zirconiumalkoxide können allein oder in Kombination verwendet werden. Diese Zirconiumalkoxide werden gewöhnlich mit Alkoxysilanen gemischt. Durch Verwendung der Zirconiumalkoxide hat die resultierende beschlaghindernde Beschichtung eine verbesserte Festigkeit und Wärmebeständigkeit.
- Die Menge des Zirconiumalkoxids ist vorzugsweise 5 Gewichtsteile oder weniger, insbesondere etwa 3 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Alkoxysilans. Ist die Menge des Zirconiumalkoxids größer als 5 Gewichtsteile, unterliegt das resultierende Polymer wahrscheinlich einer Gelierung und wird spröde, wodurch die auf dem Substrat gebildete beschlaghindernde Beschichtung leicht abblättert.
- Die anderen Alkoxide als die vorstehend beschriebenen sind u. a. Ca(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, Fe&sub2;(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, V(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Sn(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Li(OC&sub2;H&sub5;), Be(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, B(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, P(OCH&sub3;)&sub3;, P(OC&sub2;H&sub5;)&sub3; usw. Die Gesamtmenge dieser Alkoxide ist vorzugsweise 5 Gewichtsteile oder weniger pro 100 Gewichtsteile des Alkoxysilans.
- Bei den anorganischen Alkoxiden, bei denen M zusätzlich zu Alkoxylgruppen (n ≤ a - 1) an X gebunden ist, ist X vorzugsweise ein Halogenatom, wie Cl und Br. Ist X ein Halogenatom, wird X wie die Alkoxylgruppen durch Hydrolyse in eine OH-Gruppe umgewandelt, so daß, wie nachstehend eingehend erläutert ist, eine Polykondensationsreaktion verursacht wird.
- X kann ebenfalls eine Alkylgruppe mit vorzugsweise 1 bis 15 Kohlenstoffatomen mit oder ohne funktionelle Gruppe sein. Die funktionelle Gruppe wird keiner Hydrolyse unterworfen und verbleibt im resultierenden Polymer als organische Abschnitte. Bevorzugte Beispiele für diese funktionellen Gruppen umfassen Carbonylgruppen, Carboxylgruppen, Aminogruppen, Vinylgruppen und Epoxygruppen. Diese funktionellen Gruppen verbessern vorzugsweise die Antibeschlageigenschaften der Beschichtungen.
- Beispiele für anorganische Alkoxide der Formel (I) mit X umfassen Vinyltrichlorsilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, γ- Glycidoxypropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropylmethoxysilan, usw.
- Ist X enthalten, können die Mengen der anorganischen Alkoxide genauso sein, wie unter (2) (i)-(iv) vorstehend beschrieben ist.
- Statt der Zugabe des anorganischen Alkoxids selbst oder zusammen damit kann man ein Hydrolysat des anorganischen Alkoxids zufügen. Das Hydrolysat des anorganischen Alkoxids ist ein Hydroxylgruppen enthaltendes Polymer, das daraus durch Hydrolyse und Polykondensation in Gegenwart von Wasser und einem Säurekatalysator hergestellt wird. Das Hydrolysat eines anorganischen Alkoxids kann ein Oligomer mit einem relativ niedrigen Molekulargewicht sein, bspw. mit einem Polymerisationsgrad von 3 bis 50. Die Hydrolyse- und Polykondensationsreaktion des anorganischen Alkoxids kann gewöhnlich bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und 50ºC für 1 Minute bis 2 Stunden durchgeführt werden. Es kann natürlich ein Gemisch des anorganischen Alkoxids und des Hydroxylgruppen enthaltenden Polymers verwendet werden.
- Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyalkylenoxid kann ein Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polypropylenglycol usw. sein. Am stärksten bevorzugt davon ist Polyethylenoxid. Das Polyalkylenoxid hat ein massegemitteltes Molekulargewicht von vorzugsweise 30.000 bis 1.500.000, stärker bevorzugt 500.000 bis 750.000.
- Das Gewichtsverhältnis des Polyalkylenoxids zu dem anorganischen Alkoxid und/oder dem Hydroxylgruppen enthaltenden Polymer ist vorzugsweise 100/l bis 100/150, stärker bevorzugt 100/5 bis 100/100. Ist das Gewichtsverhältnis kleiner als 100/150, können keine hinreichenden Hydrophilieeigenschaften erzielt werden. Ist dagegen das Gewichtsverhältnis größer als 100/l, würden die Oberflächenhärte und die Haltbarkeit der resultierenden beschlaghindernden Beschichtung unzureichend werden.
- Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Katalysatoren können Säure- und Basenkatalysatoren sein.
- Der Säurekatalysator wird für die Hydrolysereaktion des anorganischen Alkoxids verwendet. Ist folglich ein Hydroxylgruppen enthaltendes Polymer, das aus dem anorganischen Alkoxid durch partielle Hydrolyse und Polykondensation gebildet wurde, enthalten, kann der Säurekatalysator weggelassen werden.
- Die bevorzugten Beispiele für Säurekatalysatoren sind Mineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, usw. Anhydride von Mineralsäuren, wie Chlorwasserstoffgas, können ebenfalls verwendet werden.
- Organische Säuren und ihre Anhydride können ebenfalls verwendet werden. Beispiele dafür umfassen Weinsäure, Phthalsäure, Maleinsäure, Dodecylbernsteinsäure, Hexahydrophthal säure, Malonsäure (methyl endic acid), Pyromellithsäure, Benzophenontetracarbonsäure, Dichlorbernsteinsäure, Chlorendinsäure (chlorendic acid), Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Malonsäureanhydrid (methyl endic anhydride), Pyromellithsäureanhydrid, Benzophenontetracarbonsäureanhydrid, Dichlorbernsteinsäureanhydrid, Chlorendinsäureanhydrid (chlorendic anhydride) usw.
- Die Menge des Säurekatalysators ist vorzugsweise 0,5 Gewichtsteile oder weniger, stärker bevorzugt 0,01 bis 0,5 Gewichtsteile, am stärksten bevorzugt 0,015 bis 0,3 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des anorganischen Alkoxids. Ist die Menge des Säurekatalysators kleiner als 0,01 Gewichtsteile, findet keine hinreichende Hydrolyse statt. Ist dagegen die Menge des Säurekatalysators größer als 0,5 Gewichtsteile, verläuft die Polykondensationsreaktion übermäßig, was die Viskosität der Zusammensetzung zu hoch macht.
- Der Basenkatalysator wird hauptsächlich für die Polykondensationsreaktion eines Hydrolysats des anorganischen Alkoxids und ebenfalls für die Vernetzungsreaktion von Polyalkylenoxid und für die Polykondensations- und/oder Vernetzungsreaktion des vorstehenden Hydroxylgruppen enthaltenden Polymers und Polyalkylenoxids verwendet. Solche Basenkatalysatoren sind vorzugsweise tertiäre Amine, die im wesentlichen in Wasser unlöslich und in organischen Lösungsmitteln löslich sind. Die bevorzugten Basenkatalysatoren sind N,N-Dimethylbenzylamin, Tripropylamin, Tributylamin, Tripentylamin, usw., und N-Dimethylbenzylamin ist besonders bevorzugt.
- Die Menge des Basenkatalysators ist vorzugsweise 0,01 bis 1 Gewichtsteile, insbesondere 0,05 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Summe aus dem vorstehenden anorganischen Alkoxid, dem vorstehenden Hydroxylgruppen enthaltenden Polymer, falls überhaupt, und dem Polyalkylenoxid. Ist die Menge des Basenkatalysators größer als 1 Gewichtsteil, verläuft die Polykondensationsreaktion übermäßig, was das resultierende Polymer in einem organischen Lösungsmittel weniger löslich macht. Dies führt zu einer ungleichmäßigen beschlaghindernden Beschichtung mit verminderter Festigkeit.
- Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten organischen Lösungsmittel, die mit Wasser kompatibel sein sollen, sind Methylalkohol, Ethylalkohol, Isopropylalkohol, Butylalkohol, usw. Das organische Lösungsmittel wird zusammen mit Wasser verwendet. Die Menge des organischen Lösungsmittels ist vorzugsweise 100 bis 5.000 Gewichtsteile, insbesondere etwa 3.000 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Summe aus dem vorstehenden anorganischen Alkoxid, dem vorstehenden Hydroxylgruppen enthaltenden Polymer, falls überhaupt, dem Polyalkylenoxid und dem Basenkatalysator. Außerdem wird eine stöchiometrische Menge oder mehr Wasser zur Hydrolyse dazugegeben. Die Wassermenge ist vorzugsweise 15 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des vorstehenden anorganischen Alkoxids.
- Die erfindungsgemäße beschlaghindernde Beschichtung enthält ferner mindestens eine Polyacrylsäure oder ein Derivat davon. Beispiele für Polyacrylsäure oder ihr Derivat umfassen Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Salze davon usw. Die Menge an Polyacrylsäure oder ihres Derivats ist vorzugsweise 0,1 bis 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung. Ist die Menge an Polyacrylsäure oder ihres Derivats kleiner als 0,1 Gewichtsteile, hat die Beschichtungszusammensetzung keine hohe wasserabsorptionsgeschwindigkeit. Ist dagegen die Menge an Polyacrylsäure oder ihres Derivats größer als 10 Gewichtsteile, wird die beschlaghindernde Beschichtung klebrig. Wird die beschlaghindernde Beschichtung auf Linsen aufgebracht, ist die Menge an Polyacrylsäure oder ihres Derivats vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung. Ist die Menge an Polyacrylsäure oder ihres Derivats größer als 0,5 Gewichtsteile, hat die resultierende beschlaghindernde Beschichtung wahrscheinlich keine große Härte.
- Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Substrate können Glas- oder Kunststoffprodukte sein, wie optische Linsen, Brillen, Fenstergläser, Kunststoffolien für Tintenstrahldrucker usw.
- Die vorstehend beschriebenen Komponenten werden gemischt, um eine beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung als durchsichtige oder durchscheinende Flüssigkeit herzustellen. Die resultierende beschlaghindernde Beschichtungszu sammensetzung wird auf mindestens eine Oberfläche des vorstehenden Substrats aufgebracht. Die Aufbringung der beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung kann durch beliebige bekannte Verfahren erfolgen, wie ein Sprühverfahren, ein Tauchverfahren, ein Streichverfahren, ein Rollbeschichtungsverfahren, usw.
- Das angelegte Substrat kann getrocknet und bei einer Temperatur von 80ºC oder höher, vorzugsweise 120 bis 200ºC erhitzt werden, um einen beschlaghindernd beschichteten Gegenstand zu erhalten. Die Hitzebehandlung kann nötigenfalls nach jedem Aufbringungszyklus der beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung wiederholt durchgeführt werden. Die Hitzebehandlungsdauer kann 5 Minuten bis 1 Stunde betragen.
- Die Dicke der fertigen beschlaghindernden Beschichtung ist vorzugsweise 0,01 bis 1 um, insbesondere etwa 0,1 um im Fall von optischen Linsen. Bei Fenstergläsern usw. ist die Dicke der beschlaghindernden Beschichtung vorzugsweise 1 bis 3 um, insbesondere etwa 1 um. Die Dicke der beschlaghindernden Beschichtung läßt sich korrekt steuern, indem die Dicke der aufgebrachten beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung erhöht wird, oder die Aufbringung der beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung wiederholt wird.
- Die resultierende beschlaghindernde Beschichtung verleiht dem Substrat beschlaghindernde und kondenswasserhindernde Eigenschaften. Die beschlaghindernde Beschichtung ist in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslich und weist eine hohe Oberflächenhärte auf.
- Bei der erfindungsgemäßen beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung wird das anorganische Alkoxid durch die Funktion des Säurekatalysators hydrolysiert, so daß die Alkoxylgruppen (OR) und das Halogenatom (X) in OH-Gruppen umgewandelt werden. Der Basenkatalysator entfernt außerdem Protonen aus den OH-Gruppen, was zur Polykondensation eines Hydrolysats des anorganischen Alkoxids führt, wodurch wiederum ein Polymer oder Oligomer mit OH-Gruppen erzeugt wird. Gleichzeitig reagieren die OH-Gruppen des Polyalkylenoxids mit dem Hydrolysat des anorganischen Alkoxids und dem Polymer oder Oligomer mit OH-Gruppen durch die Wirkung des Basenkatalysators, wodurch ein Verbundpolymer erzeugt wird, das anorganische Abschnitte besitzt, die aus M in der Formel (T), wie Si, und organischen Abschnitten bestehen, die von Polyalkylenoxid hergeleitet sind. Diese Hydrolyse- und Polykondensationsreaktionen laufen partiell weiter, wenn jede Komponente gemischt wird. Die beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung ist folglich eine Dispersion aus einem kolloidalen Sol, das ein Gemisch aus dem anorganischen Alkoxid und/oder einem Hydrolysat davon, einem Polymer oder Oligomer, das von dem Hydrolysat durch Polykondensation hergleitet ist, einem Polyalkylenoxid, einem Polykondensations- oder Vernetzungsreaktionsprodukt eines Alkoxidhydrolysats und dem Polyalkylenoxid ist. Einige funktionelle Gruppen, die in der Formel (I) durch X dargestellt sind, können an den vorstehenden Reaktionen teilnehmen. Ist X beispielsweise eine Gruppe, die eine Epoxygruppe enthält, wird die Epoxygruppe durch die Funktion des Basenkatalysators geöffnet, so daß eine OH-Gruppe gebildet wird, wodurch Reaktionen mit dem anorganischen Alkoxid und dem Polyalky lenoxid weiter fortlaufen. Ist X eine Gruppe mit einer Vinylgruppe, kann die Vinylgruppe an reaktive Monomere gebunden sein.
- Durch Hitzebehandlung bei 80ºC oder mehr nach dem Aufbringen und Trocknen der beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung laufen die vorstehende Polykondensations- und Vernetzungsreaktion weiter fort, so daß ein Verbundpolymer mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur gebildet wird. 'Däs Verbundpolymer hat anorganische und organische Abschnitte. Im einzelnen ist aufgrund der anorganischen Abschnitte, die die unlöslichen Gerüste ausmachen, eine aus diesem Polymer hergestellte Beschichtung in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslich und zeigt eine hohe Oberflächenhärte. Ebenfalls wegen der organischen Abschnitte, die von Polyalkylenoxid hergeleitet sind, hat eine aus diesem Polymer hergestellte Beschichtung wasserabsorbierende hydrophile Abschnitte. Hat die X-Gruppe in der Formel (I) eine Carbonylgruppe, eine Carboxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Vinylgruppe, eine Epoxygruppe usw., wird ferner ebenfalls Wasser von diesen Gruppen angezogen.
- Da Polyacrylsäure oder ihr Derivat enthalten ist, hat die beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung verbesserte wasserabsorbierende Eigenschaften, die die Antibeschlageigenschaften der resultierenden Beschichtung weiter verbessern.
- Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele 3 und 4 eingehender beschrieben, ohne daß eine Einschränkung des Rahmens der Erfindung beabsichtigt ist. Die Prozentsätze in den Beispielen und Vergleichsbeispielen sind, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht bezogen.
- 9,74 g Ethylsilikat (Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;) wurde in 99,3 ml Methanol gelöst, und die resultierende Lösung wurde mit 0,002 Mol Salzsäure als Säurekatalysator und 2 Mol Wasser pro 1 Mol Ethylsilikat gemischt, so daß für 30 min bei 25ºC eine Hydrolysereaktion erfolgte. Das resultierende Ethylsilikat- Hydrolysat war ein Oligomer mit endständigen OH-Gruppen. Nach dem Mischen einer Lösung von 3% (als SiO&sub2;) des Ethylsilikat-Hydrolysates in Methanol mit Methanol wurden N,N- Dimethylbenzylamin und eine Lösung von 5% Polyethylenoxid mit einem massegemittelten Molekulargewicht von 500.000 in Methanol gemäß der in Tabelle I gezeigten Formulierung zugegeben. Das resultierende Gemisch wurde 30 min bei 25ºC gerührt, so daß eine beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung hergestellt wurde, die leicht trüb war.
- Formulierung Menge* *
- Lösung von Ethylsilikat-Hydrolysat in Methanol* 90,90
- N,N-Dimethylbenzylamin 0,01
- Lösung von 5% Polyethylehoxid in Methanol 9,09
- Gesamt 100,00
- Bemerkung:
- *: Konzentration = 3% als SiO&sub2;.
- **: Gewichtsteile
- Die beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung wurde auf eine Oberfläche einer Glasplatte aufgebracht und 10 min bei 150ºC wärmegetrocknet, so daß man eine durchsichtige Beschichtung mit einer Dicke von etwa 0,2 um erhielt. Die vorstehenden Schritte der Aufbririgungs- und Wärmebehandlung wurden nochmals auf die gleiche Weise durchgeführt, so daß eine beschlaghindernde Beschichtung mit einer Dicke von 0,4 um erhalten wurde. Die beschichtete Glasplatte würde in einem Kühlschrank 5 min bei etwa 0ºC aufbewahrt und dann in einer Atmosphäre bei einer Temperatur von 25ºC und bei einer relativen Feuchtigkeit von 81% stehen gelassen. Als Ergebnis wurde beobachtet, daß die beschichtete Oberfläche der Glasplatte überhaupt nicht beschlug.
- Der gleiche Test wie in Beispiel 1 wurde wiederholt, ausgenommen, daß keine beschlaghindernde Beschichtung auf einer Glasoberfläche gebildet wurde. Als Ergebnis wurde beobachtet, daß die Oberfläche der Glasplatte sofort beschlug, und daß der Beschlag nicht verschwand, bis 5 Minuten verstrichen waren.
- Gemäß der in Tabelle 2 gezeigten Formulierung wurde eine Lösung von Ethylsilikat in Methanol (Konzentration 28% als SiO&sub2;), eine Lösung von Aluminiumisopropoxid in Methanol (Konzentration: 5% als Al&sub2;O&sub3;), 2 N Salzsäure, Wasser und N,N- Dimethylbenzylamin gemischt und 15 min bei 25ºC gerührt, und es wurde eine Lösung von 5% Polyethylenoxid mit einem massegemittelten Molekulargewicht von 500.000 in Methanol und Polypropylenglycol mit einem massegemittelten Molekulargewicht von 3.000 dazugegeben und 30 min bei 25ºC gerührt. Die resultierende beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung war durchsichtig.
- Formulierung Menge (1)
- Lösung von Ethylsilikat-Hydrolysat in Methanol(2) 8,90
- Lösung von Aluminiumisopropoxid in Methanol (3) 0,15
- Methanol 74,00
- N,N-Dimethylbenzylamin 0,01
- 2 N Salzsäure 0,22
- Wasser 2,93
- Lösung von 5% Polyethylenoxid in Methanol 8,62
- Polypropylenglycol 5,17
- Gesamt 100,00
- Bemerkung
- (1) Gewichtsteile
- (2) Konzentration = 28% als SiO&sub2;
- (3) Konzentration = 5% als Al&sub2;O&sub3;.
- Die beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzungslösung wurde auf eine Oberfläche einer Glasplatte aufgebracht und zweimal auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 getrocknet. Die resultierende beschlaghindernde Beschichtung war durchsichtig und 1 um dick.
- Die beschichtete Glasplatte wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 getestet. Als Ergebnis wurde beobachtet, daß die beschichtete Oberfläche der Glasplatte überhaupt nicht beschlagen oder mit Kondenswasser überzogen war. Sogar nach weiterem Aufbewahren in einem Kühlschrank für 2 Stunden wurde überhaupt kein Beschlag oder Kondenswasser beobachtet.
- Gemäß der in Tabelle 3 gezeigten Formulierung wurde eine Lösung aus 10% Polyethylenoxid mit einem massegemittelten Molekulargewicht von 300.000 in Methanol mit einer Lösung von. 5% Polyacrylsäure in Methanol, N,N-Dimethylbenzylamin und γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan gemischt und 10 min bei 25ºC gerührt. Danach wurde eine Lösung eines Hydrolysates von Aluminiumisopropoxid in Methanol (Konzentration: 5% als Al&sub2;O&sub3;) dazugegeben und 30 min bei 25ºC gerührt.
- Die resultierende beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung war durchsichtig und viskoser als die von Beispiel 1.
- Formulierung Menge (1)
- Lösung von 10% Polyethylenoxid in Methanol 81,52
- Lösung von 5% Polyacrylsäure in Methanol 0,26
- N,N-Dimethylbenzylamin 0,01
- γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan 13,59
- Lösung von Aluminiumisopropoxid in Methanol (2) 4,62
- Gesamt 100,00
- Bemerkung
- (1) Gewichtsteile
- (2) Konzentration = 5% als Al&sub2;O&sub3;.
- Die beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzungslösung wurde auf eine Oberfläche einer Glasplatte aufgebracht und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 getrocknet. Die resultierende beschlaghindernde Beschichtung war durchsichtig und 3,0 um dick.
- Die beschichtete Glasplatte wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 getestet. Als Ergebnis wurde beobachtet, daß die beschichtete Oberfläche überhaupt nicht beschlagen oder mit Kondenswasser überzogen war. Nach weiterem Aufbewahren in einem Kühlschrank für 2 Stunden wurde überhaupt kein Beschlag oder Kondenswasser beobachtet. Der gleiche Test wie in Beispiel 1 wurde nach dem Trocknen der getesteten beschichteten Glasplatte mit einem Trockner wiederholt. Es wurde wiederum überhaupt kein Beschlag oder Kondenswasser beobachtet. Die beschichtete Glasplatte wurde neuerlich für 2 Stunden in einem Kühlschrank untergebracht, um den gleichen Test zu wiederholen. Diesmal wurde wiederum überhaupt kein Beschlag oder Kondenswasser beobachtet.
- Die beschichtete Glasplatte wurde in Bezug auf die Oberflächenhärte unter einer Last von 500 g gemäß JIS K 5400 gemessen. Die Oberflächenhärte wurde mit "H" bewertet.
- Gemäß der in Tabelle 4 gezeigten Formulierung wurde eine wäßrige Lösung von 25% Polyacrylsäure, die durch N,N- Dimethylbenzylamin 100%ig neutralisiert war, und eine wäßrige Lösung von 10% Lithiumhydroxid mit einer Lösung von 10% Polyethylenoxid mit einem massegemittelten Molekulargewicht von 500.000 in Methanol gemischt und 5 min bei 25ºC gerührt. Beim Rühren wurde eine Lösung eines Hydrolysats von Ethylsilikat (Konzentration 3% als SiO&sub2;) nach und nach dazugegeben und 30 min bei 25ºC gerührt. Die resultierende beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzungslösung war durchsichtig und viskos.
- Formulierung Menge (1)
- Lösung von 10% Polyethylenoxid in Methanol (2) 71,84
- Wäßrige Lösung von 25% Polyacrylsäure 5,75
- N,N-Dimethylbenzylamin 1,28
- Wäßrige Lösung von 10% Lithiumhydroxid 1,97
- Lösung von Ethylsilikat-Hydrolysat in Methanol (3) 19,16
- Gesamt 100,00
- Bemerkung
- (1) Gewichtsteile
- (2) Massegemitteltes Molekulargewicht = 500.000
- (3) Konzentration = 3% als SiO&sub2;
- Die beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzungslösung wurde auf eine Polyethylenterephthalatfolie mit einer Dicke von 100 um aufgebracht und 5 min bei 150ºC getrocknet. Als Ergebnis wurde eine beschichtete Folie mit einer 10 um dicken durchsichtigen beschlaghindernden Beschichtung ohne jegliches Verziehen erhalten.
- Ein Farbdruck erfolgte mit einem Tintenstrahldrucker vom Blasenstrahltyp (Pixel Jet, erhältlich von Canon) unter Verwendung der vorstehend beschichteten Folie. Die Blasenstrahlfarbe wurde gut in der beschichteten Folie absorbiert, ohne Rückfluß der Farbe direkt nach dem Druckbeginn. Die beschichtete Oberfläche der Folie war nicht klebrig, und die bedruckte Folie verzog sich nicht und die Farbpunkte verschwammen sogar nach einer gewissen Zeitspanne nicht. Da diese beschichtete Folie in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslich ist und sie Druckfarbe gut absorbiert, eignet sie sich als OHP-Folie.
- Wie vorstehend eingehend beschrieben ist, kann die erfindungsgemäße beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung eine beschlaghindernde Beschichtung bilden, die hydrophile und wasserabsorbierende Eigenschaften und hohe Oberflächenhärte ohne Anfälligkeit gegenüber Wasser und organischen Lösungsmitteln auf verschiedenen Substraten aus Glas, Kunststoffen usw. aufweist, bspw. auf optischen Linsen, Brillen, Fenstergläsern für Fahrzeuge und Folien für Tintenstrahldrucker, die beschlaghindernde und kondenswasserhindernde Eigenschaften benötigen. Durch Aufbringen der erfindungsgemäßen beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung auf mindestens eine Oberfläche einer OHP-Folie für Blasenstrahldrucker zur Bildung einer stark wasserabsorbierenden Beschichtung kann insbesondere die OHP-Folie Druckfarbe rasch absorbieren, ohne daß sie mit der Zeit einen Rückfluß von Farbe und ein Verziehen erleidet, und dennoch ihre Oberflächenhärte und Unlöslichkeit beibehalten.
Claims (14)
1. Beschlaghindernde Beschichtungszusammensetzung mit
(a) mindestens einem anorganischen Alkoxid und/oder
mindestens einem Hydroxylgruppen enthaltenden Polymer, das aus
dem (den) anorganischen Alkoxid(en) durch Hydrolyse und
Polykondensation gebildet ist, wobei das anorganische Alkoxid
durch die allgemeine Formel (I) dargestellt ist:
M(OR)n(X)a - n (I)
wobei M ein anorganisches Element ist, das aus der aus Si,
Al, Ti, Zr, Ca, Fe, V, Sn, Li, Be, B und P bestehenden
Gruppe ausgewählt ist; R eine Alkylgruppe ist; X eine
Alkylgruppe mit mindestens einer funktionellen Gruppe ist,
die aus der aus einer Carbonylgruppe, einer Carboxylgruppe,
einer Aminogruppe, einer Vinylgruppe und einer Epoxygruppe
bestehenden Gruppe ausgewählt ist, oder ein Halogenatom
ist; a eine Zahl ist, die die Valenz von M darstellt; und n
eine ganze Zahl von 1 bis a ist;
(b) einem Polyalkylenoxid;
(c) einem Basenkatalysator;
(d) mindestens einer Polyacrylsäure oder einem Derivat
davon; und
(e) einem Gemisch eines wasserkompatiblen organischen
Lösungsmittels und Wasser.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Alkoxid
mindestens eines ist, das aus der aus Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub4;, Al(O-iso-
C&sub3;H&sub7;)&sub3;, Ti(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Zr(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;, Zr(O-n-C&sub4;H&sub9;)&sub4;,
Ca(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, Fe&sub2;(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, V(O-iso-C&sub3;H&sub7;)&sub4;, Sn(O-t-C&sub4;H&sub9;)&sub4;,
Li(OC&sub2;H&sub5;), Be(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;, B(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;, P(OCH&sub3;) und P(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;
bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei
das Polyalkylenoxid Polyethylenoxid ist.
4. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Basenkatalysator ein tertiäres Amin ist, das in
Wasser im wesentlichen unlöslich ist und in organischen
Lösungsmitteln löslich ist.
5. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Basenkatalysator N,N-Dimethylbenzylamin ist.
6. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
die weiterhin mindestens einen Säurekatalysator aufweist,
der aus der aus Mineralsäuren, organischen Säuren und deren
Anhydriden bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
7. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Polyacrylsäure oder ihr Derivat mindestens eine
ist, die aus der aus Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure und
Salzen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die
im wesentlichen besteht aus
(a) mindestens einem anorganischen Alkoxid nach der
Definition in Anspruch 1,
(b) einem Polyalkylenoxid, wobei das Gewichtsverhältnis
des Polyalkylenoxids zu dem (den) anorganischen Alkoxid(en)
100/1-100/150 beträgt;
(c) 0,5 Gewichtsteilen oder weniger mindestens eines
Säurekatalysators pro 100 Gewichtsteile von (a);
(d) 0,01 bis 1 Gewichtsteilen mindestens eines
Basenkatalysators pro 100 Gewichtsteile von (a) + (b);
(e) 0,1-10 Gewichtsteilen von mindestens einer
Polyacrylsäure oder eines Derivats davon pro 100 Gewichtsteile
der beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung;
(f) 100-5.000 Gewichtsteilen eines wasserkompatiblen
organischen Lösungsmittels pro 100 Gewichtsteile von (a) +
(b) + (d); und
(g) einer stöchiometrischen Menge oder mehr Wasser für die
Hydrolyse des anorganischen Alkoxids (der anorganischen
Alkoxide).
9. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die
im wesentlichen besteht aus:
(a) mindestens einem Hydroxylgruppen enthaltenden Polymer,
das aus mindestens einem anorganischen Alkoxid durch
Hydrolyse und Polykondensation gebildet ist, wobei das (die)
anorganische(n) Alkoxid(e) der Definition in Anspruch 1
entspricht;
(b) einem Polyalkylenoxid, wobei das Gewichtsverhältnis
des Polyalkylenoxids zu dem (den) Hydroxylgruppen
enthaltenden Polymer(en) 100/1-100/150 beträgt;
(c) 0,01-1 Gewichtsteilen mindestens eines
Basenkatalysators pro 100 Gewichtsteile von (a) + (b);
(d) 0,1-10 Gewichtsteilen mindestens einer
Polyakrylsäure oder eines Derivats davon pro 100 Gewichtsteile der
beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung;
(e) 100-5.000 Gewichtsteilen eines wasserkompatiblen
organischen Lösungsmittels pro 100 Gewichtsteile von (a) +
(b) + (c); und
(f) eine stöchiometrischen Menge oder mehr Wasser für die
Hydrolyse des anorganischen Alkoxids (der organischen
Alkoxide).
10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die
im wesentlichen besteht aus
(a) mindestens einem anorganischen Alkoxid gemäß der
Definition in Anspruch 1;
(b) mindestens einem Hydroxylgruppen enthaltenden Polymer,
das aus dem mindestens einen anorganischen Alkoxid durch
Hydrolyse und Polykondensation gebildet ist;
(c) einem Polyalkylenoxid, wobei das Gewichtsverhältnis
des Polyalkylenoxids zu dem mindestens einem anorganischen
Alkoxid und dem mindestens einen Hydroxylgruppen
enthaltenden Polymer 100/1-100/150 beträgt;
(d) 0,5 Gewichtsteilen oder weniger mindestens eines
Säurekatalysators pro 100 Gewichtsteile von (a);
(e) 0,01-1 Gewichtsteilen mindestens eines
Basenkatalysators pro 100 Gewichtsteile von (a) + (b) + (c);
(f) 0,1-10 Gewichtsteilen mindestens einer
Polyacrylsäure oder ihres Derivats pro 100 Gewichtsteile der
beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung;
(g) 100-5.000 Gewichtsteilen eines wasserkompatiblen
organischen Lösungsmittels pro 100 Gewichtsteile von (a) +
(b) + (c) + (e); und
(h) einer stöchiometrischen Menge oder mehr Wasser für die
Hydrolyse des mindestens einen anorganischen Alkoxids.
11. Beschlaghindernd beschichteter Gegenstand mit einem
Substrat und einer beschlaghindernden Beschichtung, die auf
mindestens einer Oberfläche des Substrats gebildet ist,
wobei die beschlaghindernde Beschichtung aus einer
beschlaghindernden Beschichtungszusammensetzung nach einem der
vorstehenden Ansprüche hergestellt ist.
12. Beschichteter Gegenstand nach Anspruch 11, wobei das
Substrat aus Glas oder Kunststoff hergestellt ist.
13. Verfahren für die Herstellung eines beschlaghindernd
beschichteten Gegenstands nach Anspruch 11, wobei das
Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
(i) Aufbringen einer beschlaghindernden
Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf
mindestens eine Oberfläche des Substrats; und
(ii) Unterziehen der resultierenden geschichteten
Beschichtung einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 80ºC
oder höher.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Basenkatalysator
als Katalysator in der Polykondensation eines Hydrolysats
des anorganischen Alkoxids, in der Quervernetzungsreaktion
des Polyalkylenoxids oder in der Polykondensation und/oder
der Quervernetzungsreaktion des Hydrolysats, des
Hydroxylgruppen enthaltenden Polymers und des Polyalkylenoxids
wirkt.
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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Representative=s name: KUDLEK & GRUNERT PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT, 803 |