EP1249280B1 - Selbstreinigende Oberflächen durch hydrophobe Strukturen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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EP1249280B1
EP1249280B1 EP02003960A EP02003960A EP1249280B1 EP 1249280 B1 EP1249280 B1 EP 1249280B1 EP 02003960 A EP02003960 A EP 02003960A EP 02003960 A EP02003960 A EP 02003960A EP 1249280 B1 EP1249280 B1 EP 1249280B1
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EP
European Patent Office
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particles
self
process according
carrier
hydrophobic
Prior art date
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EP02003960A
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EP1249280A3 (de
EP1249280A2 (de
EP1249280B2 (de
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Edwin Dr. Nun
Markus Dr. Oles
Bernhard Dr. Schleich
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Evonik Operations GmbH
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Degussa GmbH
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Publication date
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Publication of EP1249280A2 publication Critical patent/EP1249280A2/de
Publication of EP1249280A3 publication Critical patent/EP1249280A3/de
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Definitions

  • the present invention relates to self-cleaning surfaces and methods for their production.
  • Articles having extremely difficult to wet surfaces have a number of economically important features.
  • the economically most important feature is the self-cleaning effect of difficult-to-wet surfaces, since the cleaning of surfaces is time consuming and costly.
  • Self-cleaning surfaces are therefore of the highest economic interest.
  • Adhesive mechanisms are usually conditioned by interfacial energy parameters between the two contacting surfaces. As a rule, the systems try to lower their free surface energy. If the free interfacial energies between two components are inherently very low, it can generally be assumed that the adhesion between these two components is weak. Important here is the relative lowering of the free surface energy. For pairings with high and low interfacial energy, the possibilities of interactions are very often important.
  • hydrophobic materials such as perfluorinated polymers
  • hydrophobic surfaces are known.
  • a further development of these surfaces is to structure the surfaces in the ⁇ m range to the nm range.
  • US Pat. No. 5,599,489 discloses a method in which a surface can be provided in a particularly repellent manner by bombardment with particles of a corresponding size and subsequent perfluorination.
  • Another method is described by H. Saito et al., Service Coatings International 4, 1997, p. 168 et seq.
  • particles of fluoropolymers are applied to metal surfaces, whereby a markedly reduced wettability of the surfaces thus produced to water has been determined with a considerably reduced tendency to freeze.
  • U.S. Patent Nos. 3,354,022 and WO 96/04123 disclose further methods of reducing the wettability of articles by surface topological changes.
  • artificial elevations or depressions with a height of about 5 to 1000 microns and a distance of about 5 to 500 microns are applied to hydrophobic or hydrophobized after structuring materials.
  • Surfaces of this type lead to rapid droplet formation, whereby the rolling drops absorb dirt particles and thus clean the surface.
  • WO 00/58410 describes the structures and claims the formation thereof by spraying hydrophobic alcohols, such as nonakosan-10-ol, or alkanediols, such as nonakosan-5,10-diol.
  • hydrophobic alcohols such as nonakosan-10-ol, or alkanediols, such as nonakosan-5,10-diol.
  • the disadvantage here is the lack of stability of the self-cleaning surfaces, since detergents lead to the replacement of the structure.
  • EP 1 040 874 A2 describes the embossing of microstructures and claims the use of such structures in analytics (microfluidics).
  • a disadvantage of these structures is the insufficient mechanical stability.
  • JP 11171592 describes a water-repellent product and its preparation in which the soil-repellent surface is produced by applying a film to the surface to be treated comprising fine particles of metal oxide and the hydrolyzate of a metal alkoxide or chelate.
  • the substrate to which the film has been applied must be sintered at temperatures above 400 ° C. The method can therefore only be used for substrates which are stable even at temperatures above 400 ° C.
  • WO 00/39 239 describes a process for producing a surface with ultraphobic properties, in which one is coated with Ni (OH) 2 particles, if appropriate coated with an adhesion promoter and then provided with a hydrophobic and / or oleophobic coating ,
  • the object of the present invention was to provide particularly well self-cleaning surfaces with structures in the nanometer range, as well as a simple method for producing such self-cleaning surfaces.
  • an object of the present invention to provide a method for producing self-cleaning surfaces, in which the coated material must be exposed to only low chemical or physical loads.
  • the present invention is therefore a self-cleaning surface having an artificial, at least partially hydrophobic surface structure of elevations and depressions, wherein the elevations and depressions are formed by fixed by means of a carrier on the surface particles, which is characterized in that the particles have a rugged structure with elevations and / or depressions in the nanometer range.
  • the present invention also provides a process for the production of self-cleaning surfaces, in which a suitable, at least partially hydrophobic surface structure is provided by fixing particles by means of a carrier on a surface, which is characterized in that particles, the rugged structures with elevations and / or depressions in the nanometer range can be used.
  • a further advantage of the method according to the invention is that scratch-sensitive surfaces during application of the particles are not damaged by particles present in the carrier since the use of paints and subsequent application of the particles to the carrier already protect the scratch-sensitive surface by the carrier.
  • the self-cleaning surface according to the invention which has an artificial, at least partially hydrophobic surface structure of elevations and depressions, wherein the elevations and depressions are formed by particles fixed on the surface by means of a carrier, is characterized in that the particles have a rugged structure with elevations and or pits in the nanometer range aur mars.
  • the elevations have on average a height of 20 to 500 nm, particularly preferably of 50 to 200 nm.
  • the spacing of the elevations or depressions on the particles is preferably less than 500 nm, very particularly preferably less than 200 nm.
  • the rugged structures with elevations and / or pits in the nanometer range can be e.g. cavities, pores, grooves, peaks and / or spikes are formed.
  • the particles themselves have an average size of less than 50 .mu.m, preferably of less than 30 .mu.m and most preferably of less than 20 .mu.m.
  • the particles preferably have a BET surface area of from 50 to 600 square meters per gram. Most preferably, the particles have a BET surface area of from 50 to 200 m 2 / g.
  • the particles comprise at least one material selected from silicates, doped silicates, minerals, metal oxides, silicas, polymers and silica-coated metal powders.
  • the particles have fumed silicas or precipitated silicas, in particular aerosils, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , coated with Aerosil R974 zinc powder, preferably with a particle size of 1 micron or powdery polymers, such as cryogenically ground or spray-dried polytetrafluoroethylene (PTFE) or perfluorinated copolymers or copolymers with tetrafluoroethylene, on.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the particles preferably also have hydrophobic properties in addition to the fissured structures in order to generate the self-cleaning surfaces.
  • the particles themselves may be hydrophobic, e.g. PTFE-containing particles, or the particles used may have been rendered hydrophobic.
  • the hydrophobing of the particles can be carried out in a manner known to those skilled in the art.
  • Typical hydrophobized particles are e.g. Fine powders such as Aerosil-R 8200 (Degussa AG), which are available for purchase.
  • the preferably used silicic acids preferably have a dibutyl phthalate adsorption, based on DIN 53 601, of between 100 and 350 ml / 100 g, preferably values between 250 and 350 ml / 100 g.
  • the particles are fixed to the surface by means of a carrier.
  • the self-cleaning surface can be generated.
  • the support is a lacquer cured by means of thermal energy and / or light energy, a two-component lacquer system or another reactive lacquer system, wherein the curing preferably takes place by polymerization or crosslinking.
  • the cured lacquer particularly preferably comprises polymers and / or copolymers of mono- and / or polyunsaturated acrylates and / or methacrylates.
  • the mixing ratios can be in wide limits are varied. It is also possible that the cured lacquer compounds having functional groups, such as hydroxyl groups, epoxide groups, amine groups, or fluorine-containing compounds, such as perfluorinated esters of acrylic acid.
  • lacquer and hydrophobic particles such as Aerosil R 8200 by means of N- [2- (acryloyloxy) ethyl] -N-ethylperfluoroctan-1-sulfonklamid be coordinated.
  • lacquers not only lacquers based on acrylic resin can be used, but also lacquers based on polyurethane or lacquers which have polyurethane acrylates or silicone acrylates.
  • the self-cleaning surfaces according to the invention have an unrolling angle of less than 20 °, particularly preferably less than 10 °, the unrolling angle being defined such that a drop of water applied from a 1 cm height rolls onto a plane surface resting on an inclined plane.
  • the advancing angle and the retreating angle are above 140 °, preferably above 150 ° and have a hysteresis of less than 15 °, preferably less than 10 °. Because the surfaces according to the invention have an advancing and retreating angle above at least 140 °, preferably above 150 °, particularly good self-cleaning surfaces become accessible.
  • the self-cleaning surfaces are semitransparent.
  • the surfaces according to the invention can be contact-transparent, that is to say that after the creation of a surface according to the invention on a labeled object, this inscription, depending on the size of the writing, can still be read.
  • the self-cleaning surfaces according to the invention are preferably produced by the process according to the invention for producing these surfaces.
  • This inventive method for producing self-cleaning surfaces in which a suitable, at least partially hydrophobic surface structure is created by fixing particles by means of a support on a surface, is characterized in that particles, the rugged structures with elevations and / or depressions in the nanometer range have to be used.
  • those particles which comprise at least one material selected from silicates, doped silicates, minerals, metal oxides, silicic acids or polymers are used.
  • the particles very particularly preferably have pyrogenic silicates or silicic acids, in particular aerosils, minerals such as magadiite Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 with Zn powder coated with Aerosil R 974 or pulverulent polymers, such as, for example, cryogenically ground or spray-dried polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • particles having a BET surface area of 50 to 600 m 2 / g Particular preference is given to using particles having a BET surface area of 50 to 600 m 2 / g. Very particular preference is given to using particles which have a BET surface area of from 50 to 200 m 2 / g.
  • the particles preferably also have hydrophobic properties in addition to the fissured structures in order to generate the self-cleaning surfaces.
  • the particles themselves may be hydrophobic, e.g. PTFE-containing particles, or the particles used may have been rendered hydrophobic.
  • the hydrophobing of the particles can be carried out in a manner known to those skilled in the art.
  • Typical hydrophobized particles are e.g. Fine powders such as Aerosil R 974 or Aerosil-R 8200 (Degussa AG), which are available for purchase.
  • the application of the curable substance can be done for example by spraying, knife coating, brushing or spraying.
  • the curable substance is applied in a thickness of 1 to 100 microns, preferably in a thickness of 5 to 50 microns.
  • the viscosity of the curable substance it may be advantageous to allow the substance to harden or to dry before the particles are applied.
  • the viscosity of the curable substance is chosen so that the applied particles at least partially sink into the curable substance However, the curable substance or the particles applied to it no longer run when the surface is placed vertically.
  • the application of the particles can be carried out by conventional methods such as spraying or powdering.
  • the application of the particles can be effected by spraying using an electrostatic spray gun.
  • excess particles that is to say particles which do not adhere to the hardenable substance, can be removed from the surface by shaking, brushing or blowing off. These particles can be collected and reused.
  • the curable substance used may be a lacquer which comprises at least mixtures of mono- and / or polyunsaturated acrylates and / or methacrylates.
  • the mixing ratios can be varied within wide limits. Particular preference is given to using a lacquer curable by means of thermal or chemical energy and / or light energy.
  • a lacquer or a lacquer system is selected which has hydrophobic properties if the particles used have hydrophobic properties.
  • a lacquer is selected which has hydrophilic properties when the particles used have hydrophilic properties.
  • the mixtures used as lacquer have compounds with functional groups, such as, for example, hydroxyl groups, epoxide groups, amine groups or fluorine-containing compounds, for example perfluorinated esters of acrylic acid.
  • functional groups such as, for example, hydroxyl groups, epoxide groups, amine groups or fluorine-containing compounds, for example perfluorinated esters of acrylic acid.
  • hydrophobic particles such as Aerosil VPR 411 using N- [2- (acryloyloxy) ethyl] -N-ethylperfluoroctan-1-sulfonic acid amide matched become.
  • curable substances not only acrylic resin-based paints can be used, but also polyurethane-based paints, or polyurethane acrylates or silicone acrylates. It is likewise possible to use two-component coating systems or other reactive coating systems as curable substances.
  • the fixing of the particles on the carrier takes place by hardening of the carrier, this being done, depending on the paint system used, preferably by thermal and / or chemical energy and / or light energy.
  • the hardening of the support triggered by chemical or thermal energy and / or light energy, may be e.g. by polymerization or crosslinking of the components of the paints or paint systems.
  • the carrier is particularly preferably cured by light energy, and the carrier is most preferably polymerized by the light of an Hg medium-pressure lamp in the UV range.
  • the curing of the support takes place under an inert gas atmosphere, most preferably under a nitrogen atmosphere.
  • the curable substance is cured within 0.1 to 10 minutes, preferably within 1 to 5 minutes after application of the particles.
  • particles which have hydrophobic properties and / or which have hydrophobic properties by treatment with at least one compound from the group of alkylsilanes, alkyldisilazanes or perfluoroalkylsilanes.
  • the hydrophobization of particles is known and may be e.g. in the series Pigments, number 18, the Degussa AG be read.
  • the particles with hydrophobic properties after fixing on the support may also be advantageous to provide the particles with hydrophobic properties after fixing on the support.
  • This can be done, for example, by providing the particles of the treated surface with hydrophobic properties by treatment with at least one compound from the group of the alkylsilanes, the perfluoroalkylsilanes, which can for example be obtained from Sivento GmbH.
  • the treatment is carried out in that the surface having particles which is to be rendered hydrophobic is immersed in a solution comprising a hydrophobing reagent such as alkylsilanes, excess hydrophobing agent is drained off and the surface is dripped off annealed as high as possible.
  • the maximum applicable temperature is limited by the softening temperatures of the carrier or substrate.
  • the process according to at least one of claims 8 to 17 can be used excellently for producing self-cleaning surfaces on planar or non-planar objects, in particular on non-planar objects. This is only possible to a limited extent with the conventional methods. In particular, by methods in which prefabricated films are applied to a surface or in processes in which a structure is to be created by embossing, are non-planar objects, such as. Sculptures, not or only partially accessible. Naturally, however, the process according to the invention can also be used to produce self-cleaning surfaces on objects with planar surfaces, such as e.g. Greenhouses or public transport.
  • the use of the method according to the invention for the production of self-cleaning surfaces on greenhouses has advantages since the method self-cleaning surfaces e.g. can also be produced on transparent materials such as glass or Plexiglas® and the self-cleaning surface can be formed at least as transparent that sufficient sunlight can penetrate through the equipped with a self-cleaning surface transparent surface for the growth of the plants in the greenhouse.
  • greenhouses having a surface according to the invention according to one of claims 1 to 7, can be operated with longer cleaning intervals.
  • the method of the invention may also be used to make self-cleaning surfaces on non-rigid surfaces of articles, such as screens or other surfaces which are kept flexible.
  • the method according to the invention can be used according to at least one of claims 8 to 17, for the production of self-cleaning surfaces on flexible or inflexible walls in the sanitary area.
  • Such walls may be, for example, partitions in public toilets, walls of shower cubicles, swimming pools or saunas, but also shower curtains (flexible wall).
  • SEM Scattered electron micrographs
  • the support was cured at a wavelength of 308 nm under nitrogen. After curing the backing, excess Aerosil VPR 411 was brushed off. The characterization of the surface was initially visual and is logged with +++. +++ means, water droplets are almost completely formed. The roll-off angle was 2.4 °. Progressive and retreatment angles greater than 150 ° each were measured. The associated hysteresis is below 10 °.
  • Example 1 The experiment of Example 1 was repeated, wherein particles of aluminum oxide C (Degussa AG), an aluminum oxide having a BET surface area of 100 m 2 / g, were sprayed electrostatically.
  • the cured, brushed plate for hydrophobing was dipped in a formulation of tridecafluorooctyltriethoxysilane in ethanol (Dynasilan 8262, Sivento GmbH). After draining off excess Dynasilan 8262, the plate was annealed at a temperature of 80 ° C. The surface is rated ++, ie the shape of the water droplets is not ideal, the rolling angle is below 20 °.
  • Silica acid Sipernat 350 from Degussa AG is sprinkled onto the support-treated plate from Example 1. After a penetration time of 5 minutes, the treated plate is cured under nitrogen in UV light at 308 nm. Excess particles are brushed off again and the plate is then immersed again in Dynasilan 8262 and then annealed at 80 ° C. The surface is classified as +++.
  • Example 1 The experiment of Example 1 is repeated, but instead of Aerosil VPR 411 Aerosil R 8200 (Degussa AG), which uses a BET surface area of 200 ⁇ 25 m 2 / g.
  • the assessment of the surface is +++.
  • the roll angle has been determined to be 1.3 °.
  • progression and retraction angles were measured, each of which exceeded 150 °.
  • the associated hysteresis is below 10 °.
  • the rolling angle was 0.5 °. Progressive and retreatment angles greater than 150 ° each were measured. The associated hysteresis is below 10 °.
  • Example 1 On the dried support of Example 1 applied in a thickness of 200 ⁇ is a suspension of 10 wt .-% spray-dried fumed silica, Aeroperl 90 / 30Degussa AG, a silica having a BET surface area of 90 m 2 / g, in ethanol, knife.
  • the surface After curing in UV light and treatment with the hydrophobing agent Dynasilan 8262, the surface is evaluated only with +, ie, the droplet forms poorly and sticks to high angles of inclination at the surface.
  • the poor cleaning effect is due to the smearing of the fissured structures. This is probably done by dissolving monomers of the not yet cured paint system in ethanol. The ethanol vaporizes before curing and the monomers remain in the fissured structures where they also harden during the hardening process, thereby greasing and filling the fissured structures. In this way, the self-cleaning effect deteriorates significantly.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft selbstreinigende Oberflächen und Verfahren zu deren Herstellung.
  • Gegenstände mit extrem schwer benetzbaren Oberflächen weisen eine Reihe von wirtschaftlich bedeutsamen Merkmalen auf. Das wirtschaftlich bedeutendste Merkmal ist dabei die selbstreinigende Wirkung von schwerbenetzbaren Oberflächen, da die Reinigung von Oberflächen zeit- und kostenintensiv ist. Selbstreinigende Oberflächen sind somit von höchstem wirtschaftlichen Interesse. Haftmechanismen werden in der Regel durch grenzflächenenergetische Parameter zwischen den beiden sich berührenden Oberflächen bedingt. In der Regel versuchen dabei die Systeme ihre freie Grenzflächenenergie zu erniedrigen. Liegen die freien Grenzflächenenergien zwischen zwei Komponenten von sich aus schon sehr niedrig, so kann allgemein davon ausgegangen werden, dass die Haftung zwischen diesen beiden Komponenten schwach ausgeprägt ist. Wichtig ist dabei die relative Erniedrigung der freien Grenzflächenenergie. Bei Paarungen mit einer hohen und einer niedrigen Grenzflächenenergie kommt es sehr oft auf die Möglichkeiten der Wechselwirkungen an. So ist beispielsweise beim Aufbringen von Wasser auf eine hydrophobe Oberfläche nicht möglich, eine merkliche Erniedrigung der Grenzflächenenergie herbeizuführen. Dies ist daran erkennbar, dass die Benetzung schlecht ist. Aufgebrachtes Wasser bildet Tropfen mit sehr hohem Kontaktwinkel. Perfluorierte Kohlenwasserstoffe, z.B. Polytetrafluorethylen, haben sehr niedrige Grenzflächenenergie. Auf solchen Oberflächen haften kaum irgendwelche Komponenten bzw. auf solchen Oberflächen abgelagerte Komponenten können sehr leicht wieder entfernt werden.
  • Der Einsatz von hydrophoben Materialien, wie perfluorierten Polymeren, zur Herstellung von hydrophoben Oberflächen ist bekannt. Eine Weiterentwicklung dieser Oberflächen besteht darin, die Oberflächen im µm-Bereich bis nm-Bereich zu strukturieren. US-PS 5 599 489 offenbart ein Verfahren, bei dem eine Oberfläche durch Beschuss mit Partikeln einer entsprechenden Größe und anschließender Perfluorierung besonders abweisend ausgestattet werden kann. Ein anderes Verfahren beschreiben H. Saito et al in "Service Coatings International" 4, 1997, S. 168 ff. Hier werden Partikel aus Fluorpolymeren auf Metalloberflächen aufgebracht, wobei eine stark erniedrigte Benetzbarkeit der so erzeugten Oberflächen gegenüber Wasser mit einer erheblich reduzierten Vereisungsneigung festgestellt wurde.
  • In US-PS 3 354 022 und WO 96/04123 sind weitere Verfahren zur Erniedrigung der Benetzbarkeit von Gegenständen durch topologische Veränderungen der Oberflächen beschrieben. Hier werden künstliche Erhebungen bzw. Vertiefungen mit einer Höhe von ca. 5 bis 1 000 µm und einem Abstand von ca. 5 bis 500 µm auf hydrophobe oder nach der Strukturierung hydrophobierte Werkstoffe aufgebracht. Oberflächen dieser Art führen zu einer schnellen Tropfenbildung, wobei die abrollenden Tropfen Schmutzteilchen aufnehmen und somit die Oberfläche reinigen.
  • Dieses Prinzip ist der Natur entlehnt. Kleine Kontaktflächen erniedrigen die Van-der-Waal's-Wechselwirkung, die für die Haftung an ebenen Oberflächen mit niedriger Oberflächenenergie verantwortlich ist. Beispielsweise sind die Blätter der Lotus-Pflanze mit Erhebungen aus einem Wachs versehen, die die Kontaktfläche zu Wasser herabsetzen. WO 00/58410 beschreibt die Strukturen und beansprucht die Ausbildung selbiger durch Aufsprühen von hydrophoben Alkoholen, wie Nonakosan-10-ol, oder Alkandiolen, wie Nonakosan-5,10-diol. Nachteilig hieran ist die mangelhafte Stabilität der selbstreinigenden Oberflächen, da Detergentien zur Ablösung der Struktur führen.
  • Eine weitere Methode, leicht reinigbare Oberflächen zu erzeugen, ist in DE 199 17 367 A1 beschrieben. Überzüge auf Basis fluorhaltiger Kondensate sind aber nicht selbstreinigend. Die Kontaktfläche zwischen Wasser und Oberfläche ist zwar reduziert, jedoch nicht in ausreichendem Maße.
  • EP 1 040 874 A2 beschreibt das Abprägen von Mikrostrukturen und beansprucht die Verwendung solcher Strukturen in der Analytik (Mikrofluidik). Nachteilig an diesen Strukturen ist die ungenügende mechanische Stabilität.
  • In JP 11171592 wird ein Wasser abweisendes Produkt und dessen Herstellung beschrieben, wobei die Schmutz abweisende Oberfläche dadurch hergestellt wird, dass ein Film auf die zu behandelnde Oberfläche aufgetragen wird, der feine Partikel aus Metalloxid und das Hydrolysat eines Metallalkoxids oder - chelats aufweist. Zur Verfestigung dieses Films muss das Substrat, auf welches der Film aufgebracht wurde, bei Temperaturen oberhalb 400 °C gesintert werden. Das Verfahren ist deshalb nur für Substrate einsetzbar, welche auch bei Temperaturen oberhalb von 400 °C stabil sind.
  • In WO 00/39 239, wird es ein Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche mit ultraphoben Eigenschaften beschrieben, bei dem eine mit Ni(OH)2 - Partikeln beschichtet, gegebenfalls mit einem Haftvermittler überzogen und anschließend mit einem Hydrophoben und/oder oleophoben Überzug versehen wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung von besonders gut selbstreinigenden Oberflächen mit Strukturen im Nanometerbereich, sowie ein einfaches Verfahren zur Herstellung solcher selbstreinigenden Oberflächen.
  • Außerdem war Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen bereitzustellen, bei denen das beschichtete Material nur geringen chemischen oder physikalischen Belastungen ausgesetzt werden muss.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine selbstreinigende Oberfläche, die eine künstliche, zumindest teilweise hydrophobe Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Erhebungen und Vertiefungen durch mittels eines Trägers auf der Oberfläche fixierten Partikel gebildet werden, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Partikel eine zerklüftete Struktur mit Erhebungen und/oder Vertiefungen im Nanometerbereich aufweisen.
  • Ebenfalls ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen, bei dem eine geeignete, zumindest teilweise hydrophobe Oberflächenstruktur durch Fixieren von Partikeln mittels eines Trägers auf einer Oberfläche geschaffen wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass Partikel, die zerklüftete Strukturen mit Erhebungen und/oder Vertiefungen im Nanometerbereich aufweisen, eingesetzt werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind selbstreinigende Oberflächen zugänglich, die Partikel mit einer zerklüfteten Struktur aurweisen. Durch die Verwendung von Partikeln, welche eine zerklüftete Struktur aufweisen, werden auf einfache Weise Oberflächen zugänglich, die bis in den Nanometerbereich strukturiert sind. Um diese Struktur im Nanometerbereich zu erhalten ist es notwendig, dass die Partikel nicht durch den Träger, mit welchem sie an der Oberfläche fixiert sind, benetzt sind, da sonst die Struktur im Nanobereich verloren gehen würde.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass kratzempfindliche Oberflächen beim Auftragen der Partikel nicht durch in dem Träger vorhandenen Partikeln beschädigt wird, da bei der Verwendung von Lacken und anschließendem Aufbringen der Partikel auf den Träger die kratzempfindliche Oberfläche bereits durch den Träger geschützt ist.
  • Im nachfolgenden werden Substanzen, die zur Fixierung von Partikeln auf einer Oberfläche eingesetzt werden, als Träger bezeichnet.
  • Die erfindungsgemäße selbstreinigende Oberfläche, die eine künstliche, zumindest teilweise hydrophobe Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Erhebungen und Vertiefungen durch mittels eines Trägers auf der Oberfläche fixierten Partikel gebildet werden, zeichnet sich dadurch aus, dass die Partikel eine zerklüftete Struktur mit Erhebungen und/oder Vertiefungen im Nanometerbereich aurweisen. Vorzugsweise weisen die Erhöhungen im Mittel eine Höhe von 20 bis 500 nm, besonders bevorzugt von 50 bis 200 nm auf. Der Abstand der Erhöhungen bzw. Vertiefungen auf den Partikeln beträgt vorzugsweise weniger als 500 nm, ganz besonders bevorzugt weniger als 200 nm.
  • Die zerklüfteten Strukturen mit Erhebungen und/oder Vertiefungen im Nanometerbereich können z.B. über Hohlräume, Poren, Riefen, Spitzen und/oder Zacken gebildet werden. Die Partikel selbst weisen eine durchschnittliche Größe von kleiner 50 µm, vorzugsweise von kleiner 30 µm und ganz besonders bevorzugt von kleiner 20 µm auf.
  • Bevorzugt weisen die Partikel eine BET-Oberfläche von 50 bis 600 Quadratmeter pro Gramm auf Ganz besonders bevorzugt weisen die Partikel eine BET-Oberfläche von 50 bis 200 m2/g auf.
  • Als strukturbildende Partikel können verschiedenste Verbindungen aus vielen Bereichen der Chemie eingesetzt werden. Vorzugsweise weisen die Partikel zumindest ein Material, ausgewählt aus Silikaten, dotierten Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren, Polymeren und mit Kieselsäure beschichteten Metallpulvern, auf. Ganz besonders bevorzugt weisen die Partikel pyrogene Kieselsäuren oder Fällungskieselsäuren, insbesondere Aerosile, Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, mit Aerosil R974 ummanteltes Zinkpulver, vorzugsweise mit einer Teilchengrößen von 1 µm oder pulverförmige Polymere, wie z.B. kryogen gemahlenes oder sprühgetrocknetes Polytetrafluorethylen (PTFE) oder perfluorierte Copolymere bzw. Copolymere mit Tetrafluorethylen, auf.
  • Vorzugsweise weisen die Partikel zur Generierung der selbstreinigenden Oberflächen neben den zerklüfteten Strukturen auch hydrophobe Eigenschaften auf. Die Partikel können selbst hydrophob sein, wie z.B. PTFE aufweisende Partikel, oder die eingesetzten Partikel können hydrophobiert worden sein. Das Hydrophobieren der Partikel kann auf eine dem Fachmann bekannte Weise erfolgen. Typische hydrophobierte Partikel sind z.B. Feinstpulver wie Aerosil-R 8200 (Degussa AG), die käuflich zu erwerben sind.
  • Die vorzugsweise verwendeten Kieselsäuren weisen vorzugsweise eine Dibutylphthalat-Adsorbption, angelehnt an DIN 53 601, von zwischen 100 und 350 ml/100 g, bevorzugt Werte zwischen 250 und 350 ml/100 g.
  • Die Partikel werden an der Oberfläche mittels eines Trägers fixiert. Durch Auftrag der Partikel auf die Oberfläche in einer dicht gepackten Schicht, lässt sich die selbstreinigende Oberfläche generieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsart der erfindungsgemäßen selbstreinigenden Oberfläche ist der Träger ein mittels thermischer Energie und/oder Lichtenergie gehärteter Lack, ein Zweikomponenten-Lacksystem oder ein anderes reaktives Lacksystem, wobei die Härtung vorzugsweise durch Polymerisation oder Vernetzung erfolgt. Besonders bevorzugt weist der gehärtete Lack Polymerisate und/oder Copolymerisate aus einfach und/oder mehrfach ungesättigten Acrylaten und/oder Methacrylaten auf. Die Mischungsverhältnisse können in weiten Grenzen variiert werden. Ebenso ist es möglich, dass der gehärtete Lack Verbindungen mit funktionellen Gruppen, wie z.B. Hydroxy-Gruppen, Epoxid-Gruppen, Amin-Gruppen, oder fluorhaltige Verbindungen, wie z.B. perfluorierte Ester der Acrylsäure, aufweist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Verträglichkeit von Lack und hydrophoben Partikeln wie beispielsweise von Aerosil R 8200 mittels N-[2-(Acryloyloxy)-ethyl]-N-ethylperfluoroctan-1-sulfonsäureamid aufeinander abgestimmt werden. Als Lacke sind nicht nur Lacke auf Acrylharz-Basis einsetzbar, sondern auch Lacke auf Polyurethan-Basis oder aber Lacke, die Polyurethanacrylate oder Siliconacrylate aufweisen.
  • Die erfindungsgemäßen selbstreinigenden Oberflächen weisen eine Abrollwinkel von kleiner 20°, besonders bevorzugt kleiner 10° auf, wobei der Abrollwinkel so definiert ist, dass ein aus 1 cm Höhe auf eine auf einer schiefen Ebene ruhenden planen Oberfläche aufgebrachter Wassertropfen abrollt. Die Fortschreitwinkel und die Rückzugswinkel liegen oberhalb von 140°, bevorzugt oberhalb von 150° und weisen eine Hysterese von kleiner 15°, vorzugsweise kleiner 10° auf. Dadurch, dass die erfindungsgemäßen Oberflächen einen Fortschreit- und Rückzugswinkel oberhalb von zumindest 140°, vorzugsweise oberhalb von 150° aufweisen, werden besonders gute selbstreinigende Oberflächen zugänglich.
  • Je nach verwendetem Lacksystem und je nach Größe und Material der eingesetzten Partikel kann erreicht werden, dass die selbstreinigenden Oberflächen semitransparent sind. Insbesondere können die erfindungsgemäßen Oberflächen kontakttransparent sein, dass heißt das nach Erstellen einer erfindungsgemäßen Oberfläche auf einem beschrifteten Gegenstand diese Beschriftung, in Abhängigkeit von der Größe der Schrift, weiterhin lesbar ist.
  • Die erfindungsgemäßen selbstreinigenden Oberflächen werden vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieser Oberflächen hergestellt. Diese erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen, bei dem eine geeignete, zumindest teilweise hydrophobe Oberflächenstruktur durch Fixieren von Partikeln mittels eines Trägers auf einer Oberfläche geschaffen wird, zeichnet sich dadurch aus, dass Partikel, die zerklüftete Strukturen mit Erhebungen und/oder Vertiefungen im Nanometerbereich aufweisen, eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise werden solche Partikel, die zumindest ein Material, ausgewählt aus Silikaten, dotierten Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren oder Polymeren aufweisen, eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt weisen die Partikel pyrogene Silikate oder Kieselsäuren, insbesondere Aerosile, Mineralien wie Magadiit Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2 mit Aerosil R 974 ummanteltes Zn-Pulver oder pulverförmige Polymere, wie z.B. kryogen gemahlenes oder sprühgetrocknet Polytetrafluorethylen (PTFE), auf.
  • Besonders bevorzugt werden Partikel mit einer BET-Oberfläche von 50 bis 600 m2/g eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt werden Partikel eingesetzt, die eine BET-Oberfläche von 50 bis 200 m2/g aufweisen.
  • Vorzugsweise weisen die Partikel zur Generierung der selbstreinigenden Oberflächen neben den zerklüfteten Strukturen auch hydrophobe Eigenschaften auf. Die Partikel können selbst hydrophob sein, wie z.B. PTFE aufweisende Partikel, oder die eingesetzten Partikel können hydrophobiert worden sein. Das Hydrophobieren der Partikel kann auf eine dem Fachmann bekannte Weise erfolgen. Typische hydrophobierte Partikel sind z.B. Feinstpulver wie Aerosil R 974 oder Aerosil-R 8200 (Degussa AG), die käuflich zu erwerben sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise die Schritte
    • a) Aufbringen einer härtbaren Substanz als Träger auf eine Oberfläche,
    • b) Aufbringen von Partikeln, die zerklüftete Strukturen aufweisen, auf den Träger und
    • c) Fixieren der Partikel durch Härten des Trägers,
    auf.
  • Das Aufbringen der härtbaren Substanz kann z.B. durch Aufsprühen, Aufrakeln, Aufstreichen oder Aufspritzen erfolgen. Vorzugsweise wird die härtbare Substanz in einer Dicke von 1 bis 100 µm, vorzugsweise in einer Dicke von 5 bis 50 µm aufgebracht. Je nach Viskosität der härtbaren Substanz kann es vorteilhaft sein, die Substanz vor dem Aufbringen der Partikel anhärten bzw. antrocknen zu lassen. Idealerweise wird die Viskosität der härtbaren Substanz so gewählt, dass die aufgebrachten Partikel zumindest teilweise in die härtbare Substanz einsinken können, die härtbare Substanz bzw. die auf ihr aufgebrachten Partikel aber nicht mehr verlaufen, wenn die Oberfläche senkrecht gestellt wird.
  • Das Aufbringen der Partikel kann durch gängige Verfahren wie Aufsprühen oder Bepudern erfolgen. Insbesondere kann das Aufbringen der Partikel durch Aufsprühen unter Verwendung einer elektrostatischen Sprühpistole erfolgen. Nach dem Aufbringen der Partikel können überschüssige Partikel, also Partikel die nicht an der härtbaren Substanz haften, durch Schütteln, Abbürsten oder Abblasen von der Oberfläche entfernt werden. Diese Partikel können gesammelt und wieder eingesetzt werden.
  • Als härtbare Substanz kann als Träger ein Lack, der zumindest Mischungen aus einfach und/oder mehrfach ungesättigten Acrylaten und/oder Methacrylaten aufweist, eingesetzt werden. Die Mischungsverhältnisse können in weiten Grenzen variiert werden. Besonders bevorzugt wird ein mittels thermischer oder chemischer Energie und/oder Lichtenergie härtbarer Lack eingesetzt.
  • Als härtbare Substanz wird ein Lack oder ein Lacksystem ausgewählt, die hydrophobe Eigenschaften aufweist, wenn die eingesetzten Partikel hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Umgekehrt wird als härtbare Substanz ein Lack ausgewählt der hydrophile Eigenschaften aufweist, wenn die eingesetzten Partikel hydrophile Eigenschaften aufweisen.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn die als Lack eingesetzten Mischungen Verbindungen mit funktionellen Gruppen, wie z.B. Hydroxy-Gruppen, Epoxid-Gruppen, Amin-Gruppenoder fluorhaltige Verbindungen, wie z.B. perfluorierte Ester der Acrylsäure, aufweist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Verträglichkeit (in Bezug auf die hydrophoben Eigenschaften) von Lack und hydrophoben Partikeln wie beispielsweise von Aerosil VPR 411 mittels N-[2-(Acryloyloxy)-ethyl]-N-ethylperfluoroctan-1-sulfonsäureamid aufeinander abgestimmt werden. Als härtbare Substanzen können nicht nur Lacke auf Acrylharz-Basis eingesetzt werden, sondern auch Lacke auf Polyurethan-Basis, oder aber Polyurethanacrylate oder Siliconacrylate. Ebenfalls sind als härtbare Substanzen Zweikomponentenlacksysteme oder andere reaktive Lacksysteme einsetzbar.
  • Das Fixieren der Partikel auf dem Träger erfolgt durch Härten des Trägers, wobei dieses, je nach verwendetem Lacksystem, vorzugsweise durch thermische und/oder chemische Energie und/oder Lichtenergie erfolgt. Das Härten des Trägers, ausgelöst durch chemische oder thermische Energie und/oder Lichtenergie, kann z.B. durch Polymerisation oder Vernetzung der Bestandteile der Lacke bzw. Lacksysteme erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt das Härten des Trägers durch Lichtenergie und ganz besonders bevorzugt erfolgt das Polymerisieren des Trägers durch Licht einer Hg-Mitteldrucklampe im UV-Bereich. Vorzugsweise erfolgt das Härten des Trägers unter einer Inertgas-Atmosphäre, ganz besonders bevorzugt unter einer Stickstoffatmosphäre.
  • Je nach Dicke der aufgebrachten härtbaren Substanz und Durchmesser der verwendeten Partikel kann es notwendig sein, die Zeit, die zwischen Aufbringen der Partikel und Härten der härtbaren Substanz verstreicht, zu begrenzen, um ein vollständiges Eintauchen der Partikel in die härtbare Substanz zu vermeiden. Vorzugsweise wird die härtbare Substanz innerhalb von 0,1 bis 10 min, vorzugsweise innerhalb von 1 bis 5 min nach dem Aufbringen der Partikel gehärtet.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorteilhaft sein, Partikel einzusetzen, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen und/oder die durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Alkyldisilazane oder Perfluoralkylsilane, hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Die Hydrophobierung von Partikeln ist bekannt und kann z.B. in der Schriftenreihe Pigmente, Nummer 18, der Degussa AG nachgelesen werden.
  • Es kann ebenso vorteilhaft sein, die Partikel nach dem Fixieren auf dem Träger mit hydrophoben Eigenschaften auszustatten. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass die Partikel der behandelten Oberfläche durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, der Perfluoralkylsilane, die z.B. bei der Sivento GmbH zu beziehen sind, mit hydrophoben Eigenschaften ausgestattet werden. Vorzugsweise erfolgt die Behandlung dadurch, dass die Partikel aufweisende Oberfläche, die hydrophobiert werden soll, in eine Lösung, die ein Hydrophobierungsreagenz wie z.B. Alkylsilane aufweist, getaucht wird, überschüssiges Hydrophobierungsreagenz abgetropft wird und die Oberfläche bei einer möglichst hohen Temperatur getempert. Die maximal anwendbare Temperatur ist durch die Erweichungstemperaturen von Träger oder Substrat limitiert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 17 kann hervorragend zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf planaren oder nichtplanaren Gegenständen, insbesondere auf nichtplanaren Gegenständen verwendet werden. Dies ist mit den herkömmlichen Verfahren nur eingeschränkt möglich. Insbesondere über Verfahren, bei denen vorgefertigte Filme auf eine Oberfläche aufgebracht werden oder bei Verfahren, bei denen eine Struktur durch Prägen erstellt werden soll, sind nichtplanare Gegenstände, wie z.B. Skulpturen, nicht oder nur eingeschränkt zugänglich. Naturgemäße kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf Gegenständen mit planaren Oberflächen, wie z.B. Gewächshäusern oder öffentlichen Verkehrsmitteln verwendet werden. Insbesondere die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen an Gewächshäusern weist Vorteile auf, da mit dem Verfahren selbstreinigende Oberflächen z.B. auch auf transparenten Materialien wie Glas oder Plexiglas® hergestellt werden können und die selbstreinigende Oberfläche zumindest soweit transparent ausgebildet werden kann, dass für das Wachstum der Pflanzen im Gewächshaus genügend Sonnenlicht durch die mit einer selbstreinigenden Oberfläche ausgerüstete transparente Oberfläche dringen kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gewächshäusern, die regelmäßig von Laub-, Staub-, Kalk- und biologischem Material, wie z.B. Algen, gereinigt werden müssen, können Gewächshäuser, die eine erfindungsgemäße Oberfläche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisen, mit längeren Reinigungsintervallen betrieben werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahrens kann außerdem zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf nicht starren Oberflächen von Gegenständen, verwendet werden, wie z.B. Schirmen oder anderen Oberflächen die flexibel gehalten sind. Ganz besonders bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 17, zur Herstellung selbstreinigender Oberflächen auf flexiblen oder unflexiblen Wänden im Sanitärbereich verwendet werden. Solche Wände können z.B. Trennwände in öffentlichen Toiletten, Wände von Duschkabinen, Schwimmbädern oder Saunen, aber auch Duschvorhänge (flexible Wand) sein.
  • In den Fig. 1 und 2 sind Rasterelektronenmikroskopische- (REM-) Aufnahmen von als Strukturbildnern eingesetzten Partikeln wiedergegeben.
  • Fig. 1 zeigt eine REM-Aufnahme des Aluminiumoxids Aluminiumoxide C (Degussa AG).
  • Fig. 2 zeigt eine REM-Aufnahme der Oberfläche von Partikeln der Kieselsäure Sipernat FK 350 (Degussa AG) auf einem Träger.
  • Die nachfolgenden Beispiele sollen die erfindungsgemäßen Oberflächen bzw. das Verfahren zur Herstellung der Oberflächen näher erläutern, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsarten beschränkt sein soll.
    • Beispiel 1:
  • 20 Gew.-% Methylmethacrylat, 20 Gew.-% Pentaeritrittetraacrylat und 60 Gew.-% Hexandioldimethacrylat wurden miteinander vermischt. Bezogen auf diese Mischung werden 14 Gew.-% Plex 4092 F, ein acrylisches Copolymerisat der Röhm GmbH und 2 Gew.-% UV-Härter Darokur 1173 zugesetzt und mindestens 60 min lang gerührt. Diese Mischung wurde als Träger auf eine 2 mm dicken PMMA-Platte in einer Dicke von 50 µm aufgetragen. Die Schicht wurde für 5 min angetrocknet. Anschließend wurden als Partikel hydrophobierte, pyrogene Kieselsäure Aerosil VPR 411 (Degussa AG) mittels einer elektrostatischen Sprühpistole aufgesprüht. Nach 3 min wurde der Träger bei einer Wellenlänge von 308 nm unter Stickstoff gehärtet. Nach dem Härten des Trägers wurde überschüssiges Aerosil VPR 411 abgebürstet. Die Charakterisierung der Oberfläche erfolgte anfänglich visuell und ist mit +++ protokolliert. +++ bedeutet, Wassertropfen bilden sich nahezu vollständig aus. Der Abrollwinkel betrug 2,4°. Gemessen wurden Fortschreit- und Rückzugswinkel zu jeweils größer als 150°. Die zugehörige Hysterese liegt unterhalb von 10°.
    • Beispiel 2:
  • Der Versuch aus Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei Partikel aus Aluminiumoxid C (Degussa AG), ein Aluminiumoxid mit einer BET-Oberfläche von 100 m2/g, elektrostatisch aufgesprüht wurden. Nach erfolgter Härtung des Trägers gemäß Beispiel 1 und Abbürsten überschüssiger Partikel, wurde die gehärtete, abgebürstete Platte zum Hydrophobieren in eine Formulierung von Tridecafluoroctyltriethoxysilan in Ethanol (Dynasilan 8262, Sivento GmbH) getaucht. Nach Abtropfen von überschüssigem Dynasilan 8262 wurde die Platte bei einer Temperatur von 80 °C getempert. Die Oberfläche wird mit ++ eingestuft, d.h., die Ausformung der Wassertropfen ist nicht ideal, der Abrollwinkel liegt unterhalb von 20°.
    • Beispiel 3:
  • Auf die mit dem Träger behandelte Platte aus Beispiel 1 wird Kieselsäure Sipernat 350 der Degussa AG gestreut. Nach 5 min Eindringzeit wird die behandelte Platte unter Stickstoff im UV-Licht bei 308 nm gehärtet. Überschüssige Partikel werden wiederum abgebürstet und die Platte wird anschließend wiederum in Dynasilan 8262 getaucht und anschließend bei 80 °C getempert Die Oberfläche wird mit +++ eingestuft.
    • Beispiel 4:
  • Der Versuch aus Beispiel 1 wird wiederholt, aber an Stelle von Aerosil VPR 411 wird Aerosil R 8200 (Degussa AG), welches eine BET-Oberfläche von 200 ± 25 m2/g eingesetzt. Die Beurteilung der Oberfläche ist +++. Der Abrollwinkel ist zu 1,3° bestimmt worden. Gemessen wurden außerdem Fortschreit- und Rückzugswinkel, die jeweils größer als 150° betrugen. Die zugehörige Hysterese liegt unterhalb von 10°.
    • Beispiel 5:
  • Dem Lack aus Beispiel 1, der mit dem UV-Härter bereits vermischt wurde, wurden zusätzlich 10 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Lackmischung) 2-(N-Ethylperfluoroctansulfonamido)-ethylacrylat zugesetzt. Auch dieses Gemisch wurde wieder mindestens 60 min lang gerührt. Diese Mischung wurde als Träger auf eine 2 mm dicken PMMA-Platte in einer Dicke von 50 µm aufgetragen. Die Schicht wurde für 5 min angetrocknet. Anschließend wurden als Partikel hydrophobierte, pyrogene Kieselsäure Aerosil VPR 411 (Degussa AG) mittels einer elektrostatischen Sprühpistole aufgesprüht. Nach 3 min wurde der Träger bei einer Wellenlänge von 308 nm unter Stickstoff gehärtet. Nach dem Härten des Trägers wurde überschüssiges Aerosil VPR 411 abgebürstet. Die Charakterisierung der Oberfläche erfolgte anfänglich visuell und ist mit +++ protokolliert. +++ bedeutet, Wassertropfen bilden sich nahezu vollständig aus.
  • Der Abrollwinkel betrug 0,5°. Gemessen wurden Fortschreit- und Rückzugswinkel zu jeweils größer als 150°. Die zugehörige Hysterese liegt unterhalb von 10°.
    • Vergleichsbeispiel 1:
  • Auf den angetrockneten Träger aus Beispiel 1 aufgetragen in einer Dicke von 200 µ wird eine Suspension von 10 Gew.-% sprühgetrocknete pyrogene Kieselsäure, Aeroperl 90/30Degussa AG, eine Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 90 m2/g, in Ethanol, aufgerakelt. Nach Härtung im UV-Licht und Behandlung mit dem Hydrophobierungsmittel Dynasilan 8262 wird die Oberfläche nur mit + beurteilt, d.h., der Tropfen bildet sich schlecht aus und klebt bis zu hohen Neigungswinkeln an der Oberfläche.
  • Der schlechte Reinigungseffekt ist auf das Zuschmieren der zerklüfteten Strukturen zurückzuführen. Dies geschieht vermutlich durch Lösen von Monomeren des noch nicht gehärteten Lacksystems in Ethanol. Vor dem Härten verdampft das Ethanol und die Monomeren bleiben in den zerklüfteten Strukturen zurück, in der sie beim Vorgang des Härtens ebenfalls aushärten, wodurch die zerklüfteten Strukturen zugeschmiert bzw. ausgefüllt werden. Auf diese Weise verschlechtert sich der Selbstreinigungseffekt deutlich.

Claims (19)

  1. Selbstreinigende Oberfläche, die aus einer künstlichen, zumindest teilweise hydrophoben Oberflächenstruktur besteht, wobei die Oberflächenstruktur durch mittels eines gehärteten Trägers auf der Oberfläche fixierten Partikel gebildet werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel eine BET-Oberfläche von 50 bis 600 m2/g aufweisen.
  2. Selbstreinigende Oberfläche gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Träger ein mittels thermischer oder chemischer Energie oder Lichtenergie gehärteter Lack ist.
  3. Selbstreinigende Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der gehärtete Lack Mischungen aus einfach und/oder mehrfach ungesättigten Acrylaten und/oder Methacrylaten oder Polyurethan aufweist.
  4. Selbstreinigende Oberfläche nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel eine durchschnittliche Größe von kleiner 50 µm aufweisen.
  5. Selbstreinigende Oberfläche gemäß Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel eine durchschnittliche Größe von kleiner 30 µm aufweisen.
  6. Selbstreinigende Oberfläche gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel aus zumindest einem Material, ausgewählt aus Silikaten, dotierten Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren, Polymeren und Metallpulvern ausgewählt sind.
  7. Selbstreinigende Oberfläche gemäß Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel hydrophobe Eigenschaften aufweisen.
  8. Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen, bei dem eine geeignete, zumindest teilweise hydrophobe Oberflächenstruktur durch Fixieren von Partikeln mittels eines Trägers auf einer Oberfläche geschaffen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es aus den Schritten
    a) Aufbringen einer härtbaren Substanz als Träger auf eine Oberfläche,
    b) Aufbringen von Partikeln, die eine BET-Oberfläche von 50 bis 600 m2/g aufweisen, auf den Träger und
    c) Fixieren der Partikel durch Härten des Trägers,
    besteht.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Partikel, die zumindest ein Material, ausgewählt aus Silikaten, dotierten Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren, Metallpulvem oder Polymeren aufweisen, eingesetzt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Härten des Trägers durch thermische oder chemische Energie und/oder Lichtenergie erfolgt.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als härtbare Substanz ein Lack der zumindest Mischungen aus einfach und/oder mehrfach ungesättigten Acrylaten und/oder Methacrylaten und/oder Polyurethane und/oder Silikonacrylate und/oder Urethanacrylate aufweist, eingesetzt wird.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als härtbare Substanz ein Lack ausgewählt wird der hydrophobe Eigenschaften aufweist, wenn die eingesetzten Partikel hydrophobe Eigenschaften aufweist und als härtbare Substanz ein Lack ausgewählt wird der hydrophile Eigenschaften aufweist, wenn die eingesetzten Partikel hydrophile Eigenschaften aufweist.
  13. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Partikel eingesetzt werden, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen.
  14. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Partikel eingesetzt werden, die durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane, hydrophobe Eigenschaften aufweisen.
  15. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel nach dem Fixieren auf dem Träger mit hydrophoben Eigenschaften ausgestattet werden.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane, mit hydrophoben Eigenschaften ausgestattet werden.
  17. Verwendung des Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 16, zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf planaren oder nichtplanaren Gegenständen.
  18. Verwendung des Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 16, zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf nicht starren Oberflächen von Gegenständen.
  19. Verwendung des Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 8 bis 16, zur Herstellung selbstreinigenden Oberflächen auf flexible oder unflexible Wände im Sanitärbereich.
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