EP1891176A1 - Alkali-stable sol-gel coating - Google Patents

Alkali-stable sol-gel coating

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EP1891176A1
EP1891176A1 EP06742406A EP06742406A EP1891176A1 EP 1891176 A1 EP1891176 A1 EP 1891176A1 EP 06742406 A EP06742406 A EP 06742406A EP 06742406 A EP06742406 A EP 06742406A EP 1891176 A1 EP1891176 A1 EP 1891176A1
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EP
European Patent Office
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coating
alkali
alkoxides
coating according
stable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06742406A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Gross
Gerd Schlick
Stefan Sepeur
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Nano X GmbH
Trane International Inc
Original Assignee
Nano X GmbH
American Standard International Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Nano X GmbH, American Standard International Inc filed Critical Nano X GmbH
Publication of EP1891176A1 publication Critical patent/EP1891176A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04—Polysiloxanes
    • C09D183/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09D183/04—Polysiloxanes
    • C09D183/08—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen, and oxygen

Definitions

  • the invention relates to an alkali-stable sol-gel coating, to a process for producing an alkali-stable sol-gel coating and to the use thereof.
  • DE 40 25 215 C2 describes the preparation of alkali-stable abrasion-resistant coatings. It describes the preparation of coating materials via the reaction of silanes containing non-hydrolyzable primary, secondary and / or tertiary amino groups with organic epoxides.
  • the coating solutions must have at least one component with amino groups on the nonhydrolyzable part and a component with at least two epoxy groups.
  • the alkali resistance in the dishwasher test (stored for 2 h in 3% solution of Somat) showed no shift change.
  • siloxane KatZWasser Intermediate Silanol Cat
  • the siloxane bond hydrolyzes in the alkaline medium under the catalytic influence of hydroxide ions to silanols. As a result, the inorganic polymer network and thus the coating is destroyed.
  • the object of the invention is therefore to provide an alkali-stable sol-gel coating.
  • condensation catalyst based on a.) secondary or tertiary bases (for example amino, mercaptosilanes) and / or b.) Lewis acids as metal alkoxides such as aluminum alkoxides,
  • sol-gel systems based on silanes without organically functional side chain (MTEOS and higher-chain alkylsilanes to C30, TEOS) by condensation catalysts based on
  • secondary or tertiary bases e.g., amino, mercaptosilanes
  • tertiary bases e.g., amino, mercaptosilanes
  • Lewis acids such as aluminum alkoxides, zirconium alkoxides, titanium alkoxides have significantly improved alkali stability, i. that even with 200 to 300 dishwasher cycles no failure is given.
  • the required drying temperature of the coatings can be significantly reduced, for example transparent coatings can be produced which are used in drying Temperatures between 60 and 8O 0 C already good to very good adhesion and abrasion resistance on PVC, polycarbonate or other common plastics show. Depending on the application, the thickness of the applied layers is between 0.01 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • the curing catalysts can either be added directly at the beginning of the sol-gel synthesis, or they can be added subsequently to the final coating solution.
  • pot-life-resistant multicomponent coatings for example 2-component systems with binder and curing component.
  • pigments or fillers can also be dispersed as desired.
  • customary paint additives for example Byk additive for surface development / leveling or substrate wetting, pigment wetting
  • paint practice as required.
  • a development of the invention is that the coating with a solvent, in particular with water, to a solids content of more than 0.05 wt .-% and less than 20 wt .-% is diluted.
  • a part of the alkoxysilanes is fluorinated or contains a hydrophilic side chain, in particular polyether.
  • the metal alkoxides are preferably aluminum and zirconium alkoxides.
  • the bases are silanes with a secondary amino group.
  • the coating contains nanoparticles, in particular SiO 2 nanoparticles.
  • the silane is hydrolyzed with the addition of acid and immediately after the hydrolysis up to Ih hydrolysis time, the catalyst is added. It is envisaged that the coating is carried out by rolling, flooding, spray painting, electrostatic spraying, spin coating, dipping or wiping.
  • An embodiment of the invention is that the curing of the coating at room temperature (RT) to 1.200 0 C takes place.
  • the coating is applied as a primer or as a thin layer with up to 3 micron layer thickness on the object to be coated.
  • the coating according to the invention as a primer for hydrophobic coatings or photocatalytically active particles, Antikalk füren on chrome surfaces, stainless steel surfaces, PVC or polyester.
  • the coating according to the invention as a base system for Antif ⁇ ngerprint-, photocatalytic, anti-scale coatings, matting agents, color pigments, leveling agents, for the impregnation of textiles, leather, paper or as a binder or additive for paint systems or polymers within the scope of the invention.
  • the invention also includes the use of the coating according to the invention on household utensils, household appliances, kitchens and sanitary equipment, textiles, in particular pots, pans, housings of all kinds, fittings, covers, moldings, towel holders, paper dispensers, hand dryers, soap dispensers, shower heads, mirror frames, bathtubs. and washbasin closures, shower rods, shower panels, bathroom furniture, slats, PVC profiles (window frames, doors, conservatories), facade elements, shutter boxes, blinds, textiles, in particular technical fabrics, such as awnings, tent roofs and tarpaulins or (clothing) fabrics.
  • the invention will be explained below with reference to exemplary embodiments.
  • Primer 20.8 g of TEOS are stirred with 14.4 g of 0.1% H 2 SO 4 for 1.5 h (single-phase). Then is diluted with butyl glycol to 1% solids and treated with 1.2 g of N-methylaminopropyltrimethoxysilane.
  • the primer On the cleaned chrome surface, the primer is sprayed on first. After 5 minutes (flash off), the functional layer is sprayed on. It is cured at 80 C for 20 minutes.
  • the layer shows a clear beading behavior and a contact angle with water of 110 °.
  • Kaikabgraphy is greatly facilitated by the coating.
  • the coating also shows after two hours of storage in boiling dishwasher (10% Alio solution, pH 11.5) nor a contact angle greater than 100 ° and low adhesion to limescale.
  • Primer 20.8 g of TEOS are stirred with 7.2 g of 1% H 2 SO 4 for Ih. Then it is diluted with demi water to 1% solids and treated with 1.4 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane.
  • the primer is sprayed on first. After 5 minutes (flash off), the functional layer is sprayed on. It is cured for 180 minutes at RT. Results: Compared to water, the layer shows a clear beading behavior and a contact angle with water of 105 °. Kaikabgraphy is greatly facilitated by the coating. Even after one hour of immersion in boiling dishwashing liquor (10% strength Alio solution, pH 11.5), the coating still shows a contact angle greater than 100 ° and low adhesion to limescale.
  • the coated stainless steel samples show a clear beading behavior compared to water and a contact angle against water of more than 90 °.
  • the coated samples show Antifmge ⁇ rinteigenschaften, ie applied fingerprints leave even after several hours no blue tarnishing traces and are therefore hardly noticeable on the surface.
  • the fingerprints can be easily removed with a dry paper or cotton cloth. After boiling in tap water for 8 hours, no change in layer (turbidity, peeling, ...) can be detected. Limestone residues cooked on the surface can easily be removed with an acid surfactant cleaner.
  • the samples were boiled for 8 h in dishwasher lye (10% Ali solution, pH 11.5) for the rapid test.
  • Example 4 the coated samples were cleaned in a household dishwasher under standard conditions over a period of 300 program cycles. After none of the two test methods, a detachment or attack of the coating can be determined. The above-mentioned anti-fingerprint effect also remains.
  • Example 4
  • the solution is spray-coated onto PVC plan substrates and to polyester-topcoated metal panels, allowed to flash for 10 minutes and then dried for one hour at 7O 0 C in a convection oven.
  • the coatings in each case show good adhesion and water storage stability (24-hour storage in demiwater at RT with subsequent adhesion test without complaint). In the QUV-A test, no yellowing or delamination of the coating can be detected after 500 hours.
  • the coating exhibits good UV weatherability and can be used e.g. be used as a barrier layer system for the application of a photocatalytically active titanium oxide self-cleaning layer. Will be in o.g. Example 4 instead of N-butylaminolpropyltrimethoxysilane a propyltrimethoxysilane used, so at least curing temperatures of 130 ° C are necessary to achieve similar good mechanical and chemical resistance on the plastic substrates.

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Abstract

The invention relates to alkali-stable sol-gel coatings, to a method for producing alkali-stable sol-gel coatings, and to the use thereof. According to the invention, in order to obtain alkali-stable sol-gel coatings, the coating contains the following: a hydrolysable silane of the compounds TEOS, MTEOS or higher-chained alkyl silanes (bifunctional, trifunctional and tetrafunctional silanes), but preferably TEOS, MTEOS or mixtures thereof; and a condensation catalyst based on a) secondary or tertiary bases (e.g. amino, mercaptosilanes) and/or b) Lewis acids as metal alkoxides such as aluminium alkoxides, zirkonium alkoxides, and titanium alkoxides, the ratio (in wt. %) of the hydrolysable silane to the condensation catalyst being between 99:1 and 70:30.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Alkalistabile Sol-Gel-BeschichtungAlkali-stable sol-gel coating
Die Erfindung betrifft eine alkalistabile Sol-Gel-Beschichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer alkalistabilen Sol-Gel-Beschichtung sowie deren Verwendung.The invention relates to an alkali-stable sol-gel coating, to a process for producing an alkali-stable sol-gel coating and to the use thereof.
Insbesondere in den Bereichen Sanitär und Küche werden hohe Alkalibeständigkeiten erwartet. Die Lebensdauer der Beschichtungen wird üblicherweise in Spülmaschinen unter Zusatz von alkalischen Reinigern getestet. Es sind allgemein Systeme bekannt, die aufgrund der silikatischen Struktur eine hohe Säurestabilität aufweisen. Es zeigt sich, dass kommerzielle Sol-Gel-Systeme bei Tests auf die Alkalibeständigkeit nach max. 20-30 Zyklen ausfallen.Especially in the areas of sanitary and kitchen high alkali resistance is expected. The lifetime of the coatings is usually tested in dishwashers with the addition of alkaline detergents. Systems are generally known which have a high acid stability due to the silicate structure. It can be seen that commercial sol-gel systems are tested for alkali resistance after max. 20-30 cycles fail.
In der DD 280 956 Al wird ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen auf Basis eines organischen Polyesters beschrieben, welche Glasoberflächen vor alkalischer Korrosion schützen.In DD 280 956 Al a process for the production of coatings based on an organic polyester is described, which protect glass surfaces from alkaline corrosion.
In der DE 40 25 215 C2 wird die Herstellung von alkalistabilen abriebbeständigen Überzügen beschrieben. Es wird die Herstellung von Beschichtungsmaterialien über die Umsetzung von Silanen, die nicht hydrolysierbare primäre, sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppen enthalten, mit organischen Epoxiden beschrieben. Dabei müssen die Beschichtungslösungen mindestens eine Komponente mit Aminogruppen am nicht hydrolysierbaren Teil und eine Komponente mit mindestens zwei Epoxygruppen aufweisen. Die Alkalibeständigkeit im Spülmaschinentest (gelagert für 2h in 3% iger Lösung von Somat) zeigte keine Schichtveränderung.DE 40 25 215 C2 describes the preparation of alkali-stable abrasion-resistant coatings. It describes the preparation of coating materials via the reaction of silanes containing non-hydrolyzable primary, secondary and / or tertiary amino groups with organic epoxides. The coating solutions must have at least one component with amino groups on the nonhydrolyzable part and a component with at least two epoxy groups. The alkali resistance in the dishwasher test (stored for 2 h in 3% solution of Somat) showed no shift change.
Beschichtungen auf Basis von Hydrolysaten und Kondensaten reiner Organosilane zeigen keine übermäßige gute Alkalibeständigkeit, da von der chemischen Natur her dieCoatings based on hydrolyzates and condensates of pure organosilanes show no excessively good alkali resistance, since the chemical nature of the
Siloxanbindung (≡Si-O-Si≡) relativ leicht von Hydroxidionen nach folgender Reaktion angegriffen werden kann: sSi-0-Sis + "OHZH2O → [≡Si-OH + O-Si= +H2O]-> ≡Si-OH + HO-Si≡ + "OHSiloxane bond (≡Si-O-Si≡) can be attacked relatively easily by hydroxide ions according to the following reaction: sSi-O-Sis + " OHZH 2 O → [≡Si-OH + O-Si = + H 2 O] -> ≡ Si-OH + HO-Si≡ + "OH
Siloxan KatZWasser Zwischenstufe Silanol Kat Die Siloxanbindung hydrolysiert im alkalischen Medium unter dem katalytischen Einfluß von Hydroxidionen zu Silanolen. Hierdurch wird das anorganische Polymernetzwerk und somit die Beschichtung zerstört.Siloxane KatZWasser Intermediate Silanol Cat The siloxane bond hydrolyzes in the alkaline medium under the catalytic influence of hydroxide ions to silanols. As a result, the inorganic polymer network and thus the coating is destroyed.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine alkalistabile Sol-Gel-Beschichtung zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide an alkali-stable sol-gel coating.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine alkalistabile Beschichtung gelöst, die ausThis object is achieved by an alkali-stable coating, consisting of
> einem hydrolysierbaren Silan der Verbindungen TEOS, MTEOS oder höherkettigen Alkylsilanen (Di, Tri- und tetrafunktionale Silane), aber bevorzugt TEOS, MTEOS oder Mischungen davona hydrolyzable silane of the compounds TEOS, MTEOS or higher-chain alkyl silanes (di-, tri- and tetrafunctional silanes), but preferably TEOS, MTEOS or mixtures thereof
> und einem Kondensationskatalysator basierend auf a.) sekundären oder tertiären Basen (z.B. Amino, Mercaptosilanen) und/oder b.) Lewissäuren als Metallalkoxiden wie Aluminiumalkoxiden,> and a condensation catalyst based on a.) secondary or tertiary bases (for example amino, mercaptosilanes) and / or b.) Lewis acids as metal alkoxides such as aluminum alkoxides,
Zirkonalkoxiden, Titanalkoxiden besteht, wobei das Verhältnis (in Gew.-%.) von hydrolysierbarem Silan zu Kondensationskatalysator zwischen 99:1 und 70:30 beträgt.Zirconium alkoxides, titanium alkoxides, wherein the ratio (in wt.%) Of hydrolyzable silane to condensation catalyst is between 99: 1 and 70:30.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass Sol-Gel Systeme basierend auf Silanen ohne organisch funktionelle Seitenkette (MTEOS und höherkettige Alkylsilane bis C30, TEOS) durch Kondensationskatalysatoren basierend aufSurprisingly, it has been shown that sol-gel systems based on silanes without organically functional side chain (MTEOS and higher-chain alkylsilanes to C30, TEOS) by condensation catalysts based on
1. sekundären oder tertiären Basen (z.B. Amino, Mercaptosilanen) und/oder1. secondary or tertiary bases (e.g., amino, mercaptosilanes) and / or
2. Lewissäuren wie Aluminiumalkoxide, Zirkonalkoxide, Titanalkoxide eine wesentlich verbesserte Alkalistabilität aufweisen, d.h. daß auch bei 200 bis 300 Spülmaschinenzyklen kein Ausfall gegeben ist.2. Lewis acids such as aluminum alkoxides, zirconium alkoxides, titanium alkoxides have significantly improved alkali stability, i. that even with 200 to 300 dishwasher cycles no failure is given.
Durch den Einsatz der oben aufgeführten Lewissäuren oder der sekundären bzw. tertiären Aminoverbindungen (z.B. N-Butylaminopropyltrimethoxysilan oder N-Methylamino- propyltrimethoxysilan) - nachfolgend als „Härtungskatalysatoren" bezeichnet - kann die erforderliche Trocknungstemperatur der Beschichtungen deutlich gesenkt werden. So können beispielsweise transparente Beschichtungen hergestellt werden, die bei Trocknungs- temperaturen zwischen 60 und 8O0C bereits gute bis sehr gute Haftung und Abriebbeständigkeit auf PVC, Polycarbonat oder anderen gängigen Kunststoffen zeigen. Die Dicke der applizierten Schichten liegt je nach Anwendung zwischen 0,01 μm und 20 μm. Die Härtungskatalysatoren können entweder direkt zu Beginn der Sol-Gel-Synthese zugesetzt werden, oder diese können nachträglich der fertigen Beschichtungslösung zugesetzt werden.By using the abovementioned Lewis acids or the secondary or tertiary amino compounds (eg N-butylaminopropyltrimethoxysilane or N-methylaminopropyltrimethoxysilane) - referred to below as "curing catalysts" - the required drying temperature of the coatings can be significantly reduced, for example transparent coatings can be produced which are used in drying Temperatures between 60 and 8O 0 C already good to very good adhesion and abrasion resistance on PVC, polycarbonate or other common plastics show. Depending on the application, the thickness of the applied layers is between 0.01 μm and 20 μm. The curing catalysts can either be added directly at the beginning of the sol-gel synthesis, or they can be added subsequently to the final coating solution.
Hierdurch ist auch die Formulierung topfzeitbeständiger Mehrkomponentenlacke (z.B. 2K- Systeme mit Bindemittel- und Härtungskomponente) möglich.This also makes it possible to formulate pot-life-resistant multicomponent coatings (for example 2-component systems with binder and curing component).
In die beschriebenen Beschichtungssysteme können auch nach belieben Pigmente oder Füllstoffe dispergiert werden. Des weiteren können je nach Bedarf in der Lackpraxis gängige Lackadditive (z.B. Byk-Additve für Oberflächenverlauf/Leveling oder Substratbenetzung, Pigmentbenetzung) eingesetzt werden.In the coating systems described, pigments or fillers can also be dispersed as desired. Furthermore, customary paint additives (for example Byk additive for surface development / leveling or substrate wetting, pigment wetting) can be used in paint practice, as required.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Beschichtung mit einem Lösungsmittel, insbesondere mit Wasser, auf einen Feststoffgehalt von mehr als 0,05 Gew.-% und weniger als 20 Gew.-% verdünnt ist.A development of the invention is that the coating with a solvent, in particular with water, to a solids content of more than 0.05 wt .-% and less than 20 wt .-% is diluted.
Es ist auch zweckmäßig, daß zur Oberflächenfunktionalisierung ein Teil der Alkoxysilane fluoriert ist oder eine hydrophile Seitenkette, insbesondere Polyether, enthält.It is also expedient that, for surface functionalization, a part of the alkoxysilanes is fluorinated or contains a hydrophilic side chain, in particular polyether.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Metallalkoxide bevorzugt Aluminium- und Zirkoniumalkoxide sind.According to the invention, it is provided that the metal alkoxides are preferably aluminum and zirconium alkoxides.
Weiterhin ist zur Erfindung gehörig, daß die Basen Silane mit sekundärer Aminogruppe sind.Furthermore, it is part of the invention that the bases are silanes with a secondary amino group.
Vorteilhaft ist ebenfalls, daß die Beschichtung Nanopartikel, inbesondere SiO2-Nanopartikel enthält.It is likewise advantageous that the coating contains nanoparticles, in particular SiO 2 nanoparticles.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Beschichtung, wobei das Silan unter Zusatz von Säure hydrolysiert wird und unmittelbar nach der Hydrolyse bis zu Ih Hydrolysezeit der Katalysator zugesetzt wird. Es ist vorgesehen, daß die Beschichtung durch Walzen, Fluten, Spritzlackieren, elektrostatisches Sprühen, Schleuderbeschichten, Tauchen oder Aufwischen erfolgt.In the context of the invention is also a process for producing a coating according to the invention, wherein the silane is hydrolyzed with the addition of acid and immediately after the hydrolysis up to Ih hydrolysis time, the catalyst is added. It is envisaged that the coating is carried out by rolling, flooding, spray painting, electrostatic spraying, spin coating, dipping or wiping.
Eine Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Härtung der Beschichtung bei Raumtemperatur (RT) bis 1.2000C erfolgt.An embodiment of the invention is that the curing of the coating at room temperature (RT) to 1.200 0 C takes place.
Weiterhin ist es sinnvoll, daß die Beschichtung als Primer oder als Dünnschicht mit bis zu 3 μm Schichtdicke auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgebracht wird.Furthermore, it makes sense that the coating is applied as a primer or as a thin layer with up to 3 micron layer thickness on the object to be coated.
Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtung auf Metallen, insbesondere Stahl und Chrom, metallisierten Kunststoffen, Polymeren, insbesondere PVC und Polyester, Glas, Keramik, Glaskeramik, Naturstoffen, insbesondere Leder, Kautschuk, Jute, Baumwolle sowie mineralischen Untergründen, insbesondere Stein und Beton als Substraten liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung.A use of the coating according to the invention on metals, especially steel and chromium, metallized plastics, polymers, in particular PVC and polyester, glass, ceramic, glass ceramic, natural materials, especially leather, rubber, jute, cotton and mineral substrates, especially stone and concrete as substrates also within the scope of the invention.
Entsprechendes gilt für die Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtung als Primer für hydrophobe Beschichtungen oder photokatalytisch aktive Partikel, Antikalkschichten auf Chromoberflächen, Edelstahloberflächen, PVC oder Polyester.The same applies to the use of the coating according to the invention as a primer for hydrophobic coatings or photocatalytically active particles, Antikalkschichten on chrome surfaces, stainless steel surfaces, PVC or polyester.
Weiterhin liegt die Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtung als Basissystem für Antifϊngerprint-, Photokatalyse-, Antikalkbeschichtungen, Mattierungsmittel, Farbpigmente, Verlaufsmittel, zur Imprägnierung von Textilien, Leder, Papier oder als Bindemittel bzw. Additiv für Lacksysteme oder Polymere im Rahmen der Erfindung.Furthermore, the use of the coating according to the invention as a base system for Antifϊngerprint-, photocatalytic, anti-scale coatings, matting agents, color pigments, leveling agents, for the impregnation of textiles, leather, paper or as a binder or additive for paint systems or polymers within the scope of the invention.
Schließlich gehört zur Erfindung auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtung auf Haushaltsgeschirr, Haushaltgeräten, Küchen und Sanitäreinrichtungen, Textilien, insbesondere Töpfen, Pfannen, Gehäusen aller Art, Armaturen, Abdeckungen, Zierleisten, Handtuchhaltern, Papierspendern, Händetrocknern, Seifenspendern, Brauseköpfen, Spiegelrahmen, Badewannen- und Waschtischverschlüssen, Duschstangen, Duschpaneelen, Badmöbeln, Lamellen, PVC-Profilen (Fensterrahmen, Türen, Wintergärten), Fassadenelementen, Rolladenkästen, Jalousien, Textilien, insbesondere technischen Geweben, wie Markisen, Zeltdächern und Planen oder (Bekleidungs-)Stoffen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.Finally, the invention also includes the use of the coating according to the invention on household utensils, household appliances, kitchens and sanitary equipment, textiles, in particular pots, pans, housings of all kinds, fittings, covers, moldings, towel holders, paper dispensers, hand dryers, soap dispensers, shower heads, mirror frames, bathtubs. and washbasin closures, shower rods, shower panels, bathroom furniture, slats, PVC profiles (window frames, doors, conservatories), facade elements, shutter boxes, blinds, textiles, in particular technical fabrics, such as awnings, tent roofs and tarpaulins or (clothing) fabrics. The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments.
Beispiel 1:Example 1:
Primer: 20,8 g TEOS werden mit 14,4 g 0,1 %iger H2SO4 1,5 h lang gerührt (Einphasigkeit). Dann wird mit Butylglykol auf 1 % Festkörper verdünnt und mit 1,2 g N- Methylaminopropyltrimethoxysilan versetzt.Primer: 20.8 g of TEOS are stirred with 14.4 g of 0.1% H 2 SO 4 for 1.5 h (single-phase). Then is diluted with butyl glycol to 1% solids and treated with 1.2 g of N-methylaminopropyltrimethoxysilane.
Funktionsschicht: 5 g Dodecyltrimethoxysilan werden mit 100 g Isopropanol und mit 25 g 1 % iger HCl versetzt und Ih lang bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wird die klare Lösung mit 900 g Isopropanol verdünnt.Functional layer: 5 g of dodecyltrimethoxysilane are mixed with 100 g of isopropanol and with 25 g of 1% HCl and stirred for Ih at room temperature. Subsequently, the clear solution is diluted with 900 g of isopropanol.
Auf die gereinigte Chromoberfläche wird zuerst der Primer aufgesprüht. Nach 5 Minuten (Ablüften) wird die Funktionsschicht aufgesprüht. Es wird 20 Minuten bei 80 C gehärtet.On the cleaned chrome surface, the primer is sprayed on first. After 5 minutes (flash off), the functional layer is sprayed on. It is cured at 80 C for 20 minutes.
Ergebnisse: Die Schicht zeigt gegenüber Wasser ein deutliches Abperlverhalten und einen Kontaktwinkel gegen Wasser um 110°. Die Kaikabreinigung wird durch die Beschichtung wesentlich erleichtert. Die Beschichtung zeigt auch nach zweistündiger Einlagerung in kochende Spülmaschinenlauge (10%ige Alio-Lösung, pH 11,5) noch einen Kontaktwinkel größer 100° und geringe Haftung gegenüber Kalkflecken.Results: Compared to water, the layer shows a clear beading behavior and a contact angle with water of 110 °. Kaikabreinigung is greatly facilitated by the coating. The coating also shows after two hours of storage in boiling dishwasher (10% Alio solution, pH 11.5) nor a contact angle greater than 100 ° and low adhesion to limescale.
Beispiel 2:Example 2:
Primer: 20,8 g TEOS werden mit 7,2 g 1 %iger H2SO4 Ih lang gerührt. Dann wird mit Demiwasser auf 1 % Festkörper verdünnt und mit 1,4 g 3-Aminopropyl-trimethoxysilan versetzt.Primer: 20.8 g of TEOS are stirred with 7.2 g of 1% H 2 SO 4 for Ih. Then it is diluted with demi water to 1% solids and treated with 1.4 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane.
Funktionsschicht: 5 g Dodecyltrimethoxysilan werden in 1000 g 1-Butanol gelöst und mit 20 g 1 %iger H2SO4 versetzt.Functional layer: 5 g of dodecyltrimethoxysilane are dissolved in 1000 g of 1-butanol and treated with 20 g of 1% H2SO4.
Auf die gereinigte Chromoberfläche wird zuerst der Primer aufgesprüht. Nach 5 Minuten (Ablüften) wird die Funktionsschicht aufgesprüht. Es wird 180 Minuten bei RT gehärtet. Ergebnisse: Die Schicht zeigt gegenüber Wasser ein deutliches Abperlverhalten und einen Kontaktwinkel gegen Wasser um 105°. Die Kaikabreinigung wird durch die Beschichtung wesentlich erleichtert. Die Beschichtung zeigt auch nach einstündiger Einlagerung in kochende Spülmaschinenlauge (10%ige Alio-Lösung, pH 11,5) noch einen Kontaktwinkel größer 100° und geringe Haftung gegenüber Kalkflecken.On the cleaned chrome surface, the primer is sprayed on first. After 5 minutes (flash off), the functional layer is sprayed on. It is cured for 180 minutes at RT. Results: Compared to water, the layer shows a clear beading behavior and a contact angle with water of 105 °. Kaikabreinigung is greatly facilitated by the coating. Even after one hour of immersion in boiling dishwashing liquor (10% strength Alio solution, pH 11.5), the coating still shows a contact angle greater than 100 ° and low adhesion to limescale.
Beispiel 3:Example 3:
20,0 g MTEOS, 5,8 g TEOS und 6,8 g 5%ige Essigsäure werden 24 Stunden lang gerührt. Dann wird mit 42,9 g Butylglykol auf 10 % Festkörper verdünnt.20.0 g of MTEOS, 5.8 g of TEOS and 6.8 g of 5% acetic acid are stirred for 24 hours. Then it is diluted to 10% solids with 42.9 g of butylglycol.
1,3 g Zirkonbutylat (80% in n-Butanol) werden in 1,8 g n-Butanol gelöst und unter Rühren mit 0,2 g Acetylaceton versetzt. Die Lösung wird gelb und leicht warm. Es wird eine Stunde rühren gelassen. Danach wird der Zirkonkomplex unter Rühren zu der oben beschriebenen MTEOS-TEOS-Hydrolysatlösung gegeben.1.3 g of zirconium butoxide (80% in n-butanol) are dissolved in 1.8 g of n-butanol and admixed with 0.2 g of acetylacetone with stirring. The solution turns yellow and slightly warm. It is allowed to stir for an hour. Thereafter, the zirconium complex is added with stirring to the above-described MTEOS-TEOS hydrolyzate solution.
Die Lösung aus Bsp. 3 wird auf gereinigte Edelstahlbleche sprühbeschichtet und Ih bei 220°C getrocknet.The solution from Ex. 3 is spray-coated on cleaned stainless steel sheets and Ih dried at 220 ° C.
Ergebnisse: Die beschichteten Edelstahlmuster zeigen gegenüber Wasser ein deutliches Abperlverhalten und einen Kontaktwinkel gegen Wasser von mehr als 90°. Die beschichteten Muster zeigen Antifmgeφrinteigenschaften, d.h. aufgebrachte Fingerabdrücke hinterlassen auch nach mehreren Stunden keine blauen Anlaufspuren und sind dadurch kaum auf der Oberfläche wahrnehmbar. Die Fingerabdrücke können leicht mit einem trockenen Papieroder Baumwolltuch entfernt werden. Nach 8-stündigem Kochen in Leitungswasser kann keine Schichtveränderung (Trübung, Ablösung,...) festgestellt werden. Auf der Oberfläche eingekochte Kalkreste können leicht mit einem sauren Tensidreiniger entfernt werden. Die Proben wurden darüber hinaus zum Schnelltest 8 h in Spülmaschinenlauge (10%ige Alio- Lösung, pH 11,5) gekocht. Des weiteren wurden die beschichteten Muster in einer Haushaltsspülmaschine unter üblichen Bedingungen über einen Zeitraum von 300 Programmzyklen gereinigt. Nach keiner der beiden Testmethoden kann eine Ablösung bzw. Angriff der Beschichtung festgestellt werden. Der oben erwähnte Antifingerprinteffekt bleibt ebenfalls erhalten. Beispiel 4:Results: The coated stainless steel samples show a clear beading behavior compared to water and a contact angle against water of more than 90 °. The coated samples show Antifmgeφrinteigenschaften, ie applied fingerprints leave even after several hours no blue tarnishing traces and are therefore hardly noticeable on the surface. The fingerprints can be easily removed with a dry paper or cotton cloth. After boiling in tap water for 8 hours, no change in layer (turbidity, peeling, ...) can be detected. Limestone residues cooked on the surface can easily be removed with an acid surfactant cleaner. In addition, the samples were boiled for 8 h in dishwasher lye (10% Ali solution, pH 11.5) for the rapid test. Furthermore, the coated samples were cleaned in a household dishwasher under standard conditions over a period of 300 program cycles. After none of the two test methods, a detachment or attack of the coating can be determined. The above-mentioned anti-fingerprint effect also remains. Example 4:
5,0 g Kieselsol Levasil 200S (Fa. Bayer) werden mit 5,0 Essigsäure und 6 g N- Butylammopropyltrimethoxysilan versetzt und 2h bei RT gerührt. Danach wird die Lösung mit 100 g Butylglykol verdünnt.5.0 g of silica sol Levasil 200S (Bayer) are mixed with 5.0 g of acetic acid and 6 g of N-butylammopropyltrimethoxysilane and stirred at RT for 2 h. Thereafter, the solution is diluted with 100 g of butyl glycol.
Die Lösung wird auf PVC-Plansubstrate sowie auf polyesterdecklackierte Metalltafeln sprühbeschichtet, 10 min ablüften gelassen und anschließend eine Stunde bei 7O0C im Umluftofen getrocknet.The solution is spray-coated onto PVC plan substrates and to polyester-topcoated metal panels, allowed to flash for 10 minutes and then dried for one hour at 7O 0 C in a convection oven.
Die Beschichtungen zeigen jeweils eine gute Haftung und Wasserlagerungsbeständigkeit (24- stündige Lagerung in Demiwasser bei RT mit anschließendem Haftungstest ohne Beanstandung). Im QUV-A-Test kann nach 500 h weder eine Gelbfärbung noch eine Ablösung der Beschichtung festgestellt werden. Die Beschichtung zeigt eine gute UV- bzw. Außenbewitterungsbeständigkeit und kann z.B. als Sperrschichtsystem für den Auftrag einer photokatalytisch aktiven Titanoxid-Selbstreinigungsschicht eingesetzt werden. Wird im o.g. Beispiel 4 statt N-Butylaminolpropyltrimethoxysilan ein Propyltrimethoxysilan eingesetzt, so sind mindestens Härtungstemperaturen von 130°C notwenig, um ähnlich gute mechanische und chemische Beständigkeiten auf den Kunststoffsubstraten zu erreichen. The coatings in each case show good adhesion and water storage stability (24-hour storage in demiwater at RT with subsequent adhesion test without complaint). In the QUV-A test, no yellowing or delamination of the coating can be detected after 500 hours. The coating exhibits good UV weatherability and can be used e.g. be used as a barrier layer system for the application of a photocatalytically active titanium oxide self-cleaning layer. Will be in o.g. Example 4 instead of N-butylaminolpropyltrimethoxysilane a propyltrimethoxysilane used, so at least curing temperatures of 130 ° C are necessary to achieve similar good mechanical and chemical resistance on the plastic substrates.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Alkalistabile Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus1. Alkali stable coating, characterized in that the coating
> einem hydrolysierbaren Silan der Verbindungen TEOS, MTEOS oder höherkettigen Alkylsilanen (Di, Tri- und tetrafunktionale Silane), aber bevorzugt TEOS, MTEOS oder Mischungen davona hydrolyzable silane of the compounds TEOS, MTEOS or higher-chain alkyl silanes (di-, tri- and tetrafunctional silanes), but preferably TEOS, MTEOS or mixtures thereof
> und einem Kondensationskatalysator basierend auf a.) sekundären oder tertiären Basen (z.B. Amino, Mercaptosilanen) und/oder b.) Lewissäuren als Metallalkoxiden wie Aluminiumalkoxiden, Zirkon- alkoxiden, Titanalkoxiden besteht, wobei das Verhältnis (in Gew.-%.) von hydrolysierbarem Silan zu Kondensationskatalysator zwischen 99:1 und 70:30 beträgt.> And a condensation catalyst based on a.) Secondary or tertiary bases (eg, amino, mercaptosilanes) and / or b.) Lewis acids as metal alkoxides such as aluminum alkoxides, zirconium alkoxides, titanium alkoxides, wherein the ratio (in wt .-%.) Of hydrolyzable silane to condensation catalyst is between 99: 1 and 70:30.
2. Alkalistabile Beschichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit einem Lösungsmittel, insbesondere mit Wasser, auf einen Feststoffgehalt von mehr als 0,05 Gew.-% und weniger als 20 Gew.-% verdünnt ist.2. Alkali-stable coating according to claim 1, characterized in that the coating with a solvent, in particular with water, to a solids content of more than 0.05 wt .-% and less than 20 wt .-% is diluted.
3. Alkalistabile Beschichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Oberflächenfunktionalisierung ein Teil der Alkoxysilane fluoriert ist oder eine hydrophile Seitenkette, insbesondere Polyether, enthält.3. Alkali-stable coating according to claim 1, characterized in that for surface functionalization, a part of the alkoxysilanes is fluorinated or contains a hydrophilic side chain, in particular polyether.
4. Alkalistabile Beschichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Metallalkoxide bevorzugt Aluminium- und Zirkoniumalkoxide sind.4. Alkali-stable coating according to claim 1, characterized in that the metal alkoxides are preferably aluminum and zirconium alkoxides.
5. Alkalistabile Beschichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen Silane mit sekundärer Aminogruppe sind.5. Alkali-stable coating according to claim 1, characterized in that the bases are silanes with secondary amino group.
6. Alkalistabile Beschichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Nanopartikel, inbesondere SiO2-Nanopartikel enthält.6. Alkali-stable coating according to claim 1, characterized in that the coating contains nanoparticles, in particular SiO 2 nanoparticles.
7. Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan unter Zusatz von Säure hydrolysiert wird und unmittelbar nach der Hydrolyse bis zu Ih Hydrolysezeit der Katalysator zugesetzt wird.7. A process for producing a coating according to claim 1, characterized in that the silane is hydrolyzed with the addition of acid and immediately after the hydrolysis until the hydrolysis time is added to the catalyst.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch Walzen, Fluten, Spritzlackieren, elektrostatisches Sprühen, Schleuderbeschichten, Tauchen oder Aufwischen erfolgt.8. The method according to claim 7, characterized in that the coating is carried out by rolling, flooding, spray painting, electrostatic spraying, spin coating, dipping or wiping.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung der Beschichtung bei Raumtemperatur (RT) bis 1.2000C erfolgt.9. The method according to claim 7, characterized in that the curing of the coating at room temperature (RT) to 1.200 0 C takes place.
10. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung als Primer oder als Dünnschicht mit bis zu 3 μm Schichtdicke auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgebracht wird.10. The method according to claim 7, characterized in that the coating is applied as a primer or as a thin layer with up to 3 micron layer thickness on the object to be coated.
11. Verwendung der Beschichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 auf Metallen, insbesondere Stahl und Chrom, metallisierten Kunststoffen, Polymeren, insbesondere PVC und Polyester, Glas, Keramik, Glaskeramik, Naturstoffen, insbesondere Leder, Kautschuk, Jute, Baumwolle sowie mineralischen Untergründen, insbesondere Stein und Beton als Substraten.11. Use of the coating according to claims 1 to 6 on metals, in particular steel and chromium, metallized plastics, polymers, in particular PVC and polyester, glass, ceramic, glass ceramic, natural materials, in particular leather, rubber, jute, cotton and mineral substrates, in particular Stone and concrete as substrates.
12. Verwendung der Beschichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 als Primer für hydrophobe Beschichtungen oder photokatalytisch aktive Partikel, Antikalkschichten auf Chromoberflächen, Edelstahloberflächen, PVC oder Polyester.12. Use of the coating according to claims 1 to 6 as a primer for hydrophobic coatings or photocatalytically active particles, Antikalkschichten on chrome surfaces, stainless steel surfaces, PVC or polyester.
13. Verwendung der Beschichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 als Basissystem für Antifingerprint-, Photokatalyse-, Antikalkbeschichtungen, Mattierungsmittel, Farbpigmente, Verlaufsmittel, zur Imprägnierung von Textilien, Leder, Papier oder als Bindemittel bzw. Additiv für Lacksysteme oder Polymere.13. Use of the coating according to claims 1 to 6 as a base system for Antifingerprint-, photocatalytic, Antikalkbeschichtungen, matting agents, color pigments, leveling agents, for the impregnation of textiles, leather, paper or as a binder or additive for paint systems or polymers.
14. Verwendung der Beschichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 auf Haushaltsgeschirr, Haushaltgeräten, Küchen und Sanitäreinrichtungen, Textilien, insbesondere Töpfen, Pfannen, Gehäusen aller Art, Armaturen, Abdeckungen, Zierleisten, Handtuchhaltern, Papierspendern, Händetrocknern, Seifenspendern, Brauseköpfen, Spiegelrahmen, Badewannen- und Waschtischverschlüssen, Duschstangen, Duschpaneelen, Badmöbeln, Lamellen, PVC-Profilen (Fensterrahmen, Türen, Wintergärten), Fassadenelementen, Rolladenkästen, Jalousien, Textilien, insbesondere technischen Geweben, wie Markisen, Zeltdächern und Planen oder (Bekleidungs-)Stoffen. 14. Use of the coating according to claims 1 to 6 on household utensils, household appliances, kitchens and sanitary facilities, textiles, especially pots, pans, housings of all kinds, fittings, covers, moldings, towel holders, paper dispensers, hand dryers, soap dispensers, shower heads, mirror frames, Bathtub and washbasin closures, shower rods, shower panels, bathroom furniture, slats, PVC profiles (window frames, doors, conservatories), façade elements, shutter boxes, blinds, textiles, in particular technical fabrics, such as awnings, tent roofs and tarpaulins or (clothing) fabrics.
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