EP2408869A2 - Antimicrobially treated and/or stain-resistant planar substrates and method for producing the same - Google Patents

Antimicrobially treated and/or stain-resistant planar substrates and method for producing the same

Info

Publication number
EP2408869A2
EP2408869A2 EP10710293A EP10710293A EP2408869A2 EP 2408869 A2 EP2408869 A2 EP 2408869A2 EP 10710293 A EP10710293 A EP 10710293A EP 10710293 A EP10710293 A EP 10710293A EP 2408869 A2 EP2408869 A2 EP 2408869A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
organic
inorganic
hybrid material
textile material
groups
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10710293A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sabine Amberg-Schwab
Annett Halbhuber
Detlev Uhl
Karl-Heinz Haas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2408869A2 publication Critical patent/EP2408869A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/643Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing silicon in the main chain
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00Coating 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
    • C09D183/14Coating 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 in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D06M11/74Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon or graphite; with carbides; with graphitic acids or their salts
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/50Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with organometallic compounds; with organic compounds containing boron, silicon, selenium or tellurium atoms
    • D06M13/51Compounds with at least one carbon-metal or carbon-boron, carbon-silicon, carbon-selenium, or carbon-tellurium bond
    • D06M13/513Compounds with at least one carbon-metal or carbon-boron, carbon-silicon, carbon-selenium, or carbon-tellurium bond with at least one carbon-silicon bond
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/48Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • C08G77/58Metal-containing linkages
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y10T442/2279Coating or impregnation improves soil repellency, soil release, or anti- soil redeposition qualities of fabric
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y10T442/2418Coating or impregnation increases electrical conductivity or anti-static quality
    • Y10T442/2426Elemental carbon containing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y10T442/2525Coating or impregnation functions biologically [e.g., insect repellent, antiseptic, insecticide, bactericide, etc.]

Definitions

  • Antimicrobially treated and / or soil-repellent surface substrates and process for their preparation are provided.
  • the present invention relates to sheet substrates, and more particularly to textile materials having antimicrobial impregnation.
  • This impregnation preferably consists of activated carbon nanotubes (CNTs) formed in a matrix of an inorganic-organic hybrid polymer (eg, a ORMOCER ®) are embedded and covalently attached in special cases to this.
  • the hybrid polymers have an inorganic network and organic components. In preferred embodiments, they may carry organic groups which, if appropriate with the aid of heat or actinic radiation (for example UV radiation) or redox-catalyzed, are organically postpolymerized or postpolymerizable.
  • Dispersions of CNT are commercially available (for example, BYK in cooperation with Bayer), sometimes with reactive functions.
  • a study of suitable surfactants for such dispersions has been made by R. Rastogi et al. published in Journal of Colloid and Interface Science 328 (2008) 421-428.
  • Inorganic-organic hybrid polymers are known in a large number of variants, for example as multifunctional scratch-resistant layers, which are frequently UV-structurable.
  • An important group of inorganic-organic hybrid polymers are the organically modified (hetero) polysiloxanes which can be obtained via a sol-gel process. These are known in wide variation.
  • Basic building blocks of these materials are, in addition to tetraalkoxysilanes, especially organically modified silicon compounds of the type R'Si (OR) 3 and R'2Si (OR) 2, where R is, for example, alkyl and R 'is either R or aryl or an organically crosslinkable or substituted organic Rest can be.
  • Examples are groups R ' which contain one or more acrylate or methacrylate groups, anhydride, vinyl, allyl, epoxy or Carry carboxylic acid (derivative) residues.
  • the targeted hydrolysis of these precursors and condensation of the silanol groups formed builds up an inorganic network. This can be extended by the use of alkoxy compounds of certain metals such as aluminum, titanium or zirconium. Thus, the targeted influencing of physical matrix properties such as hardness, refractive index and density is possible.
  • the type of organic modification used also has a significant influence on the material properties.
  • Unreactive groups such as alkyl or phenyl radicals serve as network transducers and allow adjustment of the polarity and density of the matrix without altering the network density.
  • the coating sols obtained via the sol-gel process can be applied to various substrates by means of customary lacquer application methods. Areas of application of the hybrid polymers include, for example, scratch and abrasion resistant coatings of plastic surfaces, passivation layers for microelectronic elements, layers with antistatic and antiadhesive properties, anti-slip effect, with barrier to gases, vapors and volatile organic substances, but also the use as compact materials in the dental field.
  • Hybrid polymers are also suitable for the physical incorporation of functional inorganic, organic and bioorganic molecules which can function, for example, as gas, pH, ion and biosensors or as light dosimeters (see eg DE 196 50 286 C1, EP 0 792 846 DE 196 07 524.6, DE 196 15 192 A1, EP 0 802 218 A2, DE 196 15 192.9).
  • Carbon nanotubes (“nanotubes”, hereinafter referred to as CNTs) have already been incorporated in the past into organic paints (for example polyimides) for TCOs which are thermally curable, see the corporate brochure of Eikos, Paul J. Glatkowski, "Carbon nanotube based transparent conductive coatings "2004, in particular also Figure 5.
  • Internet information on Eikos are accessible at wmv.eikgs.com In this document are filled with SWNTs (Single wall nanotubes) filled polyimides with a filling level of about 0.05 wt .-%.
  • CNT-2D or 3D arrays prepared using a colloid treated with sol-gel technique see US 6,749,712 B2; a coating of FET (field-effect transistors) with a semiconducting layer of glycerol-crosslinked, functionalized COOR-CNT in the region between the source electrode and the gate electrode, see US 2006/0138404 A1; CNTs in conjunction with Ormocer ⁇ s for the coating of golf balls, also in combination with phyllosilicates (barrier), see US 2006/0189412 A1; an electrically conductive composition made of an inorganic sol-GeI with LF CNTs, see US 2006/0240238 A1 (Dupont).
  • CNT dispersions or composites incorporated e.g. in polymeric materials are also spun fibers for textile materials (WO 2004/090204), materials which render surfaces antistatic and anti-adhesive (WO 2008/046165, EP 1914277 A1) and polysiloxane-based compositions which are useful as coatings for repelling the onset of marine organisms suitable for areas exposed to seawater.
  • the polysiloxane used for this purpose is commercially available; it is an addition product of a polyhydrosilane to a vinyl group-containing polysilane.
  • the polysiloxane is filled with a cylindrical nanofiller, which may be sepiolite or carbon nanotubes (WO 2008/046166 A2).
  • DE 102008039129.8 describes new coating materials which are dispersions of deagglomerated carbon nanotubes in polysiloxane matrices with an improved anchoring of the nanotubes in the matrices. These dispersions may contain particularly high amounts of nanotubes.
  • nanotubes are used for the preparation of the coating materials, to which functional groups are coupled. This leads to an improved dispersion in the corresponding matrix and thus to the possibility of achieving higher solids contents.
  • ultrasound and / or strong shear gradients can be used as the deagglomeration process.
  • adsorbing surfactants and polyelectrolytes are possible.
  • Object of the present invention is to make surfaces of any surface substrates and in particular textile materials dirt-repellent and / or antimicrobial effective.
  • the invention accordingly treated Textile materials, for example for protective clothing or barrier materials, as well as coating materials, which are suitable for dirt-repellent or antimicrobial treatment.
  • the object is achieved on the one hand by the provision of flat or suitably shaped textile materials whose fibers have a coating which is a hydrolytically condensed, preferably organically crosslinkable or organically crosslinked, inorganic-organic hybrid material and dispersed therein, preferably functionalized, single or multi-walled carbon nanotubes contains.
  • the invention also provides a corresponding method for the preparation of these materials.
  • a suitable textile material is treated with a suspension which contains a hydrolytically condensed, preferably inorganic, postcrosslinkable and / or organically postcrosslinkable inorganic-organic polymer matrix (lacquer matrix) as well as preferably covalently bound, single-walled or multi-walled carbon nanotubes dispersed therein or covalently incorporated therein.
  • This suspension is also referred to below as a paint.
  • the treatment may be in any form known in the art, e.g. by soaking, spraying, dipping or coating. After treating the fabric, excess paint, if any, is removed and the material is dried to cure the paint, preferably with organic polymerization of organic groups present in the material to form said inorganic-organic hybrid polymer material.
  • the object of the invention is achieved by proposing the above-described lacquers for use as coating materials for flat substrates, which impart soil-repelling and / or antimicrobial properties to these substrates.
  • These sheet-like substrates may likewise be textile material, but any other surface substrates should also be encompassed by the invention, including, in particular, flexible plastic films which, for B. as continuous material, d. H. in roll form, can be stored.
  • Textiles can be composed of a wide variety of materials, for example of natural fibers (cellulose fibers, cotton), organic polymers, inorganic-organic copolymers, glass fibers, metal or ceramic fibers, mixed fibers of these materials or mixtures thereof. They can be in a variety of forms and, for example, be treated with substances that are theirs give targeted properties. They may, but need not, be high temperature stable and / or more or less highly compressed.
  • the porosity can be adjusted by a variety of measures, for example, by impregnation of the fibers with sheaths, which make the fibers thicker and thus the pores smaller, or by the provision of porous, possibly hollow fibers.
  • the pore size may be consistent throughout the fabric or may be selectively altered through the thickness of the fabric.
  • the pore size is adjusted depending on the purpose of use in a suitable manner.
  • All types of textiles are suitable from the mentioned materials, for example woven or knitted or laid fiber materials made of yarns or other threads. In the latter, the fibers are usually connected to one another either by needling or other mechanical measures and / or by gluing. If the fibers have thermoplastic properties, the bonding can be effected by heating the fibers; alternatively or additionally, they can be connected by means of a bonding suspension, with which the scrim, eg a felt, was impregnated.
  • shaped textile matehals in the sense of the present application also mean yarns or non-spun or un-laid fibers.
  • the invention is not only suitable for textiles, but also for other surface materials, for example continuous or perforated films made of plastics. Examples of these are polyethylene, polypropylene or polyethylene terephthalate films.
  • CNTs Most commercially available dispersions of CNTs (eg AquaCyl TM from Nanocyl) are water-based and have a high CNT concentration; However, the pH is usually in the alkaline range. If the pH is changed (eg to below 7), the CNTs can quickly agglomerate again. This involves some difficulty in dispersing in a wide variety of matrices. Modification of the CNTs, but also the choice of suitable wetting and dispersing agents can facilitate incorporation into the paint matrix. Various investigations have shown, for example, DMF (dimethylformamide), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or propylene carbonate (PC) as good solvents for CNT dispersions.
  • DMF dimethylformamide
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • PC propylene carbonate
  • CNT Dispersions are usually not stable for long and agglomerates often form again after a short time. This can be z. B. by surfactants such as sodium dodecyl sulfate or Triton X-100 prevent, which also also improve the dispersion. Unfortunately, these surfactants foam very strong and are not suitable for all coating systems.
  • the invention takes advantage of the fact that CNTs can be incorporated much better than in the above-mentioned concentration in paints when they are composed of inorganic-organic hybrid material.
  • the suspensions produced may be applied to fibrous or other surfaces and cured such that the CNTs are solid and long lasting on the respective surface, e.g. a fiber or a thread.
  • the CNTs have to be incorporated in a significantly smaller amount than carbon black in order to achieve comparable effects, which may be due to the fact that many of the individual CNTs abut one another in the paint matrix because of their length in the ⁇ m range and thus longer form conductive areas.
  • the invention further makes use of the fact that a significantly larger proportion of CNTs can be incorporated into the matrix when the CNTs are used in the form of functionalized carbon nanotubes.
  • this expression is to be understood as meaning that carbon atoms bound to the nanotubes are converted into an organic group, these carbon atoms having thereby passed into the corresponding oxidation state.
  • This functionalization is the oxidation to COO " groups, which can then be further reacted with conventional methods (esterified, amidated, possibly also reduced), so it is not so much a matter of transparency but of high effectiveness , the incorporation of functionalized CNTs is preferred, although the effect of functionalized CNTs on the incorporated amount is slightly lower than that of unfunctionalized CNTs, possibly because smaller CNT fragments are formed when CNTs are modified.
  • the functional groups of the CNTs may be in charged form (eg as -COO " ) or in neutral form (eg as -COOH).
  • CNTs are used which are functionalized as follows: Commercially available CNTs (examples being Industrial Grade Multiwalled CNT from Nanocyl, Belgium) are used for basic functionalization with COOH groups. The functionalization is usually carried out by standard methods, for example by reacting the CNTs at 40 0 C for 3h in a mixture of HNO 3 and H 2 SO 4 (ratio 1: 3) with stirring and ultrasound.
  • CNT-COOH carboxylate-modified nanotubes
  • CNTs are used which have been further reacted starting from CNTs already functionalized with COOH groups, in which case either the COOH group has been modified or further functional groups have been formed on the walls of the nanotubes.
  • the modification of the COOH group can be carried out with conventional reactants that can react with carboxylic acid functions.
  • the carboxylic acid group can be esterified or amidated, of course, the balance of the reaction must be shifted in the usual way in the product direction, e.g. by trapping emerging water.
  • an amidation reaction is the reaction with sulphanilic acid.
  • a salt eg the sodium salt of sulfanilic acid
  • an optionally modified sulfanilic acid and with a coupling reagent, for example N, N 'dicyclohexylcarbodiimide (DCC), (in a suitable solvent For example, DMF) implemented.
  • DCC N, N 'dicyclohexylcarbodiimide
  • the reaction is carried out with stirring and ultrasound at room temperature over a period of 24 hours.
  • the product hereinafter referred to as CNT-SuIf, accordingly arises in the salt form or as a free sulfanilic acid derivative. It is isolated, washed and dried.
  • CNT-sulfide COOH-functionalized CNTs
  • CNT-sulfide whose carboxylic acid residues have been further functionalized, and in particular CNTs reacted with sulfanilic acid (hereinafter referred to as CNT-sulfide)
  • inorganic-organic matrices Lacke , Hybrid polymers
  • the CNTs usually have to be deagglomerated again and stirred by means of stirring and possibly ultrasound into the solvent associated with the paint or directly into the paint.
  • solvent may be added as needed.
  • aqueous solvents are preferred for the suspensions.
  • solvents such as alcohols or the like.
  • a lacquer base for lacquers filled with functionalized CNTs a large number of different materials based on hybrid polymers of the type mentioned above can be used.
  • typical hybrid polymers can be used, as they are also used for barrier coatings. As a rule, they have a high degree of inorganic crosslinking.
  • the inorganic-organic hybrid polymers of the present invention are preferably prepared using silanes of the formula (I)
  • R 1 is a radical which is amenable to organic polymerization.
  • polymerization is meant a poly-reaction in which reactive double bonds or rings under the influence of heat, actinic radiation such as light or ionizing radiation, but optionally instead of redox catalysed, go into polymers (English: addition polymehzation or chain - growth polymerization).
  • cationic polymerization can be carried out with the aid of a cationic UV initiator, for example an epoxy system (see, for example, CG Roffey, Photogeneration of Reactive Species for UV Curing, John Wiley & Sons Ltd, (1997)).
  • crosslinking may be by other polyreactions such as ring-opening polymerization.
  • An example is the reaction of an epoxide radical with a radical containing a carboxylic acid anhydride group.
  • the radical R 1 usually contains at least two and preferably up to about 50 carbon atoms.
  • R 2 is an (at least predominantly) organic radical which is not accessible to organic polymerization.
  • this is an optionally substituted alkyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl group whose substituents do not allow crosslinking, wherein the carbon chain of these radicals is optionally substituted by O, S, NH, CONH, COO, NHCOO or the like. can be interrupted.
  • radicals R 2 having 1 to 30 or even up to 50, more preferably 6 to 25 carbon atoms.
  • X denotes OH or a leaving group which is hydrolyzed under hydrolysis conditions and at least partially contributes to inorganic crosslinking during sol-gel formation by binding to an oxygen atom of a further silicon compound.
  • X may be an alkoxy, hydrogen, hydroxy, acyloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl and, in specific instances, NR " 2 with R", the same or different and being hydrogen or lower alkyl (preferably having from 1 to 6 carbon atoms).
  • X is an alkoxy group, most preferably a Ci-C 4 alkoxy group.
  • a and b can each be 0, 1 or optionally also 2, 4-ab may in rare cases be 1, but is usually 2 or 3. It is inventively preferred that the silanes used for the preparation of the hybrid polymers at least partially are those in which a is 1 or - more rarely - 2. but a can be 0 instead.
  • the presence of a certain number of radicals R 2 is indeed also decisive for the properties of the coatings; Since R 2 as a network converter has an influence on the physical properties such as flexibility or density, but not on the degree of crosslinking, the number of b is suitably chosen according to the desired properties.
  • the radicals R 1 are also referred to as organic network formers, since they allow the formation of an organic network in addition to the inorganic, formed by hydrolytic condensation network.
  • the same radicals R 1 can react with one another; but also possible is the reaction of different radicals R 1 , for example an epoxide with an amine radical or an (activated) acid radical with an alcohol radical.
  • the radicals X are referred to as inorganic network formers.
  • the hybrid material can be prepared by using at least one further silane of the formula (II)
  • SiX 4 (II) are produced, wherein X is the same or different and has the same meaning as in formula (I).
  • a suitable compound for this purpose is tetraethoxysilane.
  • the SiO content ie the inorganic content, is increased.
  • the hybrid matehal which can be used according to the invention can be prepared by using at least one silane of the formula (III) in which R 1 , R 2 and X have the meaning given above for formula (I). This increases the organic content of the material, which can improve the elasticity of the material.
  • the hybrid materials of any one of the preceding embodiments may optionally be further hydrolytically condensed with the addition of further substances, e.g. of complexed or (chelate) ligand-containing metals of the III. Main group, germanium and metals of IL, III, IV, V., VI., VII. And VIII. Subgroup.
  • boron, aluminum, zirconium, germanium or titanium compounds are favorable.
  • alkoxides, in particular C 1 -C 6 -alkoxides, which have been dissolved or recovered from such a solution in the presence of a complexing solvent are frequently used for this purpose.
  • the starting materials may comprise purely organic materials that can be polymerized into the organic network.
  • zirconium alkoxides are preferred for the reasons explained in more detail below.
  • the starting materials are hydrolytically condensed or partially condensed by the known sol-gel process, wherein usually a catalyst initiates or accelerates the condensation reaction and optionally a suitable catalyst or initiator, the organic polymerization.
  • the sol-gel step is usually carried out in a suitable solvent, for the aforementioned reasons, preferably on an aqueous basis.
  • the product is often referred to as a paint. Subsequently, this paint is brought to the appropriate viscosity, for example by dilution. Subsequently, it is possible to cure by evaporation of solvent, further inorganic post-crosslinking and / or organic crosslinking.
  • the organic crosslinking can be effected thermally with the aid of catalysts and / or initiators, with the aid of actinic radiation (for example UV radiation) and / or redox-catalyzed.
  • actinic radiation for example UV radiation
  • the inorganic post-crosslinking is often associated with the evaporation of solvent. All this has long been known and written down in a variety of publications.
  • the suspensions which can be used according to the invention, about 0.2-20% by weight of unfunctionalized or functionalized CNTs, based on the solids content of the paint, are generally stirred into the latter and preferably dispersed by means of ultrasound.
  • the amount depends on the effect to be achieved in each case and may therefore also be lower or higher.
  • an antimicrobial effect can be detected as low as 1% by weight or even lower.
  • about 1.0 to 15, and preferably at least about 7.5, more preferably at least about 10 mass% may be particularly beneficial.
  • it can often be diluted with deionized water and / or ethanol.
  • the functionalized CNTs are usually added to the paint after the hydrolytic condensation has been initiated; however, they can also be added at an earlier date. It has been found that the CNTs are particularly well dispersed in paints containing metal alcoholates or complexed metal compounds. As a result, very high levels of CNTs can be realized. In particular, the inventors were able to achieve good results in the presence of zirconium alcoholate (zirconium propylate): for example, 1, 2% by weight of sulfanilated CNTs, based on the total mass, could be incorporated in not yet optimized experiments, without having to resort to dispersing aids. After optimization and / or with such an agent, the amount should increase even further.
  • zirconium alcoholate zirconium propylate
  • Common dispersing aids can be used to facilitate dispersion and to further increase the amount of incorporable CNTs. This applies in particular to water-based paints. These are preferred on the one hand because of their environmental compatibility, on the other hand, but they are in special cases, the recoverable hardness of the post-crosslinked product because of especially for the application of the invention. Up to at least 0.5 wt .-% CNT-SuIf, based on the total amount of the paint, but often significantly more (eg to more than 5 wt .-% CNT-SuIf), can be incorporated into water-based paints, which are not only acid-catalyzed but also have a pH in the acidic range.
  • sulfanilic acid modified CNTs can significantly increase the hardness of such paints (eg by about 30%).
  • functionalized CNTs are used which are covalently bonded into the lacquer via their functional groups.
  • the carboxylic acid group of carboxylated CNTs can react with free OH or NH 2 groups of the paint to form ester or amide bonds.
  • silanes with aminoalkyl or hydroxyalkyl groups are used for the paint base.
  • ammonium groups in the paint can be detrimental. Ammonium groups or other positively charged groups appear to interact with the functionalized CNTs, therefore the viscosity increases.
  • crosslinking levels of the paints - differ greatly with respect to inorganic and organic crosslinking - can have a major impact on the resulting systems with the functionalized CNTs (e.g., directional alignment of the CNTs and percolation, respectively).
  • the intended textile or other sheet material is treated with the suspension, e.g. padded. For this purpose, it is impregnated with the suspension, which is then pressed between two rollers. Then the paint is cured as described above.
  • very thin coatings can be achieved, e.g. B. of less than 5 microns, preferably less than 2 microns and in many cases even less than 1 micron in thickness, which nevertheless have excellent properties, including a greatly reduced surface resistance, such.
  • B. of less than 5 microns, preferably less than 2 microns and in many cases even less than 1 micron in thickness, which nevertheless have excellent properties, including a greatly reduced surface resistance, such.
  • This is particularly - but not only - for textiles of particular importance because textiles are of course to be affected by a coating, of course, as little as possible in their haptic properties and in their flexibility.
  • Another advantage of thin layers is that their transparency is high.
  • the coatings of the invention may have a light transmission of well over 60%, usually over 80% and often even from 85% to 90% or even more in the visible range, depending on the thickness of the layer and the selected amount of CNTs. It could be shown that textile materials which were treated according to the invention have an antimicrobial effect, even with small amounts of incorporated CNTs. For other purposes, higher amounts of CNTs are particularly favorable, which is why a coating with a high amount of, in particular, functionalized CNTs may be preferred.
  • OTA octadecyldimethyl ⁇ S-thmethoxysilylpropyl ammonium chloride
  • the systems which can be used according to the invention have the advantage that they can be designed with a solvent system suitable for the respective system because the optionally functionalized CNTs are incorporated into the resin matrix independently of the chosen solvent while relying on customary substances to rely on specific, often toxicologically questionable solvents - OTA is offered for example in a 60% methanol solution.
  • a varnish was prepared from the following ingredients: 1140.3 mmol (85 mol%, 347.12 g) of 3- (triethoxysilyl) propyl succinic anhydride, 201.7 mmol (15 mol%, 89.43 g) of Zr-tetra- n-propylate 73.9%, 2 / 3m, based on the succinic anhydride, ethanol, 2113.9 mmol (about half-stoichiometric, for the hydrolysis, 38.09g) O 1 I n HCI.
  • the silane was initially charged, Zr alcoholate and ethanol were added with stirring. The resulting solution was yellow. Dropwise was hydrolyzed with the acid, wherein 20 0 C were not exceeded. The mixture was stirred for 120 min at RT, whereby the solution became almost colorless.
  • the product had a solids content of 41.68% by weight.
  • the paint was first diluted to 10 wt .-%. Then, the CNTs were dispersed therein. Based on the solids content of the paint matrix, dispersions having different proportions of CNTs were produced up to a content of 12% by weight of CNT. The following measurements of the surface resistance or the spec. Conductivities of coatings on films have shown that very good conductivities can be achieved, for example, from a concentration of 7.5% by weight of CNT derivative, based on the solids content. The antimicrobial testing was also positive.
  • Sample A had a CNT content of 7.5% by weight
  • sample B had a content of 12% by weight, based on the solids content.
  • the measured thickness of the samples was 100 ⁇ m; the distance of the four measuring points to each other was 2.77 mm.
  • the mean measured resistance R [M ⁇ ] was 10.03 ⁇ 4.2 for Sample A and 2.13 ⁇ 0.6 for Sample B. This resulted in an estimated correction factor of 1.0 for both samples.
  • the surface resistance of the samples was as follows:
  • control sample consisted of the same lacquer in the same dilution without CNTs.
  • samples A and B have antimicrobial activity.
  • sample A, sample B and the comparative sample were repeated using a Keithley Electrometer / High Resistivity Fixture 8009.
  • the samples were clamped in the form of a coating on PET film, which had been applied with a wire-wound rod to 50 microns and then thermally cured for 1 h at 130 0 C without circulating air, with the coating down between two electrodes. Then a measuring voltage of 25V was applied.
  • the surface resistance was determined from the current flow and expressed in ohms per (specified) area.
  • the surface resistance of the comparative sample was found to be 1.3E + 14 ⁇ / area, that of Sample A was 8.3E + 6 ⁇ / area, and that of Sample B was 7.5E + 5 ⁇ / area.
  • a mixture of 3- (thethoxysilyl) propyl-succinic anhydride and ⁇ -glycidoxypropyl-methoxysilane in a molar ratio of 2: 1 is gently hydrolyzed in 25% by weight of 2-butoxyethanol, based on the weight of the silanes, in the presence of methylimidazole as the catalyst.
  • 2 to 15% by weight of CNT-COOH, based on the solids content of the sol (about 54%), are added and dispersed in various formulations to the resulting sol.
  • This paint system add two Anhydridreste to form two free carboxylic acid groups on the opening epoxide.
  • Embodiment 3 water-based paint system
  • Another paint system was prepared based on aluminum tri (sec.Butylat), zirconium n-propylate, tetramethoxysilane and glycidylpropyltriethoxysilane.
  • the hydrolysis was initiated with 0.1 N HCl. After condensation, the solvent was spun off and replaced with 0.1 HCl. It was then diluted with water to a solids content of 10 wt .-%.
  • Dispersion III was applied as a wet film in each case in a thickness of 10 .mu.m and 20 .mu.m to PET film; For comparison, the same coating system without CNTs in a thickness of 20 .mu.m was applied to PET film. After the drying / curing performed as for the samples A and B of the embodiment 1, the thickness of the obtained dry films was ⁇ 1 ⁇ m and ⁇ 1.7 ⁇ m, respectively. The surface resistances were measured as described above for Example 1 using the Keithley electrometer under the same conditions as indicated therein.
  • a surface resistance of 9.4E + 13 ⁇ / area was obtained for the CNT-free sample, a surface resistance of 2.5E + 6 ⁇ / area for the ⁇ 1 ⁇ m thick sample and a surface resistance of 1 for the ⁇ 1.7 ⁇ m sample , 2E + 5 ⁇ / area determined.
  • the lowering of the surface resistance correlates with an increase of the antimicrobial effect.
  • the dispersion IV and a comparative sample of the varnish of this example without CNTs were coated on a PET film as described above and, after drying / curing, were measured using the Keithley electrometer under the same conditions as indicated therein.
  • a surface resistance of E + 14 ⁇ / area and for the dispersion IV a surface resistance of E + 10 ⁇ / area was determined.
  • the lowering of the surface resistance correlates with an increase of the antimicrobial effect.

Abstract

The invention relates to a planar or shaped textile material comprising or constituted of fibers, at least part of the fibers being coated with a hydrolytically condensed inorganic/organic hybrid material having single-walled or multi-walled carbon nanotubes which are embedded therein, optionally covalently bound thereto. The carbon nanotubes are preferably functionalized, especially with carboxylic acid groups or sulfanilic acid groups. The textile material is suitable for producing protective clothing, barrier materials or the like. The invention further relates to the use of the above-defined hybrid material as a coating material which imparts stain-resistance and/or antimicrobial properties to the coated substrate.

Description

Antimikrobiell behandelte und/oder schmutzabweisende Flächensubstrate sowie Verfahren zu ihrer Herstellung Antimicrobially treated and / or soil-repellent surface substrates and process for their preparation
Die vorliegende Erfindung betrifft flächige Substrate und insbesondere Textilmaterialien, die eine antimikrobielle Imprägnierung aufweisen. Diese Imprägnierung besteht aus vorzugsweise aktivierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs), die in eine Matrix aus anorganisch-organischem Hybridpolymer (z.B. einem ORMOCER®) eingebettet und in speziellen Fällen an diese kovalent angebunden sind. Die Hybridpolymere weisen ein anorganisches Netzwerk sowie organische Bestandteile auf. In bevorzugten Ausführungsformen können sie organische Gruppen tragen, die, ggf. mit Hilfe von Wärme oder aktinischer Strahlung (z.B. UV-Strahlung) oder redoxkatalysiert, organisch nachpolymerisiert oder nachpolymerisierbar sind.The present invention relates to sheet substrates, and more particularly to textile materials having antimicrobial impregnation. This impregnation preferably consists of activated carbon nanotubes (CNTs) formed in a matrix of an inorganic-organic hybrid polymer (eg, a ORMOCER ®) are embedded and covalently attached in special cases to this. The hybrid polymers have an inorganic network and organic components. In preferred embodiments, they may carry organic groups which, if appropriate with the aid of heat or actinic radiation (for example UV radiation) or redox-catalyzed, are organically postpolymerized or postpolymerizable.
Es ist bekannt, Kohlenstoff-Nanoröhren (einfachwandige Röhren, SWNT, oder mehrfachwandige Röhren, MWNT) als Bestandteile von Kompositen einzusetzen, um diese mechanisch zu verstärken oder um ihnen elektrische Leitfähigkeit oder Wärmeleitfähigkeit (siehe Review Macromolecules 2006 S. 5194-5205 [2870]) zu verleihen. Sie können auch als Aktoren (Jain S. et al "Building smart materials using carbon nanotubes" Proc. SPIE Smart Structures and Materials 2004: Smart Electronics, MEMS, BioMEMS, and Nanotechnology S. 167-175 Vol. 5389 (2004)) oder in ausgerichteter Form z.B. für Displays oder mikroelektronische Anwendungen eingesetzt werden. Dispersionen von CNT sind käuflich erhältlich (z.B. Fa. BYK in Kooperation mit Bayer), auch teilweise mit reaktiven Funktionen. Eine Studie geeigneter oberflächenaktiver Mittel für solche Dispersionen wurde von R. Rastogi et al. in Journal of Colloid and Interface Science 328 (2008) 421 -428 veröffentlicht.It is known to use carbon nanotubes (single-walled tubes, SWNT, or multi-walled tubes, MWNT) as constituents of composites in order to strengthen them mechanically or to give them electrical conductivity or thermal conductivity (see Review Macromolecules 2006 S. 5194-5205 [2870] ) to rent. They may also be used as actuators (Jain S. et al "Building smart materials using carbon nanotubes" Proc. SPIE Smart Structures and Materials 2004: Smart Electronics, MEMS, BioMEMS, and Nanotechnology pp. 167-175 Vol. 5389 (2004)) or in aligned form eg for displays or microelectronic applications. Dispersions of CNT are commercially available (for example, BYK in cooperation with Bayer), sometimes with reactive functions. A study of suitable surfactants for such dispersions has been made by R. Rastogi et al. published in Journal of Colloid and Interface Science 328 (2008) 421-428.
Anorganisch-organische Hybridpolymere sind in einer Vielzahl von Varianten bekannt, beispielsweise als multifunktionelle kratzfeste Schichten, die häufig UV-strukturierbar sind. Eine wichtige Gruppe von anorganisch-organischen Hybridpolymeren sind die organisch modifizierten (Hetero)-Polysiloxane, die über einen Sol-Gel-Prozess gewonnen werden können. Diese sind in großer Variationsbreite bekannt. Grundbausteine dieser Materialien sind neben Tetraalkoxysilanen vor allem organisch modifizierte Siliciumverbindungen vom Typ R'Si(OR)3 und R'2Si(OR)2, worin R z.B. gleich Alkyl und R' z.B. entweder gleich R oder Aryl oder ein organisch vernetzbarer oder substituierter organischer Rest sein kann. Beispiele sind Gruppen R', die eine oder mehrere Acrylat- oder Methacrylatgruppen, Anhydrid-, Vinyl-, AIIyI-, Epoxy- oder Carbonsäure(derivat)-Reste tragen. Über die gezielte Hydrolyse dieser Precursoren und Kondensation der gebildeten Silanolgruppen wird ein anorganisches Netzwerk aufgebaut. Dieses lässt sich durch den Einsatz von Alkoxyverbindungen bestimmter Metalle wie Aluminium, Titan oder Zirkon erweitern. Damit ist die gezielte Beeinflussung physikalischer Matrixeigenschaften wie Härte, Brechzahl und Dichte möglich. Wesentlichen Einfluss auf die Materialeigenschaften hat aber auch die Art der verwendeten organischen Modifizierung. Unreaktive Gruppen wie Alkyl- oder Phenylreste dienen als Netzwerkwandler und erlauben die Einstellung von Polarität und Dichte der Matrix, ohne die Netzwerkdichte zu verändern. Mit reaktiven Gruppen (wie z.B. Vinyl-, Methacryl- oder Epoxyresten), die als Netzwerkbildner fungieren, lässt sich über photochemisch oder thermisch induzierte Polymerisationsreaktionen ein zusätzliches organisches Netzwerk aufbauen. Es bestehen kovalente Bindungen zwischen den anorganischen und den organischen Phasen. Die über den SoI-GeI- Prozess erhaltenen Beschichtungssole können mittels gebräuchlicher Lackapplikationsverfahren auf verschiedenste Substrate aufgebracht werden. Anwendungsgebiete der Hybridpolymere umfassen beispielsweise kratz- und abriebbeständige Beschichtungen von Kunststoffoberflächen, Passivierungsschichten für mikroelektronische Elemente, Schichten mit antistatischen und antiadhäsiven Eigenschaften, mit Antischmutzeffekt, mit Barrierewirkung gegenüber Gasen, Dämpfen und flüchtigen organischen Substanzen, aber auch den Einsatz als Kompaktmaterialien im Dentalbereich. Hybridpolymere bieten sich außerdem für den physikalischen Einbau von funktionellen anorganischen, organischen und bioorganischen Molekülen an, die beispielsweise als Gas-, pH-, Ionen- und Biosensoren oder als Lichtdosimeter fungieren können, (siehe z.B. DE 196 50 286 C1 ; EP 0 792 846 A2; DE 196 07 524.6; DE 196 15 192 A1 ; EP 0 802 218 A2; DE 196 15 192.9).Inorganic-organic hybrid polymers are known in a large number of variants, for example as multifunctional scratch-resistant layers, which are frequently UV-structurable. An important group of inorganic-organic hybrid polymers are the organically modified (hetero) polysiloxanes which can be obtained via a sol-gel process. These are known in wide variation. Basic building blocks of these materials are, in addition to tetraalkoxysilanes, especially organically modified silicon compounds of the type R'Si (OR) 3 and R'2Si (OR) 2, where R is, for example, alkyl and R 'is either R or aryl or an organically crosslinkable or substituted organic Rest can be. Examples are groups R 'which contain one or more acrylate or methacrylate groups, anhydride, vinyl, allyl, epoxy or Carry carboxylic acid (derivative) residues. The targeted hydrolysis of these precursors and condensation of the silanol groups formed builds up an inorganic network. This can be extended by the use of alkoxy compounds of certain metals such as aluminum, titanium or zirconium. Thus, the targeted influencing of physical matrix properties such as hardness, refractive index and density is possible. However, the type of organic modification used also has a significant influence on the material properties. Unreactive groups such as alkyl or phenyl radicals serve as network transducers and allow adjustment of the polarity and density of the matrix without altering the network density. With reactive groups (such as vinyl, methacrylic or epoxy radicals), which act as network formers, an additional organic network can be built up via photochemically or thermally induced polymerization reactions. There are covalent bonds between the inorganic and the organic phases. The coating sols obtained via the sol-gel process can be applied to various substrates by means of customary lacquer application methods. Areas of application of the hybrid polymers include, for example, scratch and abrasion resistant coatings of plastic surfaces, passivation layers for microelectronic elements, layers with antistatic and antiadhesive properties, anti-slip effect, with barrier to gases, vapors and volatile organic substances, but also the use as compact materials in the dental field. Hybrid polymers are also suitable for the physical incorporation of functional inorganic, organic and bioorganic molecules which can function, for example, as gas, pH, ion and biosensors or as light dosimeters (see eg DE 196 50 286 C1, EP 0 792 846 DE 196 07 524.6, DE 196 15 192 A1, EP 0 802 218 A2, DE 196 15 192.9).
Kohlenstoff-Nanoröhren ("Nanotubes; nachstehend mit CNT bezeichnet) wurden bereits in der Vergangenheit in organische Lacke (Beispiel Polyimide) für TCO eingearbeitet, die thermisch härtbar sind, siehe Firmenschrift der Fa. Eikos, Paul J. Glatkowski, "Carbon nanotube based transparent conductive coatings" 2004, insbesondere auch Figur 5. Internet-Informationen über Eikos sind zugänglich unter wmv.eikgs.com. In dieser Schrift werden mit SWNTs (Single wall nanotubes) gefüllte Polyimide mit einem Füllgrad von ca. 0,05 Gew.-% mit dem gleichen Material mit einem Füllgrad von > 5 Gew.-% ITO-Partikeln verglichen, mit dem Ergebnis, dass die noch nicht optimierten Produkte in ihren Eigenschaften (gute Transmission bei 550 nm, niedriger Oberflächenwiderstand) denen des ITO-gefüllten Materials bereits sehr nahe kamen, so dass bei weiteren Verbesserungen der Materialbeschaffenheit und der Beschichtungsverfahren zumindest gleichwertige Produkte erwartet werden könnten. Weiterhin sind bekannt: CNT-2D oder 3D-Arrays, hergestellt unter Einsatz eines Kolloids, das mit Sol-Gel-Technik behandelt wurde, siehe US 6,749,712 B2; eine Beschichtung von FET (Feldeffekttransistoren) mit einer halbleitenden Schicht aus glycehnvernetzten, funktionalisierten COOR-CNT im Bereich zwischen der Source- Elektrode und der Gate-Elektrode, siehe US 2006/0138404 A1 ; CNTs in Verbindung mit Ormocer©en für die Beschichtung von Golfbällen, auch in Kombination mit Schichtsilikaten (Barriere), siehe US 2006/0189412 A1 ; eine elektrisch leitende, aus einem anorganischen SoI-GeI hergestellte Zusammensetzung mit LF CNTs, siehe US 2006/0240238 A1 (Dupont).Carbon nanotubes ("nanotubes", hereinafter referred to as CNTs) have already been incorporated in the past into organic paints (for example polyimides) for TCOs which are thermally curable, see the corporate brochure of Eikos, Paul J. Glatkowski, "Carbon nanotube based transparent conductive coatings "2004, in particular also Figure 5. Internet information on Eikos are accessible at wmv.eikgs.com In this document are filled with SWNTs (Single wall nanotubes) filled polyimides with a filling level of about 0.05 wt .-%. compared with the same material with a degree of filling of> 5 wt .-% ITO particles, with the result that the not yet optimized products in their properties (good transmission at 550 nm, low surface resistance) that of the ITO-filled material already very much so that further improvements in material properties and coating processes could at least be expected to produce equivalent products. Further known are: CNT-2D or 3D arrays prepared using a colloid treated with sol-gel technique, see US 6,749,712 B2; a coating of FET (field-effect transistors) with a semiconducting layer of glycerol-crosslinked, functionalized COOR-CNT in the region between the source electrode and the gate electrode, see US 2006/0138404 A1; CNTs in conjunction with Ormocer © s for the coating of golf balls, also in combination with phyllosilicates (barrier), see US 2006/0189412 A1; an electrically conductive composition made of an inorganic sol-GeI with LF CNTs, see US 2006/0240238 A1 (Dupont).
Anwendungsmöglichkeiten von CNT-Dispersionen oder -kompositen, eingearbeitet z.B. in Polymermaterialien, sind weiterhin versponnene Fasern für Textilmaterialien (WO 2004/090204), Materialien, die Oberflächen antistatisch und antiadhäsiv machen (WO 2008/046165, EP 1914277 A1 ) und polysiloxan-basierte Zusammensetzungen, die sich als Beschichtungen zur Abwehr des Ansetzens von Meeresorganismen an Flächen eignen, die dem Meerwasser ausgesetzt sind. Das dafür eingesetzte Polysiloxan ist kommerziell erhältlich; es handelt sich um ein Additionsprodukt eines Polyhydrosilans an ein eine Vinylgruppe aufweisendes Polysilan. Das Polysiloxan ist mit einem zylindrischen Nanofiller befüllt, bei dem es sich um Sepiolith oder Kohlenstoff- Nanoröhrchen handeln kann (WO 2008/046166 A2).Uses of CNT dispersions or composites incorporated e.g. in polymeric materials are also spun fibers for textile materials (WO 2004/090204), materials which render surfaces antistatic and anti-adhesive (WO 2008/046165, EP 1914277 A1) and polysiloxane-based compositions which are useful as coatings for repelling the onset of marine organisms suitable for areas exposed to seawater. The polysiloxane used for this purpose is commercially available; it is an addition product of a polyhydrosilane to a vinyl group-containing polysilane. The polysiloxane is filled with a cylindrical nanofiller, which may be sepiolite or carbon nanotubes (WO 2008/046166 A2).
In DE 102008039129.8 werden neue Beschichtungsmaterialien beschrieben, bei denen es sich um Dispersionen von deagglomerierten Kohlenstoff-Nanotubes in Polysiloxan- Matrices mit einer verbesserten Verankerung der Nanotubes in den Matrices handelt. Diese Dispersionen können besonders hohe Mengen an Nanotubes enthalten.DE 102008039129.8 describes new coating materials which are dispersions of deagglomerated carbon nanotubes in polysiloxane matrices with an improved anchoring of the nanotubes in the matrices. These dispersions may contain particularly high amounts of nanotubes.
Gemäß DE 102008039129.8 werden für die Herstellung der Beschichtungsmaterialien Nanotubes (CNTs) eingesetzt, an die funktionelle Gruppen angekoppelt sind. Dies führt zu einer verbesserten Dispergierung in der entsprechenden Matrix und somit zur Möglichkeit, höhere Feststoffgehalte zu erreichen. In bevorzugter Weise können dabei als Deagglomerationsverfahren Ultraschall und/oder starke Schergradienten eingesetzt werden. Zur Dispergierung sind der Einsatz adsorbierender Tenside und Polyelektrolyte möglich.According to DE 102008039129.8, nanotubes (CNTs) are used for the preparation of the coating materials, to which functional groups are coupled. This leads to an improved dispersion in the corresponding matrix and thus to the possibility of achieving higher solids contents. In a preferred manner, ultrasound and / or strong shear gradients can be used as the deagglomeration process. For dispersing the use of adsorbing surfactants and polyelectrolytes are possible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Oberflächen von beliebigen Flächensubstraten und insbesondere Textilmaterialien schmutzabweisend und/oder antimikrobiell wirksam zu machen. Dabei stellt die Erfindung entsprechend behandelte Textilmaterialien, beispielsweise für Schutzkleidung oder Barrierematerialien, sowie Beschichtungsmaterialien bereit, die sich zur schmutzabweisenden bzw. antimikrobiellen Behandlung eignen.Object of the present invention is to make surfaces of any surface substrates and in particular textile materials dirt-repellent and / or antimicrobial effective. The invention accordingly treated Textile materials, for example for protective clothing or barrier materials, as well as coating materials, which are suitable for dirt-repellent or antimicrobial treatment.
Gelöst wird die Aufgabe zum einen durch die Bereitstellung von flächigen oder passend geformten Textilmaterialien, deren Fasern eine Beschichtung aufweisen, welche ein hydrolytisch kondensiertes, vorzugsweise organisch vernetzbares oder organisch vernetztes, anorganisch-organisches Hybridmaterial sowie darin dispergierte, vorzugsweise funktionalisierte, einfach- oder mehrfachwandige Kohlenstoffnanoröhrchen enthält. Die Erfindung stellt für die Herstellung dieser Materialien auch ein entsprechendes Verfahren bereit. Hierbei wird ein geeignetes Textilmaterial mit einer Suspension behandelt, die eine hydrolytisch kondensierte, vorzugsweise anorganisch nachhärtbare und/oder organisch nachvernetzbare anorganisch-organische Polymermatrix (Lackmatrix) sowie darin dispergierte oder kovalent eingebundene, vorzugsweise funktionalisierte, einfach- oder mehrfachwandige Kohlenstoffnanoröhrchen enthält. Diese Suspension wird nachstehend auch als Lack bezeichnet. Die Behandlung kann in beliebiger, aus dem Stand der Technik bekannter Form erfolgen, z.B. durch Tränken, Besprühen, Eintauchen oder Beschichten. Nach dem Behandeln des Textilmaterials wird überschüssiger Lack, soweit vorhanden, entfernt, und das Material wird getrocknet, wobei der Lack aushärtet, vorzugsweise unter organischer Polymerisation von in dem Material vorhandenen organischen Gruppen, wobei das genannte anorganisch-organische Hybridpolymermaterial entsteht.The object is achieved on the one hand by the provision of flat or suitably shaped textile materials whose fibers have a coating which is a hydrolytically condensed, preferably organically crosslinkable or organically crosslinked, inorganic-organic hybrid material and dispersed therein, preferably functionalized, single or multi-walled carbon nanotubes contains. The invention also provides a corresponding method for the preparation of these materials. In this case, a suitable textile material is treated with a suspension which contains a hydrolytically condensed, preferably inorganic, postcrosslinkable and / or organically postcrosslinkable inorganic-organic polymer matrix (lacquer matrix) as well as preferably covalently bound, single-walled or multi-walled carbon nanotubes dispersed therein or covalently incorporated therein. This suspension is also referred to below as a paint. The treatment may be in any form known in the art, e.g. by soaking, spraying, dipping or coating. After treating the fabric, excess paint, if any, is removed and the material is dried to cure the paint, preferably with organic polymerization of organic groups present in the material to form said inorganic-organic hybrid polymer material.
Zum anderen wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass die voranstehend beschriebenen Lacke zur Verwendung als Beschichtungsmaterialien für flächige Substrate vorgeschlagen werden, die diesen Substraten schmutzabweisende und/oder antimikrobiell wirksame Eigenschaften verleihen. Bei diesen flächigen Substraten kann es sich ebenfalls um Textilmaterial handeln, doch sollen auch beliebige andere Flächensubstrate von der Erfindung umfasst sein, darunter insbesondere flexible Kunststoff-Folien, die z. B. als Endlosmaterial, d. h. in Rollenform, gelagert werden können.On the other hand, the object of the invention is achieved by proposing the above-described lacquers for use as coating materials for flat substrates, which impart soil-repelling and / or antimicrobial properties to these substrates. These sheet-like substrates may likewise be textile material, but any other surface substrates should also be encompassed by the invention, including, in particular, flexible plastic films which, for B. as continuous material, d. H. in roll form, can be stored.
Für die vorliegende Erfindung geeignete Textil- und sonstige flächige Materialien sind in großer Zahl bekannt. Textilien können aus den verschiedensten Materialien aufgebaut sein, z.B. aus Naturfasern (Cellulosefasern, Baumwolle), organischen Polymeren, anorganisch-organischen Mischpolymeren, Glasfasern, Metall- oder Keramikfasern, aus Mischfasern dieser Materialien oder aus Gemischen davon. Sie können in den verschiedensten Formen vorliegen und z.B. mit Stoffen behandelt sein, die ihnen gezielte Eigenschaften verleihen. Sie können, müssen aber nicht, hochtemperaturstabil sein und/oder mehr oder weniger hoch verdichtet vorliegen. Die Porosität kann mit den verschiedensten Maßnahmen eingestellt sein, z.B. durch Tränkung der Fasern mit Umhüllungen, die die Fasern dicker und damit die Poren kleiner machen, oder durch das Vorsehen von porösen, ggf. hohlen Fasern. Die Porengröße kann durch das Textilmaterial hindurch gleich bleibend sein oder sich durch die Dicke des Stoffes hindurch gezielt ändern. Die Porengröße wird je nach Verwendungszweck in geeigneter Weise eingestellt. Es eignen sich alle Arten von Textilien aus den genannten Materialien, beispielsweise aus Garnen oder sonstigen Fäden hergestellte Gewebe oder Gestricke oder gelegte Fasermaterialien. In letzteren sind die Fasern in der Regel entweder durch Nadelung oder andere mechanische Maßnahmen und/oder durch Verklebung miteinander verbunden. Wenn die Fasern thermoplastische Eigenschaften aufweisen, kann die Verklebung durch Erwärmen der Fasern bewirkt werden; alternativ oder zusätzlich können sie mit Hilfe einer verklebenden Suspension, mit der das Gelege, z.B. ein Filz, getränkt wurde, verbunden sein. Unter "geformten Textilmatehalien" im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind aber auch Garne oder noch unversponnene oder ungelegte Fasern zu verstehen. Die Erfindung eignet sich jedoch nicht nur für Textilien, sondern auch für andere Flächenmaterialien, beispielsweise durchgehende oder perforierte Folien aus Kunststoffen. Beispiele hierfür sind Polyethylen-, Polypropylen- oder Polyethylenterephthalat-Folien.For the present invention suitable textile and other sheet materials are known in large numbers. Textiles can be composed of a wide variety of materials, for example of natural fibers (cellulose fibers, cotton), organic polymers, inorganic-organic copolymers, glass fibers, metal or ceramic fibers, mixed fibers of these materials or mixtures thereof. They can be in a variety of forms and, for example, be treated with substances that are theirs give targeted properties. They may, but need not, be high temperature stable and / or more or less highly compressed. The porosity can be adjusted by a variety of measures, for example, by impregnation of the fibers with sheaths, which make the fibers thicker and thus the pores smaller, or by the provision of porous, possibly hollow fibers. The pore size may be consistent throughout the fabric or may be selectively altered through the thickness of the fabric. The pore size is adjusted depending on the purpose of use in a suitable manner. All types of textiles are suitable from the mentioned materials, for example woven or knitted or laid fiber materials made of yarns or other threads. In the latter, the fibers are usually connected to one another either by needling or other mechanical measures and / or by gluing. If the fibers have thermoplastic properties, the bonding can be effected by heating the fibers; alternatively or additionally, they can be connected by means of a bonding suspension, with which the scrim, eg a felt, was impregnated. However, "shaped textile matehals" in the sense of the present application also mean yarns or non-spun or un-laid fibers. However, the invention is not only suitable for textiles, but also for other surface materials, for example continuous or perforated films made of plastics. Examples of these are polyethylene, polypropylene or polyethylene terephthalate films.
Die meisten kommerziell erhältlichen Dispersionen von CNTs (z.B. AquaCyl™ der Firma Nanocyl) sind zwar auf Wasserbasis und besitzen eine hohe CNT-Konzentration; der pH-Wert liegt jedoch meist im alkalischen Bereich. Ändert man den pH-Wert (z.B. auf unter 7), so können die CNTs schnell wieder agglomerieren. Dies birgt einige Schwierigkeiten beim Dispergieren in den unterschiedlichsten Matrices. Eine Modifizierung der CNTs, aber auch die Wahl geeigneter Netz- und Dispergiermittel kann die Einarbeitung in die Lackmatrix erleichtern. Verschiedene Untersuchungen haben z.B. DMF (Dimethylformamid), N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) oder Propylen-carbonat (PC) als gute Lösemittel für CNT-Dispersionen aufgezeigt. Da diese aber einen sehr hohen Siedepunkt von 153°C, 2030C und 242°C haben und DMF zudem als giftig eingestuft ist, eignen sie sich nur sehr bedingt für den Einsatz in Lackmatrices wie denen, die für die vorliegende Erfindung nutzbar sind. Ein limitierender Faktor beim Dispergieren ist zudem die hohe Oberflächen-Energie der CNT. Sobald die CNT- Agglomerate z.B. durch Ultraschallbehandlung aufgebrochen werden und die CNT einzeln vorliegen, erhöht sich die Viskosität der Dispersion enorm. Daher liegt die maximale Konzentration an CNT in solchen Dispersionen in der Regel bei etwa maximal 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Lack-Zusammensetzung. CNT- Dispersionen sind meist auch nicht lange stabil und es bilden sich häufig nach kurzer Zeit erneut Agglomerate. Dies kann man z. B. durch Tenside wie Natrium-dodecylsulfat oder Triton X-100 verhindern, die zudem auch die Dispergierung verbessern. Leider schäumen diese Tenside sehr stark und sind auch nicht für alle Lacksysteme geeignet.Most commercially available dispersions of CNTs (eg AquaCyl ™ from Nanocyl) are water-based and have a high CNT concentration; However, the pH is usually in the alkaline range. If the pH is changed (eg to below 7), the CNTs can quickly agglomerate again. This involves some difficulty in dispersing in a wide variety of matrices. Modification of the CNTs, but also the choice of suitable wetting and dispersing agents can facilitate incorporation into the paint matrix. Various investigations have shown, for example, DMF (dimethylformamide), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or propylene carbonate (PC) as good solvents for CNT dispersions. However, since these have a very high boiling point of 153 ° C, 203 0 C and 242 ° C and DMF is also classified as toxic, they are only very limited for use in Lackmatrices such as those that are useful for the present invention. Another limiting factor in dispersing is the high surface energy of CNT. As soon as the CNT agglomerates are broken up, for example by ultrasonic treatment, and the CNTs are present individually, the viscosity of the dispersion increases enormously. Therefore, the maximum concentration of CNT in such dispersions is usually about at most 1 wt .-%, based on the total paint composition. CNT Dispersions are usually not stable for long and agglomerates often form again after a short time. This can be z. B. by surfactants such as sodium dodecyl sulfate or Triton X-100 prevent, which also also improve the dispersion. Unfortunately, these surfactants foam very strong and are not suitable for all coating systems.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass sich CNTs deutlich besser als in der vorstehend genannten Konzentration in Lacke einarbeiten lassen, wenn diese aus anorganisch-organischem Hybridmaterial aufgebaut sind. Die dabei erzeugten Suspensionen können auf faserige oder sonstige Oberflächen aufgebracht und gehärtet werden, so dass die CNTs fest und langfristig an der jeweiligen Oberfläche, z.B. einer Faser oder eines Fadens, haften. Erfindungsgemäß hat sich aber auch herausgestellt, dass die CNTs in deutlich geringerer Menge eingearbeitet werden müssen als Ruß, um vergleichbare Effekte zu erzielen, was möglicherweise daran liegt, dass viele der einzelnen CNTs wegen ihrer Länge im μm-Bereich in der Lackmatrix aneinanderstoßen und damit längere leitfähige Bereiche bilden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen nehmen die Erfinder an, dass eine daraus resultierende Permanentladung über größere Bereiche hinweg die erfindungsgemäß beobachtete Wirkung der Beschichtung verursacht. Deshalb lassen sich erfindungsgemäß gegebenenfalls auch transparente Lacke mit den gewünschten Eigenschaften erhalten, während mit Ruß gefüllte Lacke mit ansonsten denselben Eigenschaften nicht mehr transparent, sondern trübe sind.The invention takes advantage of the fact that CNTs can be incorporated much better than in the above-mentioned concentration in paints when they are composed of inorganic-organic hybrid material. The suspensions produced may be applied to fibrous or other surfaces and cured such that the CNTs are solid and long lasting on the respective surface, e.g. a fiber or a thread. According to the invention, however, it has also been found that the CNTs have to be incorporated in a significantly smaller amount than carbon black in order to achieve comparable effects, which may be due to the fact that many of the individual CNTs abut one another in the paint matrix because of their length in the μm range and thus longer form conductive areas. Without wishing to be bound by any theory, the inventors assume that a resulting permanent charge over larger areas causes the observed effect of the coating according to the invention. Therefore, according to the invention, transparent paints having the desired properties can optionally also be obtained, while paints filled with carbon black with otherwise the same properties are no longer transparent but cloudy.
Die Erfindung macht sich weiterhin die Tatsache zunutze, dass ein wesentlich größerer Anteil an CNTs in die Matrix eingearbeitet werden kann, wenn die CNTs in Form von funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhrchen eingesetzt werden. Unter diesem Ausdruck soll im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen sein, dass an die Nanoröhren gebundene Kohlenstoffatome in eine organische Gruppe überführt sind, wobei diese Kohlenstoffatome dabei in den entsprechenden Oxidationszustand übergegangen sind. Die einfachste Form dieser Funktionalisierung ist die Oxidation zu COO"-Gruppen, die dann mit üblichen Methoden weiter umgesetzt (verestert, amidiert, ggf. dabei auch reduziert) werden können. Kommt es also nicht so sehr auf Transparenz, sondern auf eine hohe Wirksamkeit an, ist die Einarbeitung funktionalisierter CNTs bevorzugt, auch wenn der Effekt funktionalisierter CNTs bezogen auf die eingearbeitete Menge etwas geringer ist als derjenige der unfunktionalisierten CNTs. Dies könnte daran liegen, dass bei der Modifizierung der CNTs kleinere CNT-Bruchstücke entstehen.The invention further makes use of the fact that a significantly larger proportion of CNTs can be incorporated into the matrix when the CNTs are used in the form of functionalized carbon nanotubes. For the purposes of the present invention, this expression is to be understood as meaning that carbon atoms bound to the nanotubes are converted into an organic group, these carbon atoms having thereby passed into the corresponding oxidation state. The simplest form of this functionalization is the oxidation to COO " groups, which can then be further reacted with conventional methods (esterified, amidated, possibly also reduced), so it is not so much a matter of transparency but of high effectiveness , the incorporation of functionalized CNTs is preferred, although the effect of functionalized CNTs on the incorporated amount is slightly lower than that of unfunctionalized CNTs, possibly because smaller CNT fragments are formed when CNTs are modified.
Die funktionellen Gruppen der CNTs können in geladener Form (z.B. als -COO") oder in neutraler Form (z.B. als -COOH) vorliegen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden CNTs eingesetzt, die folgendermaßen funktionalisiert sind: An handelsüblichen CNTs (beispielhaft seien Industrial Grade Multiwalled CNT der Fa. Nanocyl, Belgien genannt) wird eine Grundfunktionalisierung mit COOH-Gruppen durchgeführt. Die Funktionalisierung erfolgt in der Regel nach Standardmethoden, beispielsweise durch Umsetzen der CNTs bei 400C für 3h in einer Mischung aus HNO3 und H2SO4 (Verhältnis 1 :3) unter Rühren und Ultraschall. Nach der Reaktion erfolgt zweckmäßigerweise eine Neutralisation der Suspension in einer basischen Lösung (NaOH bzw. KOH) mit anschließender Gewinnung und Waschen der funktionalisierten Nanotubes mittels Zentrifugation oder Filtration. Hierdurch gewinnt man carboxylatgruppenmodifizierte Nanotubes (nachstehend mit CNT-COOH bezeichnet).The functional groups of the CNTs may be in charged form (eg as -COO " ) or in neutral form (eg as -COOH). In a preferred embodiment of the present invention, CNTs are used which are functionalized as follows: Commercially available CNTs (examples being Industrial Grade Multiwalled CNT from Nanocyl, Belgium) are used for basic functionalization with COOH groups. The functionalization is usually carried out by standard methods, for example by reacting the CNTs at 40 0 C for 3h in a mixture of HNO 3 and H 2 SO 4 (ratio 1: 3) with stirring and ultrasound. After the reaction, it is expedient to neutralize the suspension in a basic solution (NaOH or KOH) with subsequent recovery and washing of the functionalized nanotubes by means of centrifugation or filtration. This yields carboxylate-modified nanotubes (hereinafter referred to as CNT-COOH).
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden CNTs eingesetzt, die ausgehend von bereits mit COOH-Gruppen funktionalisierten CNTs weiter umgesetzt wurden, wobei entweder die COOH-Gruppe modifiziert wurde oder weitere funktionelle Gruppen an den Wänden der Nanotubes entstanden. Die Modifizierung der COOH-Gruppe kann dabei mit üblichen Reaktionspartnern erfolgen, die mit Carbonsäure-Funktionen reagieren können. Beispielsweise kann die Carbonsäure- Gruppe verestert oder amidiert werden, wobei natürlich das Gleichgewicht der Reaktion in üblicher weise in die Produktrichtung verschoben werden muss, z.B. durch das Abfangen von entstehendem Wasser.In a further preferred embodiment of the invention, CNTs are used which have been further reacted starting from CNTs already functionalized with COOH groups, in which case either the COOH group has been modified or further functional groups have been formed on the walls of the nanotubes. The modification of the COOH group can be carried out with conventional reactants that can react with carboxylic acid functions. For example, the carboxylic acid group can be esterified or amidated, of course, the balance of the reaction must be shifted in the usual way in the product direction, e.g. by trapping emerging water.
Ein Beispiel für eine derartige Amidierungsreaktion ist die Umsetzung mit Sulfanilsäure. Hierfür werden die zuvor gewonnenen (oder käuflich erworbenen) CNT-COOH mit einem Salz (z.B. dem Natriumsalz von Sulfanilsäure) oder einer ggf. modifizierten Sulfanilsäure und mit einem Kupplungsreagenz, beispielsweise N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC), in einem geeigneten Lösungsmittel (beispielsweise DMF) umgesetzt. Die Reaktion erfolgt unter Rühren und Ultraschall bei Raumtemperatur innerhalb eines Zeitraums von 24h. Das Produkt, nachstehend mit CNT-SuIf bezeichnet, entsteht dementsprechend in der Salzform oder als freies Sulfanilsäuredehvat. Es wird isoliert, gewaschen und getrocknet.An example of such an amidation reaction is the reaction with sulphanilic acid. For this, the previously obtained (or commercially purchased) CNT-COOH with a salt (eg the sodium salt of sulfanilic acid) or an optionally modified sulfanilic acid and with a coupling reagent, for example N, N 'dicyclohexylcarbodiimide (DCC), (in a suitable solvent For example, DMF) implemented. The reaction is carried out with stirring and ultrasound at room temperature over a period of 24 hours. The product, hereinafter referred to as CNT-SuIf, accordingly arises in the salt form or as a free sulfanilic acid derivative. It is isolated, washed and dried.
Nachstehend werden die beiden obigen Schritte schematisch dargestellt: 1. Schritt, Funktionalisierung mit Carbonsäuregruppen:The following two steps are shown schematically below: 1st step, functionalization with carboxylic acid groups:
2. Schritt, Funktionalsierung der CNT-COOHs mit Sulfanilsäure:2nd step, functionalization of CNT-COOHs with sulfanilic acid:
CNT-SulfanilsäureCNT sulfanilic
Sowohl nur mit COOH-Gruppen funktionalisierte CNTs (CNT-COOH) als auch CNT-COOH, deren Carbonsäurereste weiter funktionalisiert wurden, und hier insbesondere mit Sulfanilsäure umgesetzte CNTs (nachstehend als CNT-SuIf bezeichnet), lassen sich in anorganisch-organische Matrices (Lacke, Hybridpolymere) der eingangs erwähnten Art einarbeiten. Für das Einarbeiten der funktionalisierten CNTs in den Lack müssen die CNTs in der Regel erneut deagglomeriert und mittels Rühren und ggf. Ultraschall in das dem Lack zugehörige Lösungsmittel bzw. direkt in den Lack gerührt werden. Zur Anpassung der Viskosität zur Herstellung einer Beschichtungssuspension für die Zwecke der Erfindung kann bei Bedarf Lösungsmittel zugegeben werden.Both COOH-functionalized CNTs (CNT-COOH) and CNT-COOH, whose carboxylic acid residues have been further functionalized, and in particular CNTs reacted with sulfanilic acid (hereinafter referred to as CNT-sulfide), can be classified as inorganic-organic matrices (Lacke , Hybrid polymers) of the type mentioned incorporated. For incorporation of the functionalized CNTs in the paint, the CNTs usually have to be deagglomerated again and stirred by means of stirring and possibly ultrasound into the solvent associated with the paint or directly into the paint. To adjust the viscosity to prepare a coating suspension for the purposes of the invention, solvent may be added as needed.
Da viele Anwendungen der erfindungsgemäßen Textilmaterialien für Bereiche vorgesehen sein können, in denen gesundheitsschädigende Substanzen vermieden werden sollten, werden wässrige Lösungsmittel für die Suspensionen bevorzugt. Für andere Bereiche eignen sich jedoch ohne weiteres Suspensionen in Lösungsmitteln wie Alkoholen oder dergleichen. Als Lackbasis für mit funktionalisierten CNTs gefüllte Lacke kann eine Vielzahl verschiedener Materialien auf der Basis von Hybridpolymeren der eingangs genannten Art eingesetzt werden. Beispielsweise lassen sich typische Hybridpolymere verwenden, wie sie auch für Barrierelacke eingesetzt werden. Solche weisen nämlich in der Regel einen hohen anorganischen Vernetzungsgrad auf. Außerdem kann es günstig sein, Hybridpolymere zu verwenden, die nach dem Trocknen oder Aushärten noch flexibel sind. Diese sind deshalb besonders bevorzugt, weil damit getränkte Textilmaterialien auch nach dem Trocknen und ggf. Aushärten noch flexibel sind, so dass bereits die noch nicht in die Endform gebrachten Fasern oder Fäden mit der erfindungsgemäßen Suspension behandelt und erst danach in die geeignete Form gebracht werden können.Since many applications of the textile materials according to the invention can be provided for areas in which harmful substances should be avoided, aqueous solvents are preferred for the suspensions. For other areas, however, are readily suspensions in solvents such as alcohols or the like. As a lacquer base for lacquers filled with functionalized CNTs, a large number of different materials based on hybrid polymers of the type mentioned above can be used. For example, typical hybrid polymers can be used, as they are also used for barrier coatings. As a rule, they have a high degree of inorganic crosslinking. In addition, it may be beneficial to use hybrid polymers that are still flexible after drying or curing. These are particularly preferred because textile materials impregnated therewith are still flexible even after drying and, if necessary, curing, so that the fibers or filaments not yet brought into the final form can already be treated with the suspension according to the invention and then be brought into the appropriate form ,
Die anorganisch-organischen Hybridpolymere der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise unter Verwendung von Silanen der Formel (I) The inorganic-organic hybrid polymers of the present invention are preferably prepared using silanes of the formula (I)
hergestellt, worin R1 ein Rest ist, der einer organischen Polymerisation zugänglich ist. Unter "Polymerisation" soll dabei eine Polyreaktion verstanden werden, bei der reaktionsfähige Doppelbindungen oder Ringe unter dem Einfluss von Wärme, aktinischer Strahlung wie Licht oder ionisierender Strahlung, ggf. statt dessen aber auch redoxkatalysiert, in Polymere übergehen (engl.: addition polymehzation oder chain- growth polymerization). Beispielsweise kann eine kationische Polymerisation mit Hilfe eines kationischen UV-Starters erfolgen, beispielsweise mit einem Epoxysystem (siehe z.B. CG. Roffey, Photogeneration of Reactive Species for UV Curing, John Wiley & Sons Ltd, (1997)). Beispiele für R sind daher Reste mit einer oder mehreren nichtaromatischen C=C-Doppelbindungen, vorzugsweise einer Michaeladdition zugänglichen Doppelbindungen, wie Styryle oder (Meth)Acrylate. Alternativ kann die Vernetzung durch andere Polyreaktionen wie ringöffnende Polymerisation erfolgen. Ein Beispiel ist die Umsetzung eines Epoxidrestes mit einem Rest, der eine Carbonsäureanhydridgruppe enthält. Der Rest R1 enthält in der Regel mindestens zwei und vorzugsweise bis zu ca. 50 Kohlenstoffatome.wherein R 1 is a radical which is amenable to organic polymerization. By "polymerization" is meant a poly-reaction in which reactive double bonds or rings under the influence of heat, actinic radiation such as light or ionizing radiation, but optionally instead of redox catalysed, go into polymers (English: addition polymehzation or chain - growth polymerization). For example, cationic polymerization can be carried out with the aid of a cationic UV initiator, for example an epoxy system (see, for example, CG Roffey, Photogeneration of Reactive Species for UV Curing, John Wiley & Sons Ltd, (1997)). Examples of R are therefore radicals having one or more non-aromatic C =C double bonds, preferably a Michael addition accessible double bonds, such as Styryle or (meth) acrylates. Alternatively, crosslinking may be by other polyreactions such as ring-opening polymerization. An example is the reaction of an epoxide radical with a radical containing a carboxylic acid anhydride group. The radical R 1 usually contains at least two and preferably up to about 50 carbon atoms.
R2 ist ein (zumindest vorwiegend) organischer Rest, der keiner organischen Polymerisation zugänglich ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine ggf. substituierte Alkyl-, Aryl-, Alkylaryl- oder Arylalkylgruppe, deren Substituenten eine Vernetzung nicht zulassen, wobei die Kohlenstoffkette dieser Reste ggf. durch O, S, NH, CONH, COO, NHCOO oder dgl. unterbrochen sein kann. Bevorzugt sind Reste R2 mit 1 bis 30 oder auch bis 50, stärker bevorzugt 6 bis 25 Kohlenstoffatomen. X bedeutet OH oder eine Abgangsgruppe, die unter Hydrolysebedingungen abhydrolysiert wird und zumindest teilweise durch eine Anbindung an ein Sauerstoffatom einer weiteren Siliciumverbindung zur anorganischen Vernetzung während der Sol-Gel-Bildung beiträgt. X kann insbesondere ein Alkoxy, Wasserstoff, Hydroxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbonyl und, in spezifischen Fällen, auch NR"2 sein mit R" gleich oder verschieden und mit der Bedeutung Wasserstoff oder Niederalkyl (vorzugsweise mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen). Vorzugsweise ist X eine Alkoxygruppe, ganz besonders bevorzugt eine Ci-C4-Alkoxygruppe.R 2 is an (at least predominantly) organic radical which is not accessible to organic polymerization. Preferably, this is an optionally substituted alkyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl group whose substituents do not allow crosslinking, wherein the carbon chain of these radicals is optionally substituted by O, S, NH, CONH, COO, NHCOO or the like. can be interrupted. Preference is given to radicals R 2 having 1 to 30 or even up to 50, more preferably 6 to 25 carbon atoms. X denotes OH or a leaving group which is hydrolyzed under hydrolysis conditions and at least partially contributes to inorganic crosslinking during sol-gel formation by binding to an oxygen atom of a further silicon compound. In particular, X may be an alkoxy, hydrogen, hydroxy, acyloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl and, in specific instances, NR " 2 with R", the same or different and being hydrogen or lower alkyl (preferably having from 1 to 6 carbon atoms). Preferably, X is an alkoxy group, most preferably a Ci-C 4 alkoxy group.
a und b können jeweils 0, 1 oder gegebenenfalls auch 2 sein, 4-a-b kann in seltenen Fällen 1 sein, ist aber in der Regel 2 oder 3. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die für die Herstellung der Hybridpolymere eingesetzten Silane zumindest teilweise solche sind, in denen a 1 oder - in selteneren Fällen - 2 ist. a kann aber stattdessen auch 0 sein. Das Vorhandenensein einer bestimmten Anzahl von Resten R2 ist für die Eigenschaften der Lacke zwar ebenfalls mitbestimmend; da R2 als Netzwerkwandler auf die physikalischen Eigenschaften wie Flexibilität oder Dichte Einfluss hat, nicht aber auf den Vernetzungsgrad, wird die Anzahl von b je nach gewünschten Eigenschaften passend gewählt.a and b can each be 0, 1 or optionally also 2, 4-ab may in rare cases be 1, but is usually 2 or 3. It is inventively preferred that the silanes used for the preparation of the hybrid polymers at least partially are those in which a is 1 or - more rarely - 2. but a can be 0 instead. The presence of a certain number of radicals R 2 is indeed also decisive for the properties of the coatings; Since R 2 as a network converter has an influence on the physical properties such as flexibility or density, but not on the degree of crosslinking, the number of b is suitably chosen according to the desired properties.
Die Reste R1 werden auch als organische Netzwerkbildner bezeichnet, da sie zusätzlich zu dem anorganischen, durch hydrolytische Kondensation gebildeten Netzwerk die Ausbildung eines organischen Netzwerks ermöglichen. Hierfür können gleiche Reste R1 miteinander reagieren; möglich ist aber auch die Reaktion unterschiedlicher Reste R1, z.B. eines Epoxids mit einem Aminrest oder eines (aktivierten) Säurerests mit einem Alkoholrest. Die Reste X werden als anorganische Netzwerkbildner bezeichnet.The radicals R 1 are also referred to as organic network formers, since they allow the formation of an organic network in addition to the inorganic, formed by hydrolytic condensation network. For this purpose, the same radicals R 1 can react with one another; but also possible is the reaction of different radicals R 1 , for example an epoxide with an amine radical or an (activated) acid radical with an alcohol radical. The radicals X are referred to as inorganic network formers.
Das Hybridmaterial kann unter Verwendung mindestens eines weiteren Silans der Formel (II)The hybrid material can be prepared by using at least one further silane of the formula (II)
SiX4 (II) erzeugt werden, worin X gleich oder verschieden ist und die gleiche Bedeutung wie in Formel (I) besitzt. Eine hierfür gut einsetzbare Verbindung ist Tetraethoxysilan. Durch Zugabe solcher Silane zu der zu hydrolysierenden und kondensierenden Mischung, aus der schließlich die Beschichtungssuspension entsteht, wird der SiO-Anteil, also der anorganische Anteil, erhöht. Stattdessen oder gegebenenfalls zusätzlich kann das erfindungsgemäß einsetzbare Hybridmatehal unter Verwendung mindestens eines Silans mit der Formel (III) hergestellt werden, worin R1, R2 und X die voranstehend für Formel (I) angegebene Bedeutung haben. Dadurch wird der organische Anteil des Materials erhöht, was die Elastizität des Materials verbessern kann.SiX 4 (II) are produced, wherein X is the same or different and has the same meaning as in formula (I). A suitable compound for this purpose is tetraethoxysilane. By adding such silanes to the mixture to be hydrolyzed and condensed, from which finally the coating suspension is formed, the SiO content, ie the inorganic content, is increased. Instead or optionally additionally, the hybrid matehal which can be used according to the invention can be prepared by using at least one silane of the formula (III) in which R 1 , R 2 and X have the meaning given above for formula (I). This increases the organic content of the material, which can improve the elasticity of the material.
Die Hybridmaterialien jeder der voranstehenden Ausführungsformen können gegebenenfalls weiterhin unter Zusatz weiterer Substanzen hydrolytisch kondensiert werden, z.B. von komplexierten bzw. (Chelat-)Liganden enthaltenden Metallen der III. Hauptgruppe, von Germanium und von Metallen der IL, III., IV., V., VI., VII. und VIII. Nebengruppe. Günstig sind insbesondere Bor-, Aluminium-, Zirkon-, Germanium- oder Titanverbindungen. Häufig werden hierfür Alkoxide, insbesondere Ci-Cβ-Alkoxide eingesetzt, die in Gegenwart eines komplexierenden Lösungsmittels gelöst bzw. aus einer solchen Lösung gewonnen wurden. Außerdem können die Ausgangsmaterialien rein organische Materialien aufweisen, die in das organische Netzwerk einpolymerisiert werden können.The hybrid materials of any one of the preceding embodiments may optionally be further hydrolytically condensed with the addition of further substances, e.g. of complexed or (chelate) ligand-containing metals of the III. Main group, germanium and metals of IL, III, IV, V., VI., VII. And VIII. Subgroup. In particular, boron, aluminum, zirconium, germanium or titanium compounds are favorable. Frequently, alkoxides, in particular C 1 -C 6 -alkoxides, which have been dissolved or recovered from such a solution in the presence of a complexing solvent, are frequently used for this purpose. In addition, the starting materials may comprise purely organic materials that can be polymerized into the organic network.
Insbesondere Zirkoniumalkoxide sind aus den nachstehend näher erläuterten Gründen bevorzugt.In particular, zirconium alkoxides are preferred for the reasons explained in more detail below.
Die Ausgangsmaterialien werden nach dem bekannten Sol-Gel-Verfahren hydrolytisch kondensiert oder teilkondensiert, wobei in der Regel ein Katalysator die Kondensationsreaktion und ggf. ein geeigneter Katalysator oder Initiator die organische Polymerisation initiiert bzw. beschleunigt. Der Sol-Gel-Schritt erfolgt in der Regel in einem geeigneten Lösungsmittel, aus den vorgenannten Gründen vorzugsweise auf wässriger Basis. Das Produkt wird häufig als Lack bezeichnet. Anschließend wird dieser Lack auf die geeignete Viskosität gebracht, beispielsweise durch Verdünnen. Anschließend kann durch Abdampfen von Lösungsmittel, einer weitergehenden anorganischen Nachvernetzung und/oder einer organischen Vernetzung ausgehärtet werden. Die organische Vernetzung kann mit Hilfe von Katalysatoren und/oder Initiatoren thermisch, mit Hilfe von aktinischer Strahlung (z.B. UV-Strahlung) und/oder redoxkatalysiert erfolgen. Die anorganische Nachvernetzung ist häufig mit dem Abdampfen von Lösungsmittel verknüpft. All dies ist seit langem bekannt und in einer Vielzahl von Publikationen schriftlich niedergelegt.The starting materials are hydrolytically condensed or partially condensed by the known sol-gel process, wherein usually a catalyst initiates or accelerates the condensation reaction and optionally a suitable catalyst or initiator, the organic polymerization. The sol-gel step is usually carried out in a suitable solvent, for the aforementioned reasons, preferably on an aqueous basis. The product is often referred to as a paint. Subsequently, this paint is brought to the appropriate viscosity, for example by dilution. Subsequently, it is possible to cure by evaporation of solvent, further inorganic post-crosslinking and / or organic crosslinking. The organic crosslinking can be effected thermally with the aid of catalysts and / or initiators, with the aid of actinic radiation (for example UV radiation) and / or redox-catalyzed. The inorganic post-crosslinking is often associated with the evaporation of solvent. All this has long been known and written down in a variety of publications.
Durch die Variabilität der eingesetzten Ausgangsmaterialien wie auch z.B. des Vernetzungsgrades der daraus hergestellten Prepolymere (der u.a. von der Anzahl der Gruppen X in den Silanen der Formel (I) oder der weiteren Zusätze abhängt) ergibt sich ein Variationspotential, das zur Herstellung unterschiedlicher Lacke genutzt werden kann, die sich zur Anwendung mit verschiedensten Oberflächen und insbesondere mit Textilmaterialien eignen.Due to the variability of the starting materials used as well as, for example, the degree of crosslinking of the prepolymers produced therefrom (of the number of Groups X in the silanes of the formula (I) or the other additives depends) results in a potential variation, which can be used for the preparation of different paints, which are suitable for use with a variety of surfaces and in particular with textile materials.
Für die Herstellung der erfindungsgemäß einsetzbaren Suspensionen werden in der Regel etwa 0,2-20 Masse-% an unfunktionalisierten oder funktionalisierten CNTs, bezogen auf den Feststoffgehalt des Lackes, in diesen eingerührt und vorzugsweise mittels Ultraschall dispergiert. Die Menge hängt von dem jeweils zu erzielenden Effekt ab und kann deshalb gegebenenfalls auch darunter oder darüber liegen. So kann eine antimikrobielle Wirkung in manchen Fällen schon bei 1 Masse-% oder sogar darunter festgestellt werden. Für andere Anwendungen können etwa 1 ,0 bis 15 und bevorzugt mindestens etwa 7,5, stärker bevorzugt mindestens etwa 10 Masse-% besonders günstig sein. Zur Anpassung der Viskosität und zur Erleichterung der Deagglomeration der Beschichtungssuspension kann diese häufig mit entionisiertem Wasser und/oder Ethanol verdünnt werden. Dabei werden die funktionalisierten CNTs meistens dem Lack zugesetzt, nachdem die hydrolytische Kondensation initiiert wurde; sie können jedoch auch zu einem früheren Zeitpunkt zugesetzt werden. Es hat sich herausgestellt, dass sich die CNTs besonders gut in Lacken dispergieren lassen, die Metallalkoholate oder komplexierte Metallverbindungen enthalten. Dadurch können sehr hohe Gehalte an CNTs realisiert werden. Insbesondere konnten die Erfinder in Gegenwart von Zirkonalkoholat (Zirkonpropylat) gute Ergebnisse erzielen: so ließen sich in noch nicht optimierten Versuchen 1 ,2 Gew.-% sulfanilierte CNTs, bezogen auf die Gesamtmasse, einarbeiten, ohne dass auf Dispergierhilfsmittel hätte zurückgegriffen werden müssen. Nach Optimierung und/oder mit einem solchen Mittel sollte sich die Menge sogar noch weiter steigern lassen. Gängige Dispergierhilfsmittel können verwendet werden, um die Dispergierung zu erleichtern und die Menge an einarbeitbaren CNTs nochmals zu erhöhen. Dies gilt insbesondere für wasserbasierte Lacke. Diese sind zum einen wegen ihrer Umweltverträglichkeit zu bevorzugen, zum anderen aber eignen sie sich in speziellen Fällen auch der erzielbaren Härte des nachvernetzten Produkts wegen besonders für die erfindungsgemäße Anwendung. Bis zumindest 0,5 Gew.-% CNT-SuIf, bezogen auf die Gesamtmenge des Lackes, häufig aber deutlich mehr (z.B. bis über 5 Gew.-% CNT-SuIf), lassen sich in wasserbasierte Lacke einarbeiten, die nicht nur säurekatalysiert sind, sondern auch einen pH-Wert im sauren Bereich aufweisen.For the preparation of the suspensions which can be used according to the invention, about 0.2-20% by weight of unfunctionalized or functionalized CNTs, based on the solids content of the paint, are generally stirred into the latter and preferably dispersed by means of ultrasound. The amount depends on the effect to be achieved in each case and may therefore also be lower or higher. Thus, in some cases, an antimicrobial effect can be detected as low as 1% by weight or even lower. For other applications, about 1.0 to 15, and preferably at least about 7.5, more preferably at least about 10 mass%, may be particularly beneficial. To adjust the viscosity and facilitate deagglomeration of the coating suspension, it can often be diluted with deionized water and / or ethanol. The functionalized CNTs are usually added to the paint after the hydrolytic condensation has been initiated; however, they can also be added at an earlier date. It has been found that the CNTs are particularly well dispersed in paints containing metal alcoholates or complexed metal compounds. As a result, very high levels of CNTs can be realized. In particular, the inventors were able to achieve good results in the presence of zirconium alcoholate (zirconium propylate): for example, 1, 2% by weight of sulfanilated CNTs, based on the total mass, could be incorporated in not yet optimized experiments, without having to resort to dispersing aids. After optimization and / or with such an agent, the amount should increase even further. Common dispersing aids can be used to facilitate dispersion and to further increase the amount of incorporable CNTs. This applies in particular to water-based paints. These are preferred on the one hand because of their environmental compatibility, on the other hand, but they are in special cases, the recoverable hardness of the post-crosslinked product because of especially for the application of the invention. Up to at least 0.5 wt .-% CNT-SuIf, based on the total amount of the paint, but often significantly more (eg to more than 5 wt .-% CNT-SuIf), can be incorporated into water-based paints, which are not only acid-catalyzed but also have a pH in the acidic range.
Bemerkenswert dabei ist, dass bereits ein Zusatz von 0,1 Gew.-% sulfanilsäuremodifizieren CNTs die Härte solcher Lacke wesentlich (z.B. um ca. 30%) steigern kann. In einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung werden funktional isierte CNTs eingesetzt, die über ihre funktionellen Gruppen kovalent in den Lack eingebunden sind. Beispielsweise kann die Carbonsäuregruppe carboxylierter CNTs mit freien OH- oder NH2-Gruppen des Lacks zu Ester- oder Amidbindungen reagieren. Hierfür werden für die Lackbasis beispielsweise Silane mit Aminoalkyl- oder Hydroxyalkylgruppen eingesetzt.It is noteworthy that even an addition of 0.1 wt .-% sulfanilic acid modified CNTs can significantly increase the hardness of such paints (eg by about 30%). In a specific embodiment of the invention, functionalized CNTs are used which are covalently bonded into the lacquer via their functional groups. For example, the carboxylic acid group of carboxylated CNTs can react with free OH or NH 2 groups of the paint to form ester or amide bonds. For this purpose, for example silanes with aminoalkyl or hydroxyalkyl groups are used for the paint base.
Es ist anzumerken, dass die Anwesenheit von Ammoniumgruppen im Lack nachteilig sein kann. Ammoniumgruppen oder andere positiv geladene Gruppen scheinen in Wechselwirkung mit den funktionalisierten CNTs zu treten, weshalb die Viskosität ansteigt.It should be noted that the presence of ammonium groups in the paint can be detrimental. Ammonium groups or other positively charged groups appear to interact with the functionalized CNTs, therefore the viscosity increases.
Die Vernetzungsgrade der Lacke - die vorstehend angegebenen Lackarten unterscheiden sich im Hinblick auf die anorganische und die organische Vernetzung sehr stark - können einen großen Einfluss auf die resultierenden Systeme mit den funktionalisierten CNTs haben (z.B. eine richtungsselektive Ausrichtung der CNTs bzw. Perkolation).The crosslinking levels of the paints - the types of paints mentioned above differ greatly with respect to inorganic and organic crosslinking - can have a major impact on the resulting systems with the functionalized CNTs (e.g., directional alignment of the CNTs and percolation, respectively).
Das vorgesehene textile bzw. sonstige flächige Material wird mit der Suspension behandelt, z.B. foulardiert. Hierfür wird es mit der Suspension getränkt, die anschließend zwischen zwei Walzen abgepresst wird. Sodann wird der Lack wie oben beschrieben gehärtet.The intended textile or other sheet material is treated with the suspension, e.g. padded. For this purpose, it is impregnated with the suspension, which is then pressed between two rollers. Then the paint is cured as described above.
Mit den Beschichtungsmaterialien der vorliegenden Erfindung lassen sich bei Bedarf sehr dünne Beschichtungen erzielen, z. B. von unter 5 μm, vorzugsweise unter 2 μm und in vielen Fällen sogar von unter 1 μm Dicke, die dennoch ausgezeichnete Eigenschaften, darunter einen stark erniedrigten Oberflächenwiderstand, besitzen, wie z. B. aus den Beispielen ersichtlich. Dies ist insbesondere - aber nicht nur - für Textilmaterialien von besonderer Bedeutung, da Textilien durch eine Beschichtung natürlich möglichst wenig in ihren haptischen Eigenschaften und in ihrer Flexibilität beeinträchtigt werden sollen. Ein weiterer Vorteil dünner Schichten ist, dass ihre Transparenz hoch ist. So können die erfindungsgemäßen Beschichtungen eine Lichtdurchlässigkeit von deutlich über 60 %, meist über 80 % und häufig sogar von 85 % bis 90 % oder noch darüber im sichtbaren Bereicht aufweisen, je nach Dicke der Schicht und der gewählten Menge an CNTs. Es konnte gezeigt werden, dass Textilmaterialien, die erfindungsgemäß behandelt waren, eine antimikrobielle Wirkung besitzen, und zwar bereits mit geringen Mengen an eingearbeiteten CNTs. Für andere Zwecke sind höhere Mengen an CNTs besonders günstig, weshalb ein Lack mit einer hohen Menge an insbesondere funktionalisierten CNTs bevorzugt sein kann. Gegenüber bisher üblichen antimikrobiellen Substanzen wie Octadecyldimethy^S-thmethoxysilylpropyOammoniumchlorid (OTA) haben die erfindungsgemäß verwendbaren Systeme den Vorteil, dass sie mit einem für das jeweilige System geeigneten Lösungsmittelsystem konzipiert werden können, weil sich die ggf. funktionalisierten CNTs unabhängig vom gewählten Lösungsmittel in die Harzmatrix einarbeiten lassen, während man beim Einsatz von üblichen Substanzen auf spezifische, häufig toxikologisch bedenkliche Lösungsmittel angewiesen ist - OTA wird beispielsweise in einer 60%igen Methanollösung angeboten.With the coating materials of the present invention, if necessary, very thin coatings can be achieved, e.g. B. of less than 5 microns, preferably less than 2 microns and in many cases even less than 1 micron in thickness, which nevertheless have excellent properties, including a greatly reduced surface resistance, such. Example from the examples. This is particularly - but not only - for textiles of particular importance because textiles are of course to be affected by a coating, of course, as little as possible in their haptic properties and in their flexibility. Another advantage of thin layers is that their transparency is high. Thus, the coatings of the invention may have a light transmission of well over 60%, usually over 80% and often even from 85% to 90% or even more in the visible range, depending on the thickness of the layer and the selected amount of CNTs. It could be shown that textile materials which were treated according to the invention have an antimicrobial effect, even with small amounts of incorporated CNTs. For other purposes, higher amounts of CNTs are particularly favorable, which is why a coating with a high amount of, in particular, functionalized CNTs may be preferred. Compared to hitherto customary antimicrobial substances such as octadecyldimethyl ^ S-thmethoxysilylpropyl ammonium chloride (OTA), the systems which can be used according to the invention have the advantage that they can be designed with a solvent system suitable for the respective system because the optionally functionalized CNTs are incorporated into the resin matrix independently of the chosen solvent while relying on customary substances to rely on specific, often toxicologically questionable solvents - OTA is offered for example in a 60% methanol solution.
Durch die Einarbeitung von CNTs in anorganisch-organische Matrices der vorgenannten Art und Applikation auf textile oder sonstige flächige Gebilde wird der Oberflächenwiderstand um mehrere Größenordnungen erniedrigt; es werden gute permanente Elektreteigenschaften erzielt. Wahrscheinlich aus diesem Grund können gleichzeitig antimikrobielle wie auch schmutzabweisende Eigenschaften eingestellt werden; auch der starke antistatische Effekt kann in Kombination mit den anderen Eigenschaften gerade für Schutzkleidung besonders nützlich sein.The incorporation of CNTs in inorganic-organic matrices of the aforementioned type and application to textile or other planar structures, the surface resistance is lowered by several orders of magnitude; Good permanent electret properties are achieved. Probably for this reason, both antimicrobial and dirt repellent properties can be adjusted simultaneously; also the strong antistatic effect in combination with the other properties can be especially useful for protective clothing.
Insgesamt lassen sich erfindungsgemäß daher Beschichtungen bzw. beschichtete Materialien erzeugen, die trotz niedrigem Füllgrad an CNTs (und damit bei hoher Transparenz) eine mehr als befriedigende antimikrobielle/schmutzabweisende Wirkung aufweisen oder - bei höheren Füllgraden - hochwirksam hinsichtlich der genannten Eigenschaften sind und in beiden Fällen wegen ihrer sehr geringen Dicke wünschenswerte Eigenschaften des beschichteten Materials wie Griffigkeit oder Flexibilität nicht beeinträchtigen.Overall, according to the invention, therefore, it is possible to produce coatings or coated materials which, despite the low degree of filling of CNTs (and thus with high transparency), have a more than satisfactory antimicrobial / soil-repelling effect or-at higher degrees of filling-are highly effective with regard to the stated properties and in both cases because of their very small thickness, they do not compromise desirable properties of the coated material, such as traction or flexibility.
Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
Ein Lack wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt: 1140,3 mmol (85 Mol-%; 347,12g) 3-(Triethoxysilyl)propyl-bernsteinsäureanhydrid, 201 ,7 mmol (15 Mol-%; 89,43g) Zr-tetra-n-propylat 73,9%ig, 2/3m, bezogen auf das Bernsteinsäureanhydrid, Ethanol, 2113,9 mmol (etwa halbstöchiometrisch, für die Hydrolyse; 38,09g) O1I n HCI. Das Silan wurde vorgelegt, Zr-alkoholat und Ethanol wurden unter Rühren hinzugegeben. Die entstandene Lösung war gelb. Tropfenweise wurde mit der Säure hydrolysiert, wobei 200C nicht überschritten wurden. Man rührte 120 min bei RT, wobei die Lösung nahezu farblos wurde. Das Produkt wies einen Feststoffgehalt von 41 ,68 Gew.-% auf.A varnish was prepared from the following ingredients: 1140.3 mmol (85 mol%, 347.12 g) of 3- (triethoxysilyl) propyl succinic anhydride, 201.7 mmol (15 mol%, 89.43 g) of Zr-tetra- n-propylate 73.9%, 2 / 3m, based on the succinic anhydride, ethanol, 2113.9 mmol (about half-stoichiometric, for the hydrolysis, 38.09g) O 1 I n HCI. The silane was initially charged, Zr alcoholate and ethanol were added with stirring. The resulting solution was yellow. Dropwise was hydrolyzed with the acid, wherein 20 0 C were not exceeded. The mixture was stirred for 120 min at RT, whereby the solution became almost colorless. The product had a solids content of 41.68% by weight.
Für die Einarbeitung der CNT-SuIf wurde der Lack zunächst auf 10 Gew.-% verdünnt. Sodann wurden die CNTs darin dispergiert. Bezogen auf den Feststoffgehalt der Lackmatrix wurden Dispersionen mit unterschiedlichen Anteilen an CNTs bis zu einem Gehalt von 12 Gew.-% CNT hergestellt. Die nachstehend aufgeführten Messungen des Oberflächenwiderstands bzw. der spez. Leitfähigkeiten von Beschichtungen auf Folien haben gezeigt, dass etwa ab einer Konzentration von 7,5 Gew.-% CNT-SuIf, bezog, auf den Feststoffgehalt, sehr gute Leitfähigkeiten erreicht werden können. Die Prüfung der antimikrobiellen Wirkung war ebenfalls positiv.For the incorporation of the CNT-SuIf the paint was first diluted to 10 wt .-%. Then, the CNTs were dispersed therein. Based on the solids content of the paint matrix, dispersions having different proportions of CNTs were produced up to a content of 12% by weight of CNT. The following measurements of the surface resistance or the spec. Conductivities of coatings on films have shown that very good conductivities can be achieved, for example, from a concentration of 7.5% by weight of CNT derivative, based on the solids content. The antimicrobial testing was also positive.
4-Punkt-Leitfähigkeitsmessung:4-point conductivity measurement:
Es wurden 10 Messungen je Probe durchgeführt. Probe A hatte einen CNT-Gehalt von 7,5 Gew.-%, Probe B einen solchen von 12 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt.Ten measurements per sample were made. Sample A had a CNT content of 7.5% by weight, sample B had a content of 12% by weight, based on the solids content.
Die gemessene Dicke der Proben betrug 100 μm; der Abstand der vier Messspitzen zueinander betrug 2,77 mm.The measured thickness of the samples was 100 μm; the distance of the four measuring points to each other was 2.77 mm.
Der mittlere gemessene Widerstand R [MΩ] betrug für Probe A 10,03±4,2 und für Probe B 2,13±0,6. Daraus ergab sich ein geschätzter Korrekturfaktor von 1 ,0 für beide Proben. Der Widerstand Rs = CxC1xU/l (mit C = ττ/ln2 ~ 4,53236) ergab sich daraus für Probe A mit 45,45 MΩ und für Probe B mit 9,64 MΩ. der spezifische Widerstand p (= Rsxt) berechnete sich daraus zu 4636 Ωm für Probe A und 984 Ωm für Probe B; der spezifische Leitwert σ (1/p) zu 2,16E-04 für Probe A und 1 ,02E-03 für Probe B. Prüfung der antimikrobiellen Wirkung - OberflächenwiderstandThe mean measured resistance R [MΩ] was 10.03 ± 4.2 for Sample A and 2.13 ± 0.6 for Sample B. This resulted in an estimated correction factor of 1.0 for both samples. The resistance Rs = CxC1xU / l (with C = ττ / ln2 ~ 4.53236) resulted for sample A at 45.45 MΩ and for sample B at 9.64 MΩ. the resistivity p (= Rsxt) was calculated to be 4636 Ωm for sample A and 984 Ωm for sample B; the specific conductance σ (1 / p) to 2,16E-04 for sample A and 1, 02E-03 for sample B. Test of antimicrobial action - surface resistance
Der Oberflächenwiderstand der Proben ergab sich wie folgt:The surface resistance of the samples was as follows:
Die Vergleichsprobe bestand aus demselben Lack in derselben Verdünnung ohne CNTs.The control sample consisted of the same lacquer in the same dilution without CNTs.
Es wurde außerdem festgestellt, dass Proben A und B antimikrobiell wirksam sind.It has also been found that samples A and B have antimicrobial activity.
Die Messung der Oberflächenwiderstände der Probe A, der Probe B und der Vergleichsprobe wurde unter Verwendung eines Electrometer / High Resistivity Fixture 8009 der Firma Keithley wiederholt. Die Proben wurden dazu in Form einer Beschichtung auf PET-Folie, die mit einem Spiralrakel auf 50 μm appliziert und anschließend thermisch 1 h bei 1300C ohne Umluft ausgehärtet worden war, mit der Beschichtung nach unten zwischen zwei Elektroden geklemmt. Dann wurde ein Messspannung von 25V angelegt. Der Oberflächenwiderstand wurde anhand des geflossenen Stroms ermittelt und in Ohm pro (spezifisch festgelegte) Fläche angegeben.The measurement of the surface resistances of sample A, sample B and the comparative sample was repeated using a Keithley Electrometer / High Resistivity Fixture 8009. The samples were clamped in the form of a coating on PET film, which had been applied with a wire-wound rod to 50 microns and then thermally cured for 1 h at 130 0 C without circulating air, with the coating down between two electrodes. Then a measuring voltage of 25V was applied. The surface resistance was determined from the current flow and expressed in ohms per (specified) area.
Der Oberflächenwiderstand der Vergleichsprobe wurde mit 1 ,3 E+14Ω/Fläche, derjenige der Probe A mit 8,3E+6 Ω/Fläche und derjenige der Probe B mit 7,5E+5Ω/Fläche ermittelt.The surface resistance of the comparative sample was found to be 1.3E + 14Ω / area, that of Sample A was 8.3E + 6Ω / area, and that of Sample B was 7.5E + 5Ω / area.
Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2
Eine Mischung aus 3-(Thethoxysilyl)propyl-bernsteinsäureanhydhd und γ- Glycidoxypropylthmethoxysilan im Molverhältnis 2:1 wird in 25 Gew.-% 2- Butoxyethanol, bezogen auf das Gewicht der Silane, in Gegenwart von Methylimidazol als Katalysator vorsichtig hydrolytisch kondensiert. Zu dem entstandenen SoI werden in verschiedenen Ansätzen 2 bis 15 Gew.-% CNT-COOH, bezogen auf den Feststoffgehalt des SoIs (ca. 54%), gegeben und dispergiert. Beim thermischen Härten dieses Lacksystems addieren zwei Anhydridreste unter Bildung zweier freier Carbonsäuregruppen an den sich öffnenden Epoxidrest.A mixture of 3- (thethoxysilyl) propyl-succinic anhydride and γ-glycidoxypropyl-methoxysilane in a molar ratio of 2: 1 is gently hydrolyzed in 25% by weight of 2-butoxyethanol, based on the weight of the silanes, in the presence of methylimidazole as the catalyst. 2 to 15% by weight of CNT-COOH, based on the solids content of the sol (about 54%), are added and dispersed in various formulations to the resulting sol. During thermal curing This paint system add two Anhydridreste to form two free carboxylic acid groups on the opening epoxide.
Ausführungsbeispiel 3 (Lacksystem auf Wasserbasis)Embodiment 3 (water-based paint system)
Ein weiteres Lacksystem wurde auf Basis von Aluminium-tri(sec.Butylat), Zirkon-n- propylat, Tetramethoxysilan und Glycidylpropyltriethoxysilan hergestellt. Die Hydrolyse wurde mit 0,1 n HCl eingeleitet. Nach der Kondensation wurde das Lösungsmittel abrotiert und gegen 0,1 HCl ausgetauscht. Anschließend wurde mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von 10 Gew.-% verdünnt.Another paint system was prepared based on aluminum tri (sec.Butylat), zirconium n-propylate, tetramethoxysilane and glycidylpropyltriethoxysilane. The hydrolysis was initiated with 0.1 N HCl. After condensation, the solvent was spun off and replaced with 0.1 HCl. It was then diluted with water to a solids content of 10 wt .-%.
Mit diesem Lacksystem wurden die folgenden Dispersionen hergestellt:With this paint system, the following dispersions were prepared:
Dispersion I:Dispersion I:
300g des 10%igen Wasserlacks wurden mit 3g Triton X 100 (Octylphenolpoly(ethylenglycolether); nicht-ionisches Detergens) als Dispergierhilfsmittel versetzt. Dieses wurde unter Rühren darin aufgelöst. Anschließend wurden 5 Gew.-% (1 ,5 g) carboxylierte CNTs, bezogen auf den Feststoffgehalt des Lacks, schrittweise mit einem Ultraschallfinger in dem Lack dispergiert.300 g of the 10% water-based paint were admixed with 3 g of Triton X 100 (octylphenolpoly (ethylene glycol ether), nonionic detergent) as dispersing assistant. This was dissolved therein with stirring. Subsequently, 5 wt .-% (1, 5 g) of carboxylated CNTs, based on the solids content of the paint, gradually dispersed with an ultrasonic finger in the paint.
Dispersion II:Dispersion II:
275 g des 10%igen Wasserlacks wurden zunächst mit 1 % (6,875 g, 40%ig in H2O) eines hochmolekularen Block-Copolymeren mit pigmentaffinen Gruppen der Firma Byk, Deutschland (Deflokkulierungsmittel) versetzt, und dieses wurde unter Rühren aufgelöst. Anschließend wurden 5 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Lacks (1 ,375g) CNT-SuIf schrittweise mit einem Ultraschallfinger in diesem Lack dispergiert. Man erhielt eine agglomeratfreie, gleichmäßig schwarz durchgefärbte Dispersion, in die sich weitere CNT-SuIf einarbeiten ließen.275 g of the 10% water-based paint were first admixed with 1% (6.875 g, 40% strength in H 2 O) of a high-molecular block copolymer having pigment-affinic groups from Byk, Germany (deflocculant), and this was dissolved with stirring. Subsequently, 5 wt .-%, based on the solids content of the paint (1, 375g) CNT-SuIf gradually dispersed with an ultrasonic finger in this paint. This gave an agglomerate-free, uniform black-colored dispersion in which further CNT sulfonates could be incorporated.
Dispersion III:Dispersion III:
275 g des 10%igen Wasserlacks wurden zunächst mit 1 % (6,875 g, 40%ig in H2O) eines hochmolekularen Block-Copolymeren mit pigmentaffinen Gruppen der Firma Byk, Deutschland (Deflokkulierungsmittel) versetzt, und dieses wurde unter Rühren aufgelöst. Anschließend wurden 5 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Lacks (1 ,375g) unfunktionalisierte CNTs schrittweise mit einem Ultraschallfinger in diesem Lack dispergiert.275 g of the 10% water-based paint were first admixed with 1% (6.875 g, 40% strength in H 2 O) of a high-molecular block copolymer having pigment-affinic groups from Byk, Germany (deflocculant), and this was dissolved with stirring. Subsequently, 5 wt .-%, based on the solids content of the paint (1, 375g) unfunctionalized CNTs are gradually dispersed with an ultrasonic finger in this paint.
Dispersion III wurde als Nassfilm jeweils in einer Dicke von 10μm und 20μm auf PET- FoNe aufgebracht; zum Vergleich wurde dasselbe Lacksystem ohne CNTs in einer Dicke von 20μm auf PET-Folie aufgebracht. Nach dem Trocknen/Aushärten, das wie für die Proben A und B des Ausführungsbeispiels 1 durchgeführt wurde, betrug die Dicke der erhaltenen Trockenfilme < 1 μm bzw. ~ 1 ,7 μm. Die Oberflächenwiderstände wurden wie oben für Beispiel 1 beschrieben mit Hilfe des Electrometers von Keithley unter denselben Bedingungen wie dort angegeben gemessen. Dabei wurde für die CNT-freie Probe ein Oberflächenwiderstand von 9,4E+13Ω/Fläche, für die < 1 μm dicke Probe ein Oberflächenwiderstand von 2,5E+6Ω/Fläche und für die ~ 1 ,7 μm dicke Probe ein Oberflächenwiderstand von 1 ,2E+5Ω/Fläche ermittelt.Dispersion III was applied as a wet film in each case in a thickness of 10 .mu.m and 20 .mu.m to PET film; For comparison, the same coating system without CNTs in a thickness of 20 .mu.m was applied to PET film. After the drying / curing performed as for the samples A and B of the embodiment 1, the thickness of the obtained dry films was <1 μm and ~ 1.7 μm, respectively. The surface resistances were measured as described above for Example 1 using the Keithley electrometer under the same conditions as indicated therein. A surface resistance of 9.4E + 13Ω / area was obtained for the CNT-free sample, a surface resistance of 2.5E + 6Ω / area for the <1 μm thick sample and a surface resistance of 1 for the ~ 1.7 μm sample , 2E + 5Ω / area determined.
Die Erniedrigung des Oberflächenwiderstands korreliert mit einer Erhöhung der antimikrobiellen Wirkung.The lowering of the surface resistance correlates with an increase of the antimicrobial effect.
Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4
Ein weiteres Lacksystem wurde ähnlich wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, mit der Änderung, dass das Zirkon-n-propylat weggelassen wurde. Mit diesem Lacksystem wurden die folgenden Dispersion hergestellt:Another paint system was prepared similar to that described in Example 3 except that the zirconium n-propylate was omitted. With this paint system, the following dispersion was prepared:
Dispersion IV:Dispersion IV:
In dem mit Wasser/Ethanol (1 :1 ) auf 10% Gew-% verdünnten Lack wurden 5 Gew.-% CNT-SuIf mittels Ultraschall dispergiert.In the paint diluted to 10% by weight with water / ethanol (1: 1), 5% by weight of CNT sulfide was dispersed by means of ultrasound.
Die Dispersion IV sowie eine Vergleichsprobe aus dem Lack dieses Beispiels ohne CNTs wurden wie vorstehend beschrieben als Beschichtung auf eine PET-Folie aufgebracht und nach Trocknen/Härten mit Hilfe des Electrometers von Keithley unter denselben Bedingungen wie dort angegeben gemessen. Dabei wurde für die CNT-freie Probe ein Oberflächenwiderstand von E+14Ω/Fläche, für die Dispersion IV ein Oberflächenwiderstand von E+10Ω/Fläche ermittelt.The dispersion IV and a comparative sample of the varnish of this example without CNTs were coated on a PET film as described above and, after drying / curing, were measured using the Keithley electrometer under the same conditions as indicated therein. For the CNT-free sample, a surface resistance of E + 14Ω / area and for the dispersion IV a surface resistance of E + 10Ω / area was determined.
Die Erniedrigung des Oberflächenwiderstands korreliert mit einer Erhöhung der antimikrobiellen Wirkung. The lowering of the surface resistance correlates with an increase of the antimicrobial effect.

Claims

Ansprüche: Claims:
1. Flächiges oder geformtes Textilmaterial mit oder aus Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Fasern mit einem hydrolytisch kondensierten anorganisch-organischen Hybridmaterial mit darin eingebetteten, einfach- oder mehrfachwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen beschichtet ist.1. Flat or shaped textile material with or made of fibers, characterized in that at least a part of the fibers is coated with a hydrolytically condensed inorganic-organic hybrid material having embedded therein, single or multi-walled carbon nanotubes.
2. Textilmaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das anorganischorganische Hybridmaterial organisch polymerisierbare oder organisch polymerisierte Gruppen enthält.2. Textile material according to claim 1, characterized in that the inorganic-organic hybrid material contains organically polymerizable or organically polymerized groups.
3. Textilmaterial nach Anspruch einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganisch-organische Hybridmaterial erhältlich ist oder erhalten wurde unter Verwendung mindestens eines Silans der Formel (I) A textile material according to any one of the preceding claims, characterized in that the inorganic-organic hybrid material is obtainable or obtained by using at least one silane of the formula (I)
worin R1 gleich oder verschieden ist und einen Rest darstellt, der einer organischen Polymerisation zugänglich ist, R2 gleich oder verschieden ist und einen organischen Rest darstellt, der keiner Polymerisation zugänglich ist, X gleich oder verschieden ist und OH oder eine Abgangsgruppe darstellt, die unter Hydrolysebedingungen abhydrolysierbar ist und zumindest teilweise durch eine Anbindung an ein Sauerstoffatom einer weiteren Siliciumverbindung zu einer anorganischen Vernetzung beitragen kann, a und b jeweils 0, 1 oder 2 sind, und 4- a-b 1 , 2 oder 3 ist. wherein R 1 is the same or different and is a radical accessible to organic polymerization, R 2 is the same or different and is an organic radical which is not amenable to polymerization, X is the same or different and represents OH or a leaving group is hydrolyzable under hydrolysis and can contribute at least partially by an attachment to an oxygen atom of a further silicon compound to an inorganic crosslinking, a and b are each 0, 1 or 2, and 4- is 1, 2 or 3.
4. Textilmaterial nach Anspruch 3, wohn das Hybhdmaterial unter Verwendung mindestens eines weiteren Silans der Formel (II)4. Textile material according to claim 3, the Hybhdmaterial living using at least one further silane of the formula (II)
SiX4 (II)SiX 4 (II)
und/oder mindestens eines Silans mit der Formel (III) and / or at least one silane of the formula (III)
erhältlich ist oder erhalten wurde, worin R1, R2 und X ggf. gleich oder verschieden sind und wie auch a die in Anspruch 3 für Formel (I) angegebene Bedeutung haben.is available or was obtained wherein R 1 , R 2 and X are optionally the same or different and as well as a have the meaning given in claim 3 for formula (I).
5. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Hybridmaterial unter Zusatz von mindestens einer Substanz hydrolytisch kondensiert wurde, ausgewählt unter in einem Lösungsmittel oder Wasser löslichen Metallverbindungen oder -komplexen der III. Hauptgruppe, von Germanium und von Metallen der IL, III., IV., V., VL, VII. und VIII. Nebengruppe, wobei die genannte Metallverbindung / der genannte Metallkomplex vorzugsweise ausgewählt ist unter ggf. komplexierten und/oder durch Chelatliganden stabilisierten Ci-Cβ-Alkoxiden des Bors, Aluminiums, Zirkoniums, Germaniums und Titans.5. Textile material according to one of the preceding claims, wherein the hybrid material was hydrolytically condensed with the addition of at least one substance, selected from solvent-soluble or water-soluble metal compounds or complexes of III. Main group of germanium and metals of the IL, III, IV, V., VL, VII. And VIII. Subgroup, wherein said metal compound / said metal complex is preferably selected from optionally complexed and / or stabilized by chelating ligands Ci -Cβ-alkoxides of boron, aluminum, zirconium, germanium and titanium.
6. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiterhin enthaltend ein rein organisches Material, das vorzugsweise in das organische Netzwerk einpolymerisiert vorliegt.6. Textile material according to one of the preceding claims, further comprising a purely organic material, which is preferably present in copolymerized form in the organic network.
7. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganisch-organische Hybridmaterial frei von kationischen Gruppen ist.7. Textile material according to one of the preceding claims, characterized in that the inorganic-organic hybrid material is free of cationic groups.
8. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Kohlenstoffröhrchen mit neutralen oder ionischen Gruppen und insbesondere mit Carbonsäuregruppen und/oder mit Sulfanilsäuregruppen funktionalisiert sind, wobei die letzteren über eine Carboxamid-Gruppe an die Kohlenstoffwand der Nanoröhren gebunden sind. 8. A textile material according to any one of the preceding claims, wherein the carbon tubes are functionalized with neutral or ionic groups and in particular with carboxylic acid groups and / or with sulfanilic acid groups, the latter being bonded via a carboxamide group to the carbon wall of the nanotubes.
9. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffröhrchen funktionalisiert sind und über eine funktionelle Gruppe kovalent in das Hybridmaterial eingebunden sind.9. Textile material according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon tubes are functionalized and are covalently bonded via a functional group in the hybrid material.
10. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, enthaltend mindestens 5,0, vorzugsweise mindestens 7,5 und ganz besonders bevorzugt mindestens 10 Masse-% Kohlenstoffröhrchen, bezogen auf die Masse des anorganischorganischen Hybridmaterials.10. Textile material according to one of the preceding claims, containing at least 5.0, preferably at least 7.5 and most preferably at least 10 mass% carbon tubes, based on the mass of the inorganic-organic hybrid material.
11. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridmaterial kovalent an den Fasern haftet.11. Textile material according to one of the preceding claims, characterized in that the hybrid material covalently adheres to the fibers.
12. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen gewebten oder gestrickten Stoff, ein Garn oder eine Stoffeinlage handelt.12. Textile material according to one of the preceding claims, characterized in that it is a woven or knitted fabric, a yarn or a fabric insert.
13. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit dem Hybridmaterial eine Dicke von13. Textile material according to one of the preceding claims, characterized in that the coating with the hybrid material has a thickness of
< 5 μm, vorzugsweise von < 2 μm und ganz besonders bevorzugt von 1 μm oder darunter besitzt.<5 microns, preferably of <2 microns and most preferably of 1 micron or less has.
14. Textilmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dessen Hybridmaterial- Beschichtung einen Oberflächenwiderstand aufweist, der um den Faktor 104, vorzugsweise um den Faktor 105, stärker bevorzugt um den Faktor 106 und ganz besonders bevorzugt um den Faktor 107 gegenüber dem Oberflächenwiderstand eines ansonsten identischen Textilmaterials erniedrigt ist, dessen Beschichtung frei von CNTs ist. 14. Textile material according to one of the preceding claims, whose hybrid material coating has a surface resistance by a factor of 10 4 , preferably by a factor of 10 5 , more preferably by a factor of 10 6 and most preferably by a factor of 10 7 to the surface resistance an otherwise identical textile material whose coating is free of CNTs.
15. Verfahren zum Herstellen eines Textilmatehals nach einem der Ansprüche 3 bis 14, umfassend die Schritte:15. A method for producing a textile matehal according to any one of claims 3 to 14, comprising the steps:
- Herstellen eines hydrolytischen Kondensats aus oder unter Verwendung mindestens eines Silans der Formel (I) wie in Anspruch 3 definiert,Preparing a hydrolytic condensate from or using at least one silane of the formula (I) as defined in claim 3,
- Einarbeiten einer Suspension, enthaltend einfach- oder mehrfachwandige Kohlenstoffnanoröhrchen,Incorporation of a suspension containing single- or multi-walled carbon nanotubes,
- Aufbringen des mit den Kohlenstoffnanoröhrchen versehenen hydrolytischen Kondensats auf zumindest einen Teil der Oberflächen der Fasern eines flächigen oder geformten Textilmaterials, undApplying the carbon nanotube hydrolytic condensate to at least part of the surfaces of the fibers of a sheet or formed textile material, and
- Härten des mit den Kohlenstoffnanoröhrchen versehenen hydrolytischen Kondensats.- Hardening of the provided with the carbon nanotubes hydrolytic condensate.
16. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten des hydrolytischen Kondensats dessen weitere anorganische Vernetzung und/oder eine Vernetzung darin enthaltener organisch polymerisierbarer Gruppen umfasst.16. The method according to claim 16, characterized in that the hardening of the hydrolytic condensate comprises the further inorganic crosslinking and / or a crosslinking of organically polymerizable groups contained therein.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, worin das hydrolytische Kondensat in einem wasserhaltigen Lösungsmittel hergestellt oder nach seiner Herstellung in ein solches überführt wird.17. The method according to any one of claims 15 or 16, wherein the hydrolytic condensate is prepared in an aqueous solvent or converted into such after its preparation.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Suspension von einfach- oder mehrfachwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen um funktionalisierte solche Röhrchen handelt, die vorzugsweise Carbonsäure- und/oder Sulfanilsäuregruppen enthalten.18. The method according to any one of claims 15 to 17, characterized in that it is the suspension of single or multi-walled carbon nanotubes functionalized such tubes, which preferably contain carboxylic acid and / or Sulfanilsäuregruppen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einarbeiten der Kohlenstoffnanoröhrchen-Suspension dem hydrolytischen Kondensat ein Dispergiermittel zugesetzt wird.19. The method according to any one of claims 15 to 18, characterized in that prior to incorporation of the carbon nanotube suspension, a dispersant is added to the hydrolytic condensate.
20. Verwendung eines hydrolytisch kondensierten anorganisch-organischen Hybridmaterial mit darin eingebetteten, einfach- oder mehrfachwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen als Beschichtungsmatehal für ein flächiges Substrat, das dem beschichteten Substrat schmutzabweisende und/oder antimikrobielle Eigenschaften verleiht. 20. Use of a hydrolytically condensed inorganic-organic hybrid material having embedded therein, single or multi-walled carbon nanotubes as a coating matehal for a planar substrate, which gives the coated substrate dirt-repellent and / or antimicrobial properties.
21. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganischorganische Hybridmaterial organisch polymerisierbare oder organisch polymerisierte Gruppen enthält und vorzugsweise erhältlich ist oder erhalten wurde unter Verwendung mindestens eines Silans der Formel (I) 21. Use according to claim 20, characterized in that the inorganic-organic hybrid material contains organically polymerizable or organically polymerized groups and is preferably obtainable or obtained using at least one silane of the formula (I)
worin R1 gleich oder verschieden ist und einen Rest darstellt, der einer organischen Polymerisation zugänglich ist, R2 gleich oder verschieden ist und einen organischen Rest darstellt, der keiner Polymerisation zugänglich ist, X gleich oder verschieden ist und OH oder eine Abgangsgruppe darstellt, die unter Hydrolysebedingungen abhydrolysierbar ist und zumindest teilweise durch eine Anbindung an ein Sauerstoffatom einer weiteren Siliciumverbindung zu einer anorganischen Vernetzung beitragen kann, a und b jeweils 0, 1 oder 2 sind, und 4- a-b 1 , 2 oder 3 ist.wherein R 1 is the same or different and is a radical accessible to organic polymerization, R 2 is the same or different and is an organic radical which is not amenable to polymerization, X is the same or different and represents OH or a leaving group is hydrolyzable under hydrolysis and can contribute at least partially by an attachment to an oxygen atom of a further silicon compound to an inorganic crosslinking, a and b are each 0, 1 or 2, and 4- is 1, 2 or 3.
22. Verwendung nach Anspruch 21 , worin das Hybridmaterial aus mindestens einem zusätzlichen Silan der Formel (II)22. Use according to claim 21, wherein the hybrid material comprises at least one additional silane of the formula (II)
SiX4 (II)SiX 4 (II)
und/oder aus mindestens einem zusätzlichen Silan mit der Formel (III) and / or at least one additional silane of the formula (III)
erhältlich ist oder erhalten wurde, worin R1, R2 und X ggf. gleich oder verschieden sein können und die gleiche Bedeutung wie in Anspruch 20 für Formel (I) angegeben besitzen.wherein R 1 , R 2 and X may optionally be the same or different and have the same meaning as defined in claim 20 for formula (I).
23. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, worin das Hybridmaterial unter Zusatz von mindestens einer Substanz hydrolytisch kondensiert wurde, ausgewählt unter in einem Lösungsmittel oder Wasser löslichen Metallverbindungen oder -komplexen der III. Hauptgruppe, von Germanium und von Metallen der IL, III., IV., V., VL, VII. und VIII. Nebengruppe, wobei die Metallverbindung vorzugsweise ausgewählt ist unter ggf. komplexierten und/oder durch Chelatliganden stabilisierten Ci-Cβ-Alkoxiden des Bors, Aluminiums, Zirkoniums, Germaniums und Titans. 23. Use according to any one of claims 20 to 22, wherein the hybrid material was hydrolytically condensed with the addition of at least one substance, selected from solvent-soluble or water-soluble metal compounds or complexes of III. Main group of germanium and metals of the IL, III, IV, V., VL, VII. And VIII. Subgroup, wherein the metal compound is preferably selected from optionally complexed and / or stabilized by chelating ligands Ci-Cβ-alkoxides of Boron, aluminum, zirconium, germanium and titanium.
24. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, weiterhin enthaltend ein rein organisches Material, das vorzugsweise in das organische Netzwerk einpolymerisiert vorliegt.24. Use according to any one of claims 20 to 23, further comprising a purely organic material, which is preferably present in copolymerized form in the organic network.
5 25. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganisch-organische Hybridmaterial frei von kationischen Gruppen ist.25. Use according to any one of claims 20 to 24, characterized in that the inorganic-organic hybrid material is free of cationic groups.
26. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, worin die Kohlenstoffröhrchen mit neutralen oder ionischen Gruppen und vorzugsweise mit Carbonsäuregruppen lo und/oder mit Sulfanilsäuregruppen funktionalisiert sind, wobei die letzteren über eine Carboxamid-Gruppe an die Kohlenstoffwand der Nanoröhren gebunden sind.26. Use according to any one of claims 20 to 25, wherein the carbon tubes are functionalized with neutral or ionic groups and preferably with carboxylic acid groups lo and / or with sulphanilic acid groups, the latter being bonded via a carboxamide group to the carbon wall of the nanotubes.
27. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffröhrchen funktionalisiert sind und über eine funktionelle Gruppe i5 kovalent in das Hybridmaterial eingebunden sind.27. Use according to any one of claims 20 to 26, characterized in that the carbon tubes are functionalized and are covalently bonded via a functional group i5 in the hybrid material.
28. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, enthaltend mindestens 5,0, vorzugsweise mindestens 7,5 und ganz besonders bevorzugt mindestens 10 Masse-% Kohlenstoffröhrchen, bezogen auf die Masse des anorganisch-28. Use according to one of claims 20 to 27, comprising at least 5.0, preferably at least 7.5 and very particularly preferably at least 10 mass% of carbon tubes, based on the mass of the inorganic
20 organischen Hybridmaterials.20 organic hybrid material.
29. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, worin das Hybridmaterial erhalten wurde aus einem in Wasser oder in einem Wasser enthaltenden Lösungsmittel vorliegenden hydrolytischem Kondensat.Use according to any one of claims 20 to 28, wherein the hybrid material is obtained from a hydrolytic condensate present in water or in a water-containing solvent.
25 25
EP10710293A 2009-03-19 2010-03-18 Antimicrobially treated and/or stain-resistant planar substrates and method for producing the same Withdrawn EP2408869A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910013884 DE102009013884A1 (en) 2009-03-19 2009-03-19 Antimicrobially treated and / or stain-resistant textile materials and processes for their preparation
PCT/EP2010/053579 WO2010106152A2 (en) 2009-03-19 2010-03-18 Antimicrobially treated and/or stain-resistant planar substrates and method for producing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2408869A2 true EP2408869A2 (en) 2012-01-25

Family

ID=42663917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10710293A Withdrawn EP2408869A2 (en) 2009-03-19 2010-03-18 Antimicrobially treated and/or stain-resistant planar substrates and method for producing the same

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120015576A1 (en)
EP (1) EP2408869A2 (en)
DE (1) DE102009013884A1 (en)
WO (1) WO2010106152A2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201009276D0 (en) * 2010-06-03 2010-07-21 Devan Chemicals Nv Coated fibres,yarns and textiles
CN104718170A (en) 2012-09-04 2015-06-17 Ocv智识资本有限责任公司 Dispersion of carbon enhanced reinforcement fibers in aqueous or non-aqueous media
US20150283788A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 The Boeing Company Nonwoven interlayers made using polymer-nanoparticle polymers

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19650286C2 (en) 1996-02-28 2002-07-11 Fraunhofer Ges Forschung packing material
ES2225907T3 (en) 1996-02-28 2005-03-16 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. BARRIER COATS.
DE19615192A1 (en) 1996-04-17 1997-10-23 Fraunhofer Ges Forschung Composite system with an aroma barrier or a fragrance barrier layer
EP1203118A1 (en) * 1999-07-19 2002-05-08 Nano-Tex LLC Nanoparticle-based permanent treatments for textiles
WO2002039051A2 (en) 2000-08-23 2002-05-16 Cynthia A Kuper METHOD FOR UTILIZING SOL-GEL PROCESSING IN THE PRODUCTION OF A MACROSCOPIC TWO OR THREE DIMENSIONALLY ORDERED ARRAY OF SINGLE WALL NANOTUBES (SWNTs)
US20070031662A1 (en) 2003-04-09 2007-02-08 Eric Devaux Continuous textile fibers and yarns made from a spinnable nanocomposite
US7947371B2 (en) 2004-11-05 2011-05-24 E. I. Du Pont De Nemours And Company Single-walled carbon nanotube composites
JP4306607B2 (en) 2004-12-24 2009-08-05 富士ゼロックス株式会社 Field effect transistor
US7261647B2 (en) 2005-02-18 2007-08-28 Acushnet Company Nano-particulate compositions for decreasing the water vapor transmission rate of golf ball layers
DE102005040189B4 (en) * 2005-06-28 2011-08-18 Blücher GmbH, 40699 Support material with catalytically active polymer particles
WO2008063680A2 (en) * 2006-01-27 2008-05-29 Nano Dynamics Life Sciences, Inc. Treated articles and methods of treating articles
EP2022886B1 (en) * 2006-05-02 2013-10-16 Goodrich Corporation Methods of making nanoreinforced carbon fiber and aircraft components comprising nanoreinforced carbon fiber
EP1914277A1 (en) 2006-10-18 2008-04-23 Nanocyl S.A. Anti-adhesive and anti-static composition
WO2008046165A2 (en) 2006-10-18 2008-04-24 Nanocyl S.A. Anti-adhesive and antistatic composition
WO2008046166A2 (en) 2006-10-18 2008-04-24 Nanocyl S.A. Use of a marine anti-biofouling and fouling release coating composition
DE102006053326A1 (en) * 2006-11-10 2008-05-15 Bühler PARTEC GmbH Equipment of substrates
DE102008039129A1 (en) 2007-08-23 2009-05-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Coating material, useful for coating a substrate, which is a transparent disc, preferably the disc of a display, comprises a siloxane containing matrix and its dispersed, functionalized, single- or multi-walled carbon nanotubes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010106152A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010106152A3 (en) 2011-03-03
US20120015576A1 (en) 2012-01-19
DE102009013884A1 (en) 2010-09-30
WO2010106152A2 (en) 2010-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Biswas et al. Water dispersible conducting nanocomposites of poly (N-vinylcarbazole), polypyrrole and polyaniline with nanodimensional manganese (IV) oxide
Yu et al. High flux, positively charged loose nanofiltration membrane by blending with poly (ionic liquid) brushes grafted silica spheres
EP0609524B1 (en) In water self-dispersible compositions containing organopolysiloxane
Liu et al. Conductive carboxylated styrene butadiene rubber composites by incorporation of polypyrrole-wrapped halloysite nanotubes
Li et al. Surface modification of TiO2 nanoparticles and its effect on the properties of fluoropolymer/TiO2 nanocomposite coatings
EP1851266B1 (en) Hydrophobic fluorinated polymer surfaces
DE19643781C2 (en) Spherical particles based on metal oxides, process for their production and their use
DE102006014875A1 (en) Particle, useful in e.g. a surface coating and a molded body, comprises a polymerization product of a polyadditionable, polycondensable or polymerizable siloxane and/or silane; and solid particulates
EP2279226A1 (en) Surface modified silicon dioxide particles
Zhang et al. ZnO nanoparticles coated with amphiphilic polyurethane for transparent polyurethane nanocomposites with enhanced mechanical and UV-shielding performance
DE102005051587A1 (en) Zwitterionic structural elements having particles
Nabipour et al. Hydrophobic and flame-retardant finishing of cotton fabrics for water–oil separation
Trovato et al. Electrically conductive cotton fabric coatings developed by silica sol-gel precursors doped with surfactant-aided dispersion of vertically aligned carbon nanotubes fillers in organic solvent-free aqueous solution
Ribeiro et al. Silica nanoparticles surface charge modulation of the electroactive phase content and physical-chemical properties of poly (vinylidene fluoride) nanocomposites
WO2010106152A2 (en) Antimicrobially treated and/or stain-resistant planar substrates and method for producing the same
Jlassi et al. Efficient photoinduced In situ preparation of clay/poly (glycidyl methacrylate) nanocomposites using hydrogen‐donor silane
Patil et al. Bioinspired process using anisotropic silica particles and fatty acid for superhydrophobic cotton fabrics
Erol et al. A new methacrylate polymer functionalized with fluoroarylketone prepared by hydrothermal method and its nanocomposites with SiO2: thermal, dielectric, and biocidal properties
Greesh et al. Role of nanoclay shape and surface characteristics on the morphology and thermal properties of polystyrene nanocomposites synthesized via emulsion polymerization
DE102005060734A1 (en) Anti-adhesive layer, useful in printing machine and in water or ice exposed surfaces, comprises crosslinked inorganic nano-particles and polyorganosiloxane additives
Dong et al. Cellulose nanofibrils and diblock copolymer complex: Micelle formation and enhanced dispersibility
Su et al. Synthesis of salt responsive spherical polymer brushes
Assad et al. Overview and fundamentals of polymer nanocomposites
DE102008039129A1 (en) Coating material, useful for coating a substrate, which is a transparent disc, preferably the disc of a display, comprises a siloxane containing matrix and its dispersed, functionalized, single- or multi-walled carbon nanotubes
KR101967871B1 (en) Method of manufacturing carbon nano composites using silane material and carbon nano composites using the same

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110922

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20151001