EP4688684A1 - Beschichteter glaskörper - Google Patents

Beschichteter glaskörper

Info

Publication number
EP4688684A1
EP4688684A1 EP24715104.6A EP24715104A EP4688684A1 EP 4688684 A1 EP4688684 A1 EP 4688684A1 EP 24715104 A EP24715104 A EP 24715104A EP 4688684 A1 EP4688684 A1 EP 4688684A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
omniphobic
coated glass
mixture
glass according
layer
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.)
Pending
Application number
EP24715104.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arne URBAN
Theresa OSTERMEIER
Gerd-Peter Scherg
Christoph TRAULSEN
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.)
Rodenstock GmbH
Original Assignee
Rodenstock GmbH
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 Rodenstock GmbH filed Critical Rodenstock GmbH
Publication of EP4688684A1 publication Critical patent/EP4688684A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/42—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating of an organic material and at least one non-metal coating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/18—Coatings for keeping optical surfaces clean, e.g. hydrophobic or photo-catalytic films
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/70—Properties of coatings
    • C03C2217/76—Hydrophobic and oleophobic coatings

Definitions

  • the present invention relates to a coated glass body, in particular a coated spectacle lens.
  • spectacle lenses are known that are provided with a top layer of PFAS (per- and polyfluorinated alkyl substances) so that they are easy to clean. This is often done by applying such a material as the last layer after the individual anti-reflective layers in a high-vacuum vapor deposition system. Criticism of PFAS has been increasing for several years because, in addition to their advantageous water and grease-repellent properties, these chemicals are not broken down in the environment and are therefore increasingly accumulating.
  • PFAS per- and polyfluorinated alkyl substances
  • the object of the present invention is therefore to provide a coating for glass bodies that is easy to produce and environmentally friendly.
  • the object is achieved by a glass body with the features of claim 1 and by a method for producing such a coated glass body with the features of claim 29.
  • Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.
  • One aspect of the invention relates to a coated glass, in particular a spectacle lens, comprising:
  • the omniphobic layer comprises at least one organosilicon compound.
  • a mechanically stable coating can be formed on the glass body, which can prevent the adhesion of both hydrophilic and oleophilic substances in order to improve the visibility through the glass, in particular the lens, to improve.
  • the glass body is not subject to any particular restriction.
  • the glass body is an object that can be used as an optical material, for example as an ophthalmic lens or as a spectacle lens.
  • the glass body is not restricted to ophthalmic lenses and can be any transparent or optical object to which a coating can be applied in particular.
  • glasses such as crown glass, mineral glass, window glass, flat glass, windshields or viewing windows or elements of optical sensors, light sources or photographic lenses or plastics such as polyacrylates or ceramics.
  • glass generally refers to amorphous solids which, when cooled, change from a melt in the range of the glass transition temperature into the solid state without crystallizing, which in particular contain a proportion of silicon dioxide, e.g. quartz glass, crown glass, flint glass and borosilicate glass and are therefore also called mineral glass.
  • silicon dioxide e.g. quartz glass, crown glass, flint glass and borosilicate glass
  • glasses for example organic glasses or plastic glasses, for example for glasses, plastic plates, in particular made of acrylic glass for viewing windows in housings, buildings and the like, or for transparent objects made of ceramic, such as the sight glass of a fireplace or glass ceramic hobs.
  • Glass in the sense of the application can also comprise natural transparent mineral solid materials, such as crystalline silicon dioxide or thin layered silicates or natural glasses such as moldavite or manen glass.
  • the glass body can be plane-parallel or plate-shaped or curved.
  • one aspect relates to viewing windows, in particular for housings of measuring devices, sensors, buildings, etc., with the additional features of claim 1.
  • the viewing windows can be designed to be exposed to weathering outdoors, for example in housings of cameras positioned outdoors are so that contamination is advantageously reduced and the camera's view is improved, for example.
  • (Optical) sensors can also be immersed in a medium, for example, with a glass body according to the invention separating the sensor from the medium and protecting it from it. In this case too, the glass body according to the invention can protect the sensor from contamination.
  • an (optical) sensor or another electronic passive or active component with the additional features of claim 1.
  • other weathered glass bodies can be provided.
  • a window glass a cover glass for or of solar panels, a glass pane of a vehicle, aircraft or watercraft or a glass body, a lamp or a lighting device, each with the additional features of claim 1.
  • glass bodies can be provided which are frequently touched, such as fingerprint readers, screens, smartphone displays, drinking glasses, cuvettes or other laboratory equipment, decorative objects (knick-knacks) made of glass, each of which is provided with the additional features of claim 1 in order to be less susceptible to dirt, thereby improving function and optical appearance.
  • the glass body preferably consists of a clear or transparent plastic, for example a transparent plastic substrate, which can be treated or untreated.
  • the glass body is, for example, essentially made of polythiourethane, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polycarbonate, polyacrylate or polydiethylene glycol bisallyl carbonate, although other transparent plastic materials can also be used.
  • the glass body is essentially made of an acrylate polymer, such as polymethyl methacrylate or polymethyl acrylate.
  • the glass body can be formed with at least partially substantially flat surfaces or surfaces and/or with at least partially substantially curved surfaces or surfaces.
  • the vitreous body may already have one or more functional layers.
  • Suitable functional layers include, for example, Primer coating to increase the breaking strength, a hard coating to increase the scratch resistance, a non-stick layer or easy-to-clean layer, a conductive layer to improve antistatic properties, a mirror layer or multi-layer mirror coating, an anti-reflective layer or multi-layer anti-reflective coating, a coloring layer, etc.
  • the glass body has a silicon oxide layer which is arranged directly or indirectly on a surface of the glass body.
  • the silicon oxide layer can be formed by evaporating silicon monoxide (SiO), silicon dioxide and/or silicon or a mixture thereof in a PVD process in a vacuum, whereby monomolecular SiO is formed in the gas phase (hence the term PVD process for the English term physical vapor deposition) and deposits in a thin layer on the glass body, for example the optical lenses.
  • the layer of silicon oxide is deposited as silicon monoxide (SiO), low-valent silicon oxide (e.g. Si20s) or silicon dioxide (SiO2) or as a mixture of two or three of the aforementioned materials.
  • the surface of the glass body or the optical lenses are thereby advantageously hardened, but in particular also prepared for a covalent bond with a slip-promoting omniphobic layer which is formed on the silicon oxide layer.
  • the term omniphobic is understood as "dirt-repellent” or “reduces dirt adhesion” or “repellent to liquids”.
  • the omniphobic layer is advantageously hydrophobic and/or oleophobic, whereby repelling fat-loving and water-loving phases particularly effectively prevents soiling of the surface of the coated glass and enables easy cleaning of the coated glass.
  • the coated glass can also be used in optical Sensors or cameras can be used, whereby the sensors are better protected against contamination and thus incorrect measurements and can also be cleaned better and thus put back into operation.
  • the coated glass according to the invention also offers advantages in terms of cleaning and thus increased road safety and lower cleaning effort.
  • the omniphobic layer contains at least one organosilicon compound.
  • Organosilicon compounds (also: organosilicon compounds) is the collective term for compounds that either have direct silicon-carbon bonds (Si-C) or in which the carbon is linked to the silicon via oxygen, nitrogen or sulfur atoms.
  • Organosilicon compounds can be described by the general formula R n SiX4- n (with n from 1 to 4), where R represents various organic radicals, such as aliphatics, aromatics, heterocycles. X stands for various groups (see table).
  • the organosilicon compound(s) can be a linear or open-chain compound.
  • the at least one organosilicon compound in the omniphobic layer can have at least one carbon atom, at least one oxygen atom, at least one nitrogen atom, at least one halogen atom and/or at least one sulfur atom, each of which is linked to an associated silicon atom.
  • the omniphobic layer preferably comprises at least one siloxane, in particular a linear siloxane.
  • Siloxanes are polymers with a repeating siloxane unit - Si-O -, where the silicon atom has two organic radicals R1 and R2, which are preferably alkyl groups.
  • a preferred siloxane compound would be, for example, polydimethylsiloxane (PDMS, CAS 63148-62-9) with the chemical formula C2HeOSi, in which the two organic radicals R1 and R2 each represent a methyl group (CH3).
  • An omniphobic layer comprising PDMS as an organosilicon compound can be obtained by hydrolysis reaction using the monomer dimethyldimethoxysilane (CAS 1112-39-6) with the chemical formula Si(OCH3)2(CH3)2 as a precursor or starting substance, if necessary using an acidic catalyst, whereby polydimethylsiloxane is formed.
  • the omniphobic layer can also contain at least one silane or silanol.
  • the omniphobic layer can contain a linear or acyclic silane or a cyclic silane.
  • silane refers to a group of chemical compounds consisting of a silicon backbone and hydrogen.
  • the general molecular formula of linear or acyclic (open-chain, also called catena-silanes) silanes is Si n H2n+2.
  • Ring-shaped silicon-hydrogen compounds, also called cyclosilanes have the general molecular formula Si n H2n.
  • the omniphobic layer preferably comprises at least one silanol, in particular a linear silanol.
  • the at least one organosilicon compound of the omniphobic layer consists of one or more functional groups, which are also referred to as so-called tail groups, which are responsible for the omniphobic properties, and of one or more coupling groups, which are also referred to as so-called anchor groups or head groups, which are responsible for the connection to the silicon oxide layer.
  • the at least one organosilicon compound can also have further components, preferably at least one further molecular group, particularly preferably two or more molecular groups, as explained in the following paragraphs.
  • the functional group or functional chain or tail group of the organosilicon compound has at least one alkyl group or one alkoxy group, represented by the structure -C n H2n+i- or -C n H2n+iO-, where n is an integer that assumes values of 8 or greater, preferably 11 or greater.
  • the properties of this alkyl group depend on its length or, more precisely, on the chain length of the alkyl group. This chain length is generally referred to as the C chain length based on the number of carbon atoms it contains.
  • the length of the alkyl or alkoxy chain substances with a chain length greater than or equal to C8 are preferred, particularly preferably with a chain length greater than or equal to 11, since these enable the formation of SAMS (self-assembled monolayers) in addition to hydrophobic properties that increase with increasing chain length.
  • a longer alkyl chain of the tail group results in improved shielding of the coupling group, which is used to bond to the substrate. Good shielding advantageously leads to improved cleaning resistance, which means that such a compound survives a large number of cleaning strokes, with one cleaning stroke reducing the cleaning time of such a wiping movements typically present in the vitreous body.
  • the organosilicon compound preferably has at least one hydrolyzable group as a coupling group or head group, which can react with water, resulting in the splitting off of a leaving group to form a low-molecular compound.
  • this can result in a hydrolysis reaction in which the organosilicon compound can bind to hydroxy groups (OH groups) present or formed on the silicon oxide layer of the glass body to form the omniphobic layer, whereby the organosilicon compound forms a covalent bond with the silicon oxide layer of the glass body and in this way the omniphobic layer is formed on the glass body.
  • OH groups hydroxy groups
  • the at least one hydrolyzable group is preferably a chloro or ethoxy group, an amine, a silazane, an oxime or an acetoxy group, and in particular the hydrolyzable group is a methoxy group.
  • the number of coupling groups can vary from one to three, whereby instead of additional head or coupling groups, additional tail groups, i.e. omniphobic alkyl or alkoxy chains, can also be present, which can bring about increased hydrophobicity or better shielding.
  • an organosilicon compound has several alkyl or alkoxy groups as a tail group
  • the requirement with regard to the chain length is to be understood in such a way that at least one of the alkyl or alkoxy groups of the organosilicon compound has an alkyl or alkoxy group whose chain length L1 satisfies the requirement with regard to the presence of 8 or more carbon atoms, i.e. for the C chain length L1 of the at least one alkyl or alkoxy group or the longest alkyl or alkoxy group of the organosilicon compound, L1 > 8 applies.
  • the organosilicon compound can comprise or be hexadecyltrimethoxysilane (CAS 16415-12-6) with the formula CH3(CH2)i5-Si(OCH3)3. More preferably, or also as another organosilicon compound in combination to the aforementioned, the organosilicon compound can have or be octadecyltrimethoxysilane (CAS 3069-42-9) with the formula CH3(CH2)i7-Si(OCH3)3.
  • the chain length of the tail group, the alkyl chain is C16 or C18 in the above cases.
  • organosilicon compounds mentioned above are methoxysilanes, whereby the organosilicon compound can alternatively or additionally contain chlorosilanes and/or ethoxysilanes, particularly preferably hexadecyltrichlorosilane, hexadecyltriethoxysilane, octadecyltrichlorosilane and/or octadecyltriethoxysilane.
  • Organosilicon compounds with an even longer alkyl chain can also be used, particularly compounds with an alkyl chain length of C20 to C34, as these have greater strength because the longer the alkyl chain, the more the non-covalent interaction of the hydrocarbon radicals is promoted, which results in an increased alignment or self-organization of the groups.
  • a longer alkyl chain advantageously results in improved hydrophobic and oleophobic properties and improved resistance to cleaning.
  • the omniphobic layer can also have a further, second organosilicon compound in addition to the at least one organosilicon compound, i.e. the omniphobic layer can have a mixture formed from at least two organosilicon compounds.
  • This second organosilicon compound has at least one alkyl or alkoxy group as a tail group, represented by the structure -C n H2n+i- or -C n H2n+iO-, where n is an integer.
  • the presence of at least two organosilicon compounds which can differ in particular with regard to their substance class, structure, head groups, tail groups and/or, preferably, with regard to the length of the chain of the tail groups, can form an omniphobic layer which, in comparison to an omniphobic layer having only one organosilicon compound, is characterized by improved properties, such as, for example, greater resistance to cleaning and/or better or more pronounced hydrophobic and/or oleophobic properties.
  • the convention is used that for such comparisons the alkyl or alkoxy group with the longest chain is selected from the alkyl or alkoxy groups present in the respective organosilicon compound.
  • the omniphobic layer can be formed as a mixture of this compound and at least one further, second organosilicon compound, wherein the second organosilicon compound has a C chain length L2 of the tail group which differs only slightly with regard to the length of its longest alkyl or alkoxy group or has a comparable chain length, which is understood in particular to mean that AL is less than or equal to 0.25, preferably less than or equal to 0.15, in particular less than or equal to 0.1.
  • the substance to be synthesized can have proportions of higher and/or lower chain lengths, in particular it can have proportions of the (next) higher and/or (next) lower chain lengths.
  • a long-chain(er) organosilicon compound does not have to be in its pure form, but that the omniphobic layer can be formed from a mixture of two or more organosilicon compounds which differ only slightly in terms of their chain length, according to the above definition, good omniphobic properties can be obtained combined with an economical production process which can be produced with a reasonable synthesis effort due to a reduced demand on the purity of the synthesized substance.
  • the omniphobic layer can be formed as a mixture of this compound and at least one further, second organosilicon compound, wherein the second organosilicon compound has a C chain length L2 of the tail group which differs significantly from the first with regard to the length of its longest alkyl or alkoxy group, which is understood in particular to mean that AL is greater than or equal to 0.5, preferably greater than or equal to 0.75, particularly preferably greater than or equal to 0.9, in particular at most 1.
  • an omniphobic layer which has properties which are improved compared to an omniphobic layer comprising only one organosilicon compound.
  • the addition of the second substance having a significantly shorter alkyl or alkoxy chain of the tail group can achieve the positive effect that this substance can cover those areas on the surface of the vitreous body, or the silicon dioxide layer arranged there, when the omniphobic layer is formed, which the comparatively long-chain first substance cannot cover due to steric hindrance, in order to achieve a higher Degree of coverage or a more seamless coverage of the glass body with the (or during the formation of the) omniphobic layer, which in turn achieves improved omniphobic properties and improved cleaning resistance.
  • the coupling groups can also lead to the formation of cross-linking through covalent bonding of the coupling groups of neighboring molecules, since not all coupling groups bind to the surface of the glass body or a silicon oxide layer arranged there. Both the van der Waals interaction and the cross-linking lead to the shielding of the substrate surface and the coupling groups, which improves the cleaning resistance of the omniphobic layer.
  • the above-mentioned organosilicon compounds are suitable for forming the omniphobic layer, which have a substantially linear molecular structure, which is understood in particular to mean the presence of a substantially linear alkyl chain as a tail group.
  • a non-linear silicon-organic compound is also preferably suitable for forming the omniphobic layer, which includes silicon-organic compounds whose molecular structure is non-linear, having, for example, at least one branch, and/or a cyclic structure, in particular a ring structure, and/or a dipodal structure.
  • Such branching is understood to mean, on the one hand, the presence of a substance with an alkyl or alkoxy group as a tail group, which has a branch within this chain, such as the substance isobutyl(trimethoxy)silane or isooctyl(trimethoxy)silane.
  • the branching of the isobutyl(trimethoxy)silane is caused by two methyl groups (CHs group) at the end of the alkyl chain.
  • Isooctyl(trimethoxy)silane has a branched structure, caused by three methyl groups (CHs group) at the end of the alkyl chain and a methyl side group within the alkyl chain.
  • this can also be understood to mean an organosilicon compound in which an additional, further alkyl group is present as a tail group, which is additionally bonded to the Si atom (to the first alkyl group), such as the substance n-octadecylmethyldimethoxysilane (CAS 70-851-50-2 with the formula C 2 iH 46 O 2 Si).
  • n-octadecylmethyldimethoxysilane CAS 70-851-50-2 with the formula C 2 iH 46 O 2 Si.
  • non-linear, in particular cyclic, compounds having a ring structure preferably as an organosilicon compound, optionally in pure form or in a mixture with a second or several further linear or non-linear compounds, are also suitable for forming such an omniphobic layer.
  • Aromatic silanes and/or cyclic azasilanes are particularly suitable here, the former of which are characterized by one (or more) aromatics, which is understood to mean an aromatic structure, within or at the end of the alkyl chain(s).
  • the cyclic azasilanes have a cyclic structure containing a nitrogen atom and one or more alkyl or alkyl ether chains, with a ring-opening reaction taking place during the bonding.
  • the group of cyclic azasilanes in particular is characterized by a comparatively high vapor pressure, which preferably enables gas phase reactions. This also advantageously enables alternative, in particular solvent-free, production processes for the omniphobic layer containing this compound(s), such as, for example, gas phase deposition processes familiar to the person skilled in the art.
  • Examples of compounds from the group of cyclic azasilanes would be N-methyl-aza-2,2,4-trimethylsilacyclopentane (CAS 18387-19-4 with the formula CyHiyNSi) or Nn-butyl-aza-2,2-dimethoxysilacyclopentane (CAS 618914-44-6 with the formula CgH2iNO2Si).
  • Examples of aromatic silane compounds would be 4-phenylbutyltrichlorosilane (CAS 17886-88-3 with the formula CioH C Si) or 3-phenoxypropyltrichlorosilane (CAS 60333-76-8 with the formula CgHnChOSi).
  • a dipodal silicon-organic compound is also preferably suitable for forming the omniphobic layer.
  • Dipodal silicon-organic compounds are characterized by two silicon atoms, each with one or more coupling groups, as described above, and one or more tail groups, as described above. The presence of a higher number of coupling groups can promote the bonding to the glass surface and thus improve the durability of the omniphobic layer.
  • Compounds which have a dipodal structure are, for example, 1,2-bis(trimethoxysilyl)decane (CAS 832079-33-1 with the formula Ci6H380eSi2), 1,8- bis(triethoxysilyl)octane (CAS 52217-60-4 with the formula C2oH460eSi2), 1,10-bis(trimethoxysilyl)decane (CAS 122185-09-5 with the formula Ci6H380eSi2) or bis(trimethoxysilylethyl)benzene (CAS 266317-71 -9 with the formula Ci6H3oOeSi2).
  • 1,2-bis(trimethoxysilyl)decane CAS 832079-33-1 with the formula Ci6H380eSi2
  • 1,8- bis(triethoxysilyl)octane CAS 52217-60-4 with the formula C2oH460eSi2
  • the omniphobic layer comprises a mixture which comprises at least one compound having a substantially linear molecular structure and a compound having a non-linear molecular structure, or a mixture of at least two compounds, each of which has a non-linear structure.
  • the omniphobic layer comprises a mixture of at least two organosilicon compounds, with at least one of the organosilicon compounds comprising at least one pentafluorophenyl group, represented by the structure -CeFs.
  • the organosilicon compound contains no trifluoromethyl group and no difluoromethylene group and is therefore not affected by a possible ban on substances containing PFAS.
  • the compound having this group can be stabilized by the other or the other compounds, so that the previously mentioned directed orientation advantageously takes place, in which in particular the pentafluorophenyl group points away from the surface to be coated, in order to achieve the best possible omniphobic properties.
  • the omniphobic layer forms a contact angle with respect to water of at least 100° and a contact angle with respect to hexadecane of at least 25°.
  • the omniphobic layer forms a contact angle with respect to water of 100° to 110° and with respect to hexadecane of 35° to 45°, i.e. even after the aforementioned 2,000 plaster strokes, there is only a slight change in this value.
  • the omniphobic layer preferably comprises a mixture of two, particularly preferably two or more, in particular a plurality of, organosilicon compounds, which are formed as characterized above and by combining different organosilicon compounds, having different or differently long alkyl or alkoxy chains, and/or having different molecular structures (linear, branched, ring-shaped, cyclic, dipodal), omniphobic layers with advantageous properties can be formed.
  • the omniphobic layer comprises as organosilicon compounds a mixture of the compounds Hexadecyltrimethoxysilane with a C-chain length of C16 and octadecyltrimethoxysilane with a C-chain length of C18.
  • An omniphobic layer comprising the above-mentioned mixture is characterized by improved omniphobicity and durability compared to the individual compounds.
  • the omniphobic layer comprises, as organosilicon compounds, the compound hexadecyltrimethoxysilane with a C-chain length of C16 in a mixture with at least one compound optionally having a C-chain length of C1 or C3.
  • a long-chain compound in combination with a compound having a short alkyl chain of a methyl group (CHs group) or a propyl group (CH2-CH2-CH3), an improved coverage of the surface to be provided with the omniphobic layer can advantageously be achieved.
  • the omniphobic layer comprises, as organosilicon compounds, the compound octadecyltrimethoxysilane with a C-chain length of C18 in a mixture with at least one compound optionally having a C-chain length of C1 or C3.
  • a long-chain compound in combination with a compound having a short alkyl chain of a methyl group (CHs group) or a propyl group (CH2-CH2-CH3), an improved coverage of the surface to be provided with the omniphobic layer can advantageously be achieved.
  • the omniphobic layer comprises as a first organosilicon compound a compound having a substantially linear alkyl or alkoxy chain, preferably hexadecyltrimethoxysilane or octadecyltrimethoxysilane, in a mixture with a second organosilicon compound having a branched alkyl or alkoxy chain, preferably isobutyl(trimethoxy)silane or isooctyl(trimethoxy)silane.
  • This combination of a compound having a substantially linear and a compound having a branched alkyl or alkoxy chain is advantageously characterized by improved Properties, in particular improved omniphobicity and improved durability, since the branched alkyl or alkoxy chain leads on the one hand to better shielding of the coupling group and on the other hand to improved durability of the layer.
  • the omniphobic layer has as the first organosilicon compound a compound having a substantially linear alkyl or alkoxy chain, preferably hexadecyltrimethoxysilane or octadecyltrimethoxysilane, in a mixture with a second organosilicon compound which has a ring-shaped or cyclic structure, preferably this second compound is an aromatic silane such as 4-phenylbutyltrichlorosilane or 3-phenoxypropyltrichlorosilane, particularly preferably this second compound is a cyclic silane, in particular a cyclic azasilane, such as N-methyl-aza-2,2,4-trimethylsilacyclopentane or N-n-butyl-aza-2,2-dimethoxysilacyclopentane.
  • this second compound is an aromatic silane such as 4-phenylbutyltrichlorosilane or 3-phenoxypropyltrichlorosilane, particularly
  • This combination of a compound with a substantially linear and a compound with a ring-shaped or cyclic alkyl or alkoxy chain is advantageously characterized by an increased vapor pressure due to the increased molecular weight of the ring-shaped or cyclic alkyl or alkoxy chain and is therefore particularly well suited for evaporation processes in the formation or production of the omniphobic layer.
  • the omniphobic layer has as the first organosilicon compound a compound having a substantially linear alkyl or alkoxy chain, preferably hexadecyltrimethoxysilane or octadecyltrimethoxysilane, in a mixture with a dipodal silane, preferably in a mixture with 1,2-bis(trimethoxysilyl)decane, 1,8-bis(triethoxysilyl)octane, 1,10-bis(trimethoxysilyl)decane or bis(trimethoxysilylethyl)benzene.
  • a mixture is advantageously characterized by an improved durability of the coating, since the dipodal structure provides more bonding options.
  • the omniphobic layer comprises hexadecyltrimethoxysilane or octadecyltrimethoxysilane in a mixture with a Siloxane, preferably in a mixture with polydimethylsiloxane (PDMS).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the omniphobic layer comprises at least docosyltriethoxysilane (CAS 1604813-39-9) with the chemical formula C2sH6o03Si with a C-chain length of C22 as an organosilicon compound.
  • docosyltriethoxysilane is generally a mixture of substances with C-chain lengths of C18 to C24, preferably from C20 to C24.
  • Very good omniphobic properties can advantageously be achieved with an omniphobic layer comprising docosyltriethoxysilane as an organosilicon compound, since the omniphobic properties increase with increasing chain length.
  • a further aspect of the invention relates to a method for producing an omniphobic coating on a glass body, comprising the following steps:
  • the first step of the method for producing an omniphobic coating on a glass body comprises providing a glass body.
  • an object is used or provided as the glass body which can be used as an optical material, for example as an ophthalmic lens or as a spectacle lens.
  • the glass body is not limited to ophthalmic lenses and can be any transparent or optical object to which a coating can be applied in particular. Specific examples of this are glasses such as crown glass, mineral glass, window glass, flat glass, windshields or viewing windows or elements of optical sensors, light sources or photographic lenses or plastics such as polyacrylates or ceramics.
  • the glass body preferably consists of a clear or transparent plastic, for example a transparent plastic substrate, which can be treated or untreated.
  • the glass body is formed, for example, essentially from polythiourethane, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polycarbonate, polyacrylate or polydiethylene glycol bisallyl carbonate, although other transparent plastic materials can also be used.
  • the glass body is formed essentially from an acrylate polymer, such as polymethyl methacrylate or polymethyl acrylate.
  • the glass body can be formed with at least partially substantially flat surfaces or surfaces and/or with at least partially substantially curved surfaces or surfaces.
  • the glass body may already have one or more functional layers.
  • Suitable functional layers include, for example, a primer coating to increase the breaking strength, a hard coating to increase the scratch resistance, a non-stick layer or easy-to-clean layer, a conductive layer to improve antistatic properties, a mirroring layer or multi-layer mirroring coating, an anti-reflective layer or multi-layer anti-reflective coating, a coloring layer, etc.
  • the glass body can be provided in a (raw) round form, in particular with a view to its later use as a lens or spectacle lens, or it can already have been ground, which means that the glass body has already undergone a process step of shaping or edge processing and is no longer in a (raw) round form, but has a different predetermined shape, in particular a different predetermined shape due to its later use as a lens or spectacle lens.
  • the glass body to be provided in the first process step already has a silicon oxide layer which is arranged directly or indirectly on a surface of the glass body. If the glass body to be provided in the first process step If the glass body to be provided does not have such a silicon oxide layer, then in a further development of this, in this first method step a silicon oxide layer can first be applied, arranged or formed, directly or indirectly, on a surface of the glass body.
  • the silicon oxide layer can be formed by evaporating silicon monoxide (SiO), silicon dioxide and/or silicon or a mixture thereof in a PVD process in a vacuum, whereby monomolecular SiO is formed in the gas phase (hence the term PVD process for the English term physical vapor deposition) and is deposited in a thin layer on the glass body, for example the optical lenses.
  • the layer of silicon oxide is deposited as silicon monoxide (SiO), low-valent silicon oxide (e.g. Si20s) or silicon dioxide (SiO2) or as a mixture of two or three of the aforementioned materials.
  • the surface of the glass body or the optical lenses are thereby advantageously hardened, but in particular also prepared for a covalent bond with a slip-promoting omniphobic layer which is formed on the silicon oxide layer.
  • the second method step following the first method step comprises the formation of a slip-promoting, omniphobic layer on the glass body.
  • a slip-promoting, omniphobic layer in particular a slip-promoting omniphobic layer according to the previous aspect of the invention, is formed on the glass body provided in the previous method step or (at least) on a silicon oxide layer arranged directly or indirectly on its surfaces.
  • a glass body in particular a coated glass body or coated glass or coated spectacle lens, which has an omniphobic layer which is preferably characterized in that it has at least one organosilicon compound and this omniphobic layer gives the glass body preferably hydrophobic and/or oleophobic properties, preferably a contact angle, determined immediately after production or formation, with respect to water of 100° to 110° and compared to hexadecane from 35° to 45°.
  • the formation of the omniphobic layer can comprise applying the organosilicon compound(s) forming the omniphobic layer neat or in solution, for example by dripping or dipping the glass body (also referred to as dip coating). If the omniphobic layer to be formed is formed from a mixture comprising at least two or more organosilicon compounds, these compounds are mixed in a solution, particularly preferably in an isopropanol solution, in accordance with the mixing ratio to be obtained.
  • the solution preferably contains at least one of the following substances: an acid, in particular sulfuric acid, an organic solvent, preferably a non-cyclic alcohol (in particular ethanol or isopropanol), an ether (in particular tetrahydrofuran (C 4 H 8 O)), dimethylformamide (C3H7NO), dimethyl sulfoxide (C2H6OS), hexane, decane, hexadecane, octadecane, chloroform, diiodomethane (CH2I2), dichloromethane or a cyclic solvent, such as toluene (CyHs) or xylenol (in particular 2,5-xylenol).
  • an acid in particular sulfuric acid
  • an organic solvent preferably a non-cyclic alcohol (in particular ethanol or isopropanol), an ether (in particular tetrahydrofuran (C 4 H 8 O)), dimethylformamide (C3H7NO
  • the solution preferably contains toluene (CyHs), particularly preferably isopropanol (CsHsO).
  • the organosilicon compound(s) can also be wiped onto the surface of the glass body to be coated.
  • a cloth or rag can be wetted, for example by dripping or soaking it with the organosilicon compound(s) or by immersing it in a solution containing the organosilicon compound(s).
  • the organosilicon compound(s) is then applied, distributed or wiped onto the surface of the glass body using the soaked cloth or rag by wetting the surface of the glass body to be coated.
  • the exposure time can be several hours, preferably up to 1 hour, with typical exposure times being a few minutes to a few seconds.
  • the exposure time is preferably 1 to 5 minutes, more preferably less than 3 minutes, particularly preferably less than 1 minute, in particular less than 10 seconds.
  • Particularly economical production processes can advantageously be implemented by appropriately short exposure times, which are achieved by short Exposure times allow a high throughput and can in particular be carried out (partially) automatically, preferably as part of an existing (partially) automated production line.
  • the method can adhere to a cycle time specified by an existing production line through correspondingly short exposure times in the seconds to minutes range, or the method can be adapted to a specified cycle time by suitable choice of exposure time.
  • the formation of the coating by wetting or immersion can be carried out in a simple manner.
  • a tempered solution can preferably also be used, ie a solution in accordance with the aforementioned specifications which is heated to a predefined temperature in order to accelerate the bonding reaction in this way.
  • a catalyst preferably an acidic catalyst, can also be provided in order to advantageously influence or accelerate the bonding reaction in this way.
  • the wetting or immersion can also be carried out twice, three times or several times, in particular with a time interval which can more preferably be such that the surface of the glass body dries partially or completely in the meantime.
  • the formation of the omniphobic layer can preferably comprise an evaporation process, in particular a vapor deposition or evaporation process carried out in a high vacuum coating system under vacuum conditions, preferably at a pressure of less than or equal to 10' 4 mbar, particularly preferably at a pressure of less than or equal to 10' 5 mbar.
  • a tablet or a pill is generally present as a carrier, which, in addition to other components, such as a carrier material, contains the organosilicon compound(s).
  • a carrier material can be, for example, porous ceramic bodies or metal bodies, preferably made of stainless steel and/or copper, filled with steel wool. Due to their large surface area, these carrier materials can store liquids well.
  • the organosilicon compound(s) in liquid form in such carrier materials and, as a rule, at least 10 mg are contained therein. preferably between 45 mg and 300 mg, particularly preferably between 90 mg and 270 mg.
  • the at least one organosilicon compound or a mixture of several organosilicon compounds can be present both pure and in solution, i.e. with a suitable solvent, stored therein.
  • These carriers are preferably heated in a thermal evaporator, preferably by the heat output falling across an ohmic resistance at a current strength of between 4 and 6 amps, whereby the substance is caused to evaporate, the vapor that forms containing the organosilicon compound(s) being deposited as a precipitate to form the omniphobic layer.
  • the heating can also take place using an electron beam. If one (or several) glass bodies are exposed to this vapor precipitation, the organosilicon compound(s) contained in the precipitate are deposited on its surface(s). In this way, an omniphobic layer is formed on one (or several) glass bodies by means of an evaporation process, in particular a thermal one. By means of suitable support or orientation, it can be ensured that the vapor deposition takes place preferably on one (or the) surface(s) of the glass body(s) on which a silicon oxide layer is arranged. In general, such an omniphobic layer has a physical layer thickness of a few to about 50 nanometers, in particular a layer thickness between 5 and 25 nanometers.
  • the growth of the omniphobic layer is preferably less than 2 nm/s, in particular less than or equal to 1.5 nm/s. This can advantageously ensure that the omniphobic layer does not grow too quickly and in this way a coverage that is as homogeneous as possible, in particular without gaps, takes place.
  • the organosilicon compound(s) can also be coated by spraying (spray coating) and/or by spin coating.
  • different solvents and/or additional components are added to the solution containing the organosilicon compound(s) to modify properties such as viscosity, surface tension and/or solids content.
  • the method preferably has an additional, optional step which comprises a pretreatment or activation of the glass body provided, in particular this step comprises a formation of reactive OH groups, preferably a formation of reactive OH groups on the silicon oxide layer arranged on (at least) one area or surface of the glass body.
  • a pretreatment or activation of the glass body comprises a formation of reactive OH groups, preferably a formation of reactive OH groups on the silicon oxide layer arranged on (at least) one area or surface of the glass body.
  • Such an optional pretreatment step preferably takes place after the glass body has been provided and before an omniphobic layer has been formed. This can advantageously improve the adhesion or adherence of the omniphobic layer to the glass body, because the formation of reactive OH groups promotes the covalent bonding of the coupling groups of the organosilicon compound(s) of the omniphobic layer as part of a hydrolysis reaction, which in turn advantageously achieves an improved durability of the omniphobic layer.
  • Such a pretreatment can preferably comprise an activation method such as a plasma and/or an ion treatment.
  • an Ar plasma 90s/120V 10sccm Ar
  • an O2 plasma 90s/120V 10sccm Ar 10sccm 02
  • the silane or organosilicon compound contained in the solution forms a (covalent) bond(s) with the silicon oxide layer on the glass body. This binds them to the silicon oxide layer and fixes them locally, so that a coating is formed on the glass body, which is particularly promoted by the formation of reactive OH groups. A good chemical bond to the glass body is essential for the coating to last a long time. necessary.
  • a silicon oxide layer can be applied to glass bodies by flame coating, vapor deposition, etc. and a plasma treatment can be carried out to form OH groups.
  • a plasma treatment can be carried out to form OH groups.
  • On mineral glass a (atmospheric pressure) plasma treatment can be used for this purpose.
  • the aim is to form reactive OH groups on the surface of the glass body, to which the coating that is then applied chemically binds.
  • Such pretreatment usually takes a few minutes, preferably between 60 and 120 seconds, depending on the intensity of the plasma or ion treatment.
  • the method preferably has an additional, optional method step, preferably downstream of the step of forming an omniphobic layer, in which the (coated) glass body is cleaned or rinsed with a solvent, for example toluene or isopropanol, or with (demineralized or deionized) water.
  • a solvent for example toluene or isopropanol, or with (demineralized or deionized) water.
  • this method step is carried out after the method step of forming the omniphobic layer, excess material, in particular excess organosilicon compounds which have not formed a (covalent) bond with the glass body, can be removed.
  • the method preferably has an additional, optional process step in which drying or tempering of the (coated) glass body takes place.
  • the drying can preferably take place to solidify the formed omniphobic layer, optionally at room temperature or in a drying device provided for this purpose, for example in a tempering oven.
  • a Subsequent drying or tempering takes place at temperatures of less than 100 °C in order not to damage glass bodies made of plastic materials in particular, since plastics are known to have a lower heat resistance than, for example, mineral glasses or semiconductors.
  • the preferred plastic materials for plastic lenses or spectacle lenses lose their mechanical strength at temperatures of over 100 °C, especially at temperatures of 150 °C or more, which is why a temperature of around 50 °C is particularly preferred in order not to damage the coated glass body made of plastic.
  • the duration of the drying step is a few minutes to several hours, preferably between 1 minute and 10 hours, particularly preferably between 5 and 60 minutes.
  • the optional process steps can be arranged in any order and that, if both optional process steps are present, for example, both a process sequence with the steps “provision / (pretreatment or activation) / formation / drying / cleaning” and a sequence with the steps “provision / (pretreatment or activation / activation) / formation / cleaning / drying” are equally valid and the choice of the preferred order depends on various factors, such as the applied silicon-organic compound(s), the process for forming the layer, as well as the solvent components, and in particular also on the concentration or amount of carrier material.
  • the glass body provided is first cleaned (or wetted) after provision, optionally (pre-)dried, and then the omniphobic layer is formed, possibly supplemented by optional downstream steps such as cleaning and drying or drying and cleaning.
  • a provided glass body can be produced or provided with an omniphobic layer or such an omniphobic layer, in particular an omniphobic layer according to a previous aspect of the invention.
  • the method steps always refer to a glass body in the singular, the proposed method can be easily extended to several glass bodies, in particular to a large number of glass bodies, by the person skilled in the art, and thus a method is also explicitly proposed which can provide a plurality or large number of glass bodies with an omniphobic layer in a particularly economical manner or can form such a layer on them in order to obtain a large number of coated lenses, in particular a large number of coated spectacle lenses.
  • An exemplary method for manufacturing spectacle lenses could include the following steps:
  • the glasses or glass bodies made of mineral glass or plastic glass can be hard-coated and coated with a multi-layer anti-reflective coating in high-vacuum vapor deposition systems. After the last single layer of silicon oxide (particularly SiO2), the surfaces are irradiated with a plasma or ion source in the vapor deposition system.
  • the process parameters of this plasma treatment are chosen in such a way that the H2O contact angle of the treated surface is significantly reduced by the formation of polar OH groups.
  • the surface should not be noticeably damaged, which means that the reflective color of the glass body should remain essentially unchanged and the roughness and scattered light should not increase significantly or noticeably.
  • the plaster resistance which will be determined later, should be as good as possible.
  • the process parameters in a vapor deposition system depend on the type of system and the determination of the duration, the bias voltage (also referred to as acceleration voltage), the discharge current, the argon flow, the oxygen flow, the choice of the ion source and the duration of the activation of this ion source and the voltage and current during operation are parameters whose determination is within the scope of professional action and must be tested accordingly based on calculations and experience.
  • a plasma source are a duration of about 50s to 70s, in particular about 60s, a bias voltage: from about 100V to about 140V, in particular about 120V, a discharge current of about 25A to about 35A, in particular about 30A, an argon flow of about 5sccm to about 15sccm, in particular about 10sccm (sccm are standard cubic centimeters per minute).
  • Typical process parameters in another preferred vapor deposition system of the type Syrus 1105 (manufacturer: Leybold) with the Mark II ion source are a duration of about 100s to 150s, in particular about 120s, an anode voltage of about 100V to about 180V, in particular about 140V, a discharge current of about 1A to about 3A, in particular about 2A, an argon flow of about 2sccm to about 10sccm, in particular about 5sccm (sccm are standard cubic centimeters per minute).
  • the solution can preferably have a temperature of 15 degrees Celsius to 40 degrees Celsius, particularly preferably around 20 degrees Celsius, whereby the temperature of the solution advantageously corresponds approximately to room temperature and no heating or cooling is necessary.
  • the solution preferably contains all components to carry out an acid-catalyzed polycondensation of a silane or an organosilicon compound, e.g. hexadecyltrimethoxysilane, on the surface of the glass body.
  • a silane or an organosilicon compound e.g. hexadecyltrimethoxysilane
  • the organosilicon compound(s) or the silane can be applied either pure or as a solution in toluene or isopropanol, preferably in a dipping process or by immersion.
  • a typical exposure time is a few minutes, preferably 1 to 5 minutes, more preferably less than 3 minutes, in particular around 5 seconds. As a variation of this, significantly longer exposure times would also be conceivable, in particular exposure times in the range of several hours.
  • drying After removing the glass body from the immersion bath, drying can take place at room temperature or at higher temperatures.
  • the polycondensation or polymerization of the coating can already take place in the solution and/or during drying. Therefore, the ambient conditions influence the polymerization and thus the coating result.
  • the drying temperature is preferably below about 50 degrees Celsius, more preferably the drying temperature is between 25 degrees Celsius and 45 degrees Celsius.
  • the relative humidity of the ambient air during drying is preferably below 50%, more preferably between about 20% and about 40%.
  • the coated glass body can be cleaned after drying, for example using (demineralized) water and/or isopropanol and/or toluene and/or an alcohol or by wiping.
  • the immersion and drying can be repeated once, twice or several times.
  • the smooth coating meets the following quality criteria:
  • the contact angle of water is significantly above 90 degrees, usually in the range of 95 to 110 degrees.
  • the coating is at least much easier to clean under everyday conditions than a SiO2 surface.
  • Fig. 1 shows a section according to a first embodiment of a coated glass body, wherein the omniphobic layer comprises an organosilicon compound
  • Fig. 2 is a schematic representation of an organosilicon compound
  • Fig. 3 shows a section of a second embodiment of a coated glass body, wherein the omniphobic layer comprises a mixture of two organosilicon compounds with a comparable C chain length;
  • - Fig. 4 shows a section of a third embodiment of a coated glass body, wherein the omniphobic layer comprises a mixture of two organosilicon compounds with different C chain lengths;
  • FIG. 5 is a schematic drawing of a process for producing an omniphobic coating on a glass body
  • FIG. 6 is a schematic drawing of a further development of the method from Fig. 5 comprising optional method steps, which are shown in dashed lines.
  • Figure 1 shows a section according to a first embodiment through a coated glass with a glass body 2, a silicon oxide layer 4 and an omniphobic layer 6.
  • the glass body 2 is designed as an ophthalmic lens or as a spectacle lens semi-finished product 2.
  • transparent plastic substrates are used for this purpose, which can be formed, for example, essentially from polythiourethane, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polycarbonate, polyacrylate or polydiethylene glycol bisallyl carbonate.
  • the glass body 2 of the embodiment shown is already provided with at least one functional layer 3, for example a primer coating, a hard layer, a conductive layer, an anti-reflective layer, a coloring layer, a photochromic layer or a combination thereof, etc.
  • a functional layer 3 for example a primer coating, a hard layer, a conductive layer, an anti-reflective layer, a coloring layer, a photochromic layer or a combination thereof, etc.
  • the glass body 2 was further provided with a silicon oxide layer 4, in particular made of silicon dioxide, which in the preferred embodiment shown is arranged indirectly, in this case by means of the functional layer 3 on the (preferably convexly curved) surface of the glass body 2.
  • the silicon oxide layer can preferably be formed or vapor-deposited together with the functional layer 3 in a PVD process within a system.
  • this allows the silicon oxide layer to be produced in a simple manner within the normal manufacturing process for spectacle lenses.
  • a plasma treatment with a pure argon plasma is carried out at an argon flow of 10 sscm and a bias voltage of 120 V for a period of 90 s for the purpose of forming reactive OH groups on the surface of the silicon oxide layer 4 as a binding partner for the covalent bonding of the omniphobic layer 6.
  • the omniphobic layer 6 is formed by wetting the silicon oxide layer 4 with a solution containing hexadecyltrimethoxysilane as the preferred organosilicon compound in isopropanol. The exposure time is approximately 2 minutes. The glass body is then rinsed with isopropanol, in particular to remove unbound compound components, whereby a stable omniphobic layer 6 is formed on the glass body.
  • Figure 2 shows a schematic representation of hexadecyltrimethoxysilane as a preferred organosilicon compound 8 for forming an omniphobic layer 6 on a glass body 2, which, starting from its silicon atom 801, has three methoxy groups as coupling groups 802 for attachment, and an alkyl chain having sixteen carbon atoms as functional group 803, responsible for the omniphobic properties.
  • the coupling groups 802 can also be referred to as head groups and are generally hydrolyzable groups, preferably chloro groups, particularly preferably ethoxy groups, in particular alkoxy groups.
  • the functional group 803 is also referred to as tail group.
  • head group and tail group indicate the orientation of the hexadecyltrimethoxysilane 8 during the formation of the omniphobic layer 6, in which the hexadecyltrimethoxysilane 8 forms a bond with the silicon oxide layer 4 arranged on the glass body 2 by means of one of the (or several or all) head or coupling groups 802, ie the coupling or head groups 802 are oriented towards the glass body 2 in the preferred arrangement, whereas the tail group 803 is oriented away from the glass body 2.
  • This on the one hand, realizes the connection to the glass body 2 (or to the silicon oxide layer 4 arranged on the glass body 2) and, on the other hand, the compound 8 with its alkyl chain of the tail group 803 can achieve the desired omniphobic effect.
  • Figures 3 and 4 show further embodiments of the coated glass body 2 shown in Figure 1. For this reason, only the differences are described below and for elements with the same or recurring reference symbols, reference is made to the explanation already given above.
  • Figure 3 shows a section according to a second embodiment, in which the omniphobic layer 6 has a mixture comprising octadecyltrimethoxysilane as the preferred compound for the first organosilicon compound 81 and hexadecyltrimethoxysilane as the preferred compound for the second organosilicon compound 82.
  • organosilicon compounds in this mixture which have chain lengths of comparable length and the difference AL here is AL « 0.11, whereby the two compounds can advantageously stabilize each other due to their comparable chain length.
  • an omniphobic layer is formed in which, due to the mutual stabilization, in particular the tail groups which cause the omniphobic properties are stably oriented away from the surface of the silicon oxide layer 4.
  • the two compounds are present in the mixture in a ratio of 1:1, i.e. the two compounds are present in equal parts in the mixture.
  • the omniphobic layer 6 is formed by wetting the silicon oxide layer 4 with a solution in isopropanol, in which isopropanol acts as a solvent and the solutes are an equal mixture of octadecyltrimethoxysilane as the preferred compound for the first organosilicon compound and hexadecyltrimethoxysilane as the preferred compound for the second organosilicon compound.
  • the exposure time is approximately 2 minutes.
  • the glass body is then rinsed with isopropanol, in particular to remove unbound compound components, whereby a stable omniphobic layer 6 is formed on the glass body, which has at least two organosilicon compounds.
  • the trimethoxy-n-octylsilane can fill those gaps or spaces that inevitably form between the individual octadecyltrimethoxysilane molecules 81 due to steric hindrance.
  • the advantageous arrangement of short-chain trimethoxy-n-octylsilane molecules 83 between the long-chain octadecyltrimethoxysilane molecules 81, a gapless coverage of the silicon oxide layer 4 and a nanostructure at the molecular level can advantageously be achieved, whereby an omniphobic layer 8 with excellent omniphobic properties is formed on the glass body 2.
  • the two compounds are present in the mixture in a ratio such that the short-chain trimethoxy-n-octylsilane compound 83, with a proportion of approximately 80% of the mixture, is in excess of the long-chain octadecyltrimethoxysilane compound 81.
  • Figure 5 shows a schematic drawing of a method for producing an omniphobic coating on a glass body 2, in particular on a spectacle lens, according to the second aspect of the invention.
  • the glass body 2 to be provided with an omniphobic coating 6 is first provided; in this step, a glass body 2 made of a mineral glass or plastic material, particularly preferably made of a (partially or semi-) transparent plastic material, which is suitable for later use as a lens, in particular as a spectacle lens, is preferably provided.
  • the omniphobic coating 6 is formed on the glass body 2, i.e., within the scope of this method step, the glass body 2 provided in step S100 is provided with an omniphobic layer e, in particular an omniphobic layer 6 according to the first aspect of the invention, or such an omniphobic layer e is formed on the glass body 2.
  • a coated glass or coated spectacle lens is available, ie within the scope of the process, a coated (spectacle) glass (body) was produced from a provided glass body 2.
  • FIG. 6 shows advantageous developments of the proposed method, shown schematically in Figure 5, according to the second aspect of the invention.
  • steps S100 and S104 reference is made at this point to the description of Figure 5 and the corresponding explanations of the general description.
  • the method shown here is further developed in such a way that after step S100 of providing a glass body 2, a pretreatment of the (provided) glass body 2 takes place in step S102, whereby the preferred pretreatment is understood to be an activation of one of the areas or surfaces of the glass body 2, in particular a plasma treatment for the formation of reactive OH groups on an area or surface of the glass body 2, in particular on a silicon oxide layer 4 arranged directly or indirectly on this area or surface.
  • This pretreatment for the formation of reactive OH groups can advantageously achieve improved adhesion or adhesion, since potential Binding partners are provided.
  • the at least one or more organosilicon compound(s) 8 can bind with their head or coupling groups 802 to the reactive OH groups formed, preferably as part of a hydrolysis reaction, and in this way form a covalent bond with the glass body.
  • step S106 of cleaning excess molecules of the omniphobic layer e that have not bonded to the glass body 2 or the silicon oxide layer 4 arranged thereon are removed from the surface, preferably by wiping or spraying the coated glass body 2 with optionally (demineralized) water and/or a cleaning agent or solvent, for example with toluene or isopropanol.
  • a cleaning agent or solvent for example with toluene or isopropanol.
  • step S108 The method proposed here is then advantageously further developed by a further, optional method step in which, after cleaning, drying or tempering of the coated glass body 2 takes place in step S108.
  • this drying or tempering step which preferably lasts from a few minutes to a few hours, preferably about 20 minutes, the coated glass body is exposed to a defined temperature, preferably a temperature of less than 100 °C, particularly preferably a temperature of about 50 °C, in order to achieve a solidification of the omniphobic layer e formed in step S104.
  • a (process) step sequence (not shown) would also be conceivable in which the steps S106 and S108 take place in an interchanged order, ie the coated glass 2 is first dried in a drying step S108, with the aim of solidifying the formed omniphobic layer 6. and then cleaned in step S106.
  • a condensation of the omniphobic layer e is to be achieved by supplying (heat) energy and then in the subsequent cleaning step S106 excess material which has not bonded with the glass body 2 during the condensation is to be removed.
  • a further drying step S108 can of course also be carried out following the cleaning in step S106, i.e. a process sequence of “provision / pretreatment (or activation) / formation / drying / cleaning / drying” would also advantageously be conceivable.

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Abstract

Ein Aspekt betrifft ein beschichtetes Glas, insbesondere Brillenglas, aufweisend einen Glaskörper (2) aus einem Mineralglas oder einem Kunststoffglas, eine Siliziumoxidschicht (4), welche mittelbar oder unmittelbar an einer Fläche bzw. Oberfläche des Glaskörpers (2) angeordnet ist und eine gleitfördernde omniphobe kovalent gebundene Schicht (6), welche an der Siliziumoxidschicht (4) ausgebildet ist, wobei die omniphobe Schicht (6) zumindest eine siliziumorganische Verbindung aufweist. Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer omniphoben Schicht auf einem Glaskörper.

Description

Beschichteter Glaskörper
Die vorliegende Erfindung betrifft einen beschichteten Glaskörper, insbesondere ein beschichtetes Brillenglas.
Aus dem Stand der Technik sind Brillengläser bekannt, die mit einer obersten Schicht aus PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) versehen sind, damit sie leicht zu reinigen sind. Dies geschieht häufig, indem ein derartiges Material als letzte Schicht nach den einzelnen Entspiegelungsschichten in einer Hochvakuum-Aufdampfanlage aufgebracht wird. Seit mehreren Jahren nimmt die Kritik an PFAS zu, weil diese Chemikalien neben ihren vorteilhaften wasser- und fettabweisenden Eigenschaften in der Umwelt nicht abgebaut werden und sich deshalb zunehmend anreichem.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine einfach herzustellende und umweltverträgliche Beschichtung für Glaskörper bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch einen Glaskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Glaskörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 29 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein beschichtetes Glas, insbesondere ein Brillenglas, umfassend:
- einen Glaskörper aus einem Mineralglas oder einem Kunststoffglas;
- eine Siliziumoxidschicht, welche mittelbar oder unmittelbar an einer Fläche bzw. Oberfläche des Glaskörpers angeordnet ist;
- eine gleitfördernde omniphobe kovalent gebundene Schicht, welche an der Siliziumoxidschicht ausgebildet ist, wobei die omniphobe Schicht zumindest eine siliziumorganische Verbindung aufweist.
Vorteilhafterweise kann eine mechanisch stabile Beschichtung auf dem Glaskörper ausgebildet sein, welche die Anhaftung sowohl von hydrophilen als auch oleophilen Stoffen verhindern kann, um die Durchsicht durch das Glas, insbesondere das Brillenglas, zu verbessern.
Erfindungsgemäß unterliegt der Glaskörper keiner besonderen Einschränkung. Vorzugsweise wird als Glaskörper ein Gegenstand verwendet, welcher als optisches Material verwendet werden kann, beispielsweise als ophthalmische Linse bzw. als ein Brillenglas. Der Glaskörper ist jedoch nicht auf ophthalmische Linsen beschränkt und kann ein beliebiger durchsichtiger bzw. optischer Gegenstand, auf den insbesondere eine Beschichtung aufgebracht werden kann, sein. Konkrete Beispiele hierfür sind Gläser, wie Kronglas, Mineralglas, Fenstergläser, Flachgläser, Windschutzscheiben oder Sichtfenster bzw. Elemente von optischen Sensoren, Lichtquellen oder fotografischen Linsen bzw. Kunststoffe, wie Polyacrylate oder Keramiken.
Der Begriff „Glas“ gemäß der Erfindung betrifft im allgemeinen amorphe Feststoffe, die beim Abkühlen aus einer Schmelze im Bereich der Glasübergangstemperatur in den festen Zustand übergehen, ohne dabei zu kristallisieren, welche insbesondere einen Anteil an Siliziumdioxid aufweisen, z.B. Quarzglas, Kronglas, Flintglas und Borosilikatglas und daher auch Mineralglas genannt werden. Erfindungsgemäß können jedoch auch eine Reihe anderer durchsichtiger Stoffe unter dem Begriff „Glas“ verstanden werden, beispielsweise organische Gläser bzw. Kunststoffgläser, beispielsweise für Brillen, Kunststoffplatten, insbesondere aus Acrylglas für Sichtfenster in Gehäusen, Gebäuden und ähnlichem oder für aus Keramik bestehende durchsichtige Gegenstände, wie beispielsweise das Schauglas eines Kaminofens oder Glaskeramikkochfelder. Glas im Sinne der Anmeldung kann aber auch natürliche durchsichtige mineralische fest Materialien umfassen, wie beispielsweise kristallines Siliziumdioxid oder dünne Schichtsilikate oder natürliche Gläser wie z.B. Moldavite oder Manenglas. Der Glaskörper kann sowohl planparallel bzw. plattenförmig oder gekrümmt ausgebildet sein.
Bevorzugt betrifft ein Aspekt Sichtfenster, insbesondere für Gehäuse von Messgeräten, Sensoren, Gebäuden usw., mit den zusätzlichen Merkmalen des Anspruchs 1. Insbesondere können die Sichtfenster ausgelegt sein, einer Bewitterung im Freien ausgesetzt zu sein, beispielweise in Gehäusen von Kameras, die im Freien positioniert sind, so dass eine Verschmutzung vorteilhafterweise vermindert wird und die Sicht der Kamera beispielsweise verbessert wird. (Optische) Sensoren können beispielsweise auch in ein Medium getaucht werden, wobei ein erfindungsgemäßer Glaskörper den Sensor gegenüber dem Medium abgrenzt und vor diesem schützt. Auch in diesem Fall kann der erfindungsgemäße Glaskörper vor einer Verschmutzung des Sensors schützen. Ein Aspekt betrifft somit einen (optischen) Sensor oder ein anderes elektronisches passives oder aktives Bauelement mit den zusätzlichen Merkmalen des Anspruchs 1 . Des Weiteren können aus andere bewitterte Glaskörper vorgesehen sein. So betreffen einige Aspekte ein Fensterglas, ein Abdeckglas für bzw. von Solarpaneelen, eine Glasscheibe eines Fahrzeugs, Flugzeugs oder Wasserfahrzeugs oder ein Glaskörper eine Leuchte bzw. eines Leuchtmittels jeweils mit den zusätzlichen Merkmalen des Anspruchs 1. Schließlich können Glaskörper vorgesehen sein, welche häufig berührt werden, wie beispielsweise Fingerabdruckleser, Bildschirme, Smartphone-Displays, Trinkgläser, Küvetten oder andere Laborgeräte Dekorationsgegenstände (Nippes) aus Glas, die jeweils mit den zusätzlichen Merkmalen des Anspruchs 1 versehen sind, um weniger schmutzanfällig zu sein, wodurch sich Funktion und optische Erscheinung verbessern.
Vorzugsweise besteht der Glaskörper aus einem durchsichtigen bzw. transparenten Kunststoff, beispielsweise ein transparentes Kunststoffsubstrat, welches behandelt oder unbehandelt sein kann. Der Glaskörper ist beispielsweise im Wesentlichen aus Polythiourethan, Polymethylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polycarbonat, Polyacrylat oder Polydiethylenglycolbisallylcarbonat gebildet, wobei auch andere transparente Kunststoffmatenalien zum Einsatz kommen können. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Glaskörper im Wesentlichen aus einem Acrylat-Polymer, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polymethylacrylat, ausgebildet ist. Der Glaskörper kann mit zumindest bereichsweise im Wesentlichen ebenen Flächen bzw. Oberflächen und/oder mit zumindest bereichsweise im Wesentlichen gekrümmten Flächen bzw. Oberflächen ausgebildet sein.
Der Glaskörper kann gegebenenfalls bereits eine oder mehrere funktionelle Schichten aufweisen. Zu geeigneten funktionellen Schichten zählen beispielsweise eine Primerlackierung zur Erhöhung der Bruchfestigkeit, eine Hartlacklackierung zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, eine Antihaftschicht bzw. Easy-To-Clean Schicht, eine leitende Schicht zur Verbesserung antistatischer Eigenschaften, eine Verspiegelungsschicht bzw. mehrlagige Verspiegelungsbeschichtung, eine Entspiegelungsschicht bzw. eine mehrlagige Entspiegelungsbeschichtung, eine Färbeschicht etc.
Der Glaskörper weist eine Siliziumoxidschicht auf, welche mittelbar oder unmittelbar an einer Fläche bzw. Oberfläche des Glaskörpers angeordnet ist. Die Siliziumoxidschicht kann dadurch ausgebildet sein, dass Siliziummonoxid (SiO), Siliziumdioxid und/oder Silizium oder ein Gemisch davon in einem PVD-Prozess im Vakuum verdampft wird, wobei monomolekulares SiO in der Gasphase entsteht (daher der Begriff PVD-Prozess für die englische Bezeichnung physical vapor deposition, also physikalische Gasphasenabscheidung), und in einer dünnen Schicht auf dem Glaskörper, beispielsweise den optischen Linsen, niederschlägt. Je nach dem im Prozess eingestellten Sauerstoff-Partialdruck scheidet sich die Schicht aus Siliziumoxid als Siliziummonoxid (SiO), niedervalentes Siliziumoxid (z.B. Si20s) oder Siliziumdioxid (SiO2) oder als ein Gemisch aus zwei oder drei der vorgenannten Materialien ab. Die Oberfläche des Glaskörpers bzw. die optischen Linsen werden dadurch vorteilhafterweise gehärtet, aber insbesondere auch für eine kovalente Bindung mit einer gleitfördernden omniphoben Schicht vorbereitet, welche an der Siliziumoxidschicht ausgebildet ist.
Der Begriff omniphob wird erfindungsgemäß als „schmutzabweisend“ bzw. „schmutzanhaftungsmindernd“ bzw. „abweisend gegenüber Flüssigkeiten“ verstanden. Vorteilhafterweise ist die omniphobe Schicht hydrophob und/oder oleophob, wobei eine Abstoßung von fettliebenden und wasserliebenden Phasen eine Verschmutzung der Oberfläche des beschichteten Glases besonders effektiv verhindert und eine leichte Reinigung des beschichteten Glases ermöglicht.
Dabei kann beispielsweise eine leichte Reinigung von Fingerabdrücken von Brillengläsern erreicht werden. Ebenso kann das beschichtete Glas auch in optischen Sensoren oder Kameras eingesetzt werden, wodurch die Sensoren gegenüber Verschmutzung und damit Fehlmessungen besser geschützt und auch besser gereinigt und damit wieder in Betrieb genommen werden können. Auch bei der Verwendung als Windschutzscheibe oder Fensterglas bietet das erfindungsgemäße beschichtete Glas Vorteile bei der Reinigung und somit eine erhöhte Verkehrssicherheit bzw. einen niedrigeren Reinigungsaufwand.
Die omniphobe Schicht weist zumindest eine siliziumorganische Verbindung auf.
Siliziumorganische Verbindungen (auch: Organosiliziumverbindungen) ist der Sammelbegriff für Verbindungen, die entweder direkte Silizium-Kohlenstoff-Bindungen (Si-C) aufweisen oder in denen der Kohlenstoff über Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefel-Atome an das Silizium geknüpft ist. Siliziumorganische Verbindungen können durch die allgemeine Formel RnSiX4-n (mit n von 1 bis 4) beschrieben werden, wobei R verschiedene organische Reste darstellt, wie z. B. Aliphate, Aromaten, Heterocyclen. X steht für verschiedene Gruppen (siehe Tabelle).
Die siliziumorganische(n) Verbindung(en) kann eine lineare bzw. offenkettige Verbindung sein. Die zumindest eine siliziumorganische Verbindung in der omniphoben Schicht kann zumindest ein Kohlenstoffatom, zumindest ein Sauerstoffatom, zumindest ein Stickstoffatom, zumindest ein Halogenatom und/oder zumindest ein Schwefelatom aufweisen, welches jeweils an ein zugeordnetes Siliziumatom geknüpft ist. Bevorzugt weist die omniphobe Schicht zumindest ein Siloxan auf, insbesondere ein lineares Siloxan. Bei Siloxanen handelt es sich um Polymere mit einer sich wiederholenden Siloxan-Einheit — Si-O— , wobei das Siliziumatom zwei organische Reste R1 und R2 aufweist, welche bevorzugt Alkylgruppen sind. Eine bevorzugte Siloxanverbindung wäre beispielsweise Polydimethylsiloxan (PDMS, CAS 63148-62- 9) mit der chemischen Formel C2HeOSi, worin die beiden organischen Reste R1 und R2 jeweils eine Methylgruppe (CH3) darstellen. Eine omniphobe Schicht aufweisend PDMS als siliziumorganische Verbindung kann durch Hydrolysereaktion unter Verwendung des Monomers Dimethyldimethoxysilan (CAS 1112-39-6) mit der chemischen Formel Si(OCH3)2(CH3)2 als Präkursor bzw. Ausgangssubstanz erhalten werden, ggfs. unter Verwendung eines sauren Katalysators, wobei hierbei Polydimethylsiloxan entsteht.
Alternativ oder zusätzlich zu der zumindest einen siliziumorganischen Verbindung kann die omniphobe Schicht auch zumindest ein Silan oder Silanol aufweisen. Bevorzugt kann die omniphobe Schicht ein lineares bzw. acyclisches Silan oder ein cyclisches Silan aufweisen. Die Bezeichnung Silane steht für eine Stoffgruppe chemischer Verbindungen, die aus einem Silizium-Grundgerüst und Wasserstoff bestehen. Die allgemeine Summenformel der linearen bzw. acyclischen (offenkettigen, auch catena-Silane genannten) Silane lautet SinH2n+2. Ringförmige Silizium- Wasserstoff-Verbindungen, auch Cyclosilane genannt, haben die allgemeine Summenformel SinH2n. Bisher sind lediglich unverzweigte und verzweigte Silane mit bis zu 8 und cyclische Silane mit 5 oder 6 Siliziumatomen bekannt. Es handelt sich durchweg um farblose Gase oder Flüssigkeiten. Silane sind pyrophor, das heißt, sie brennen an der Luft. Die Reaktivität nimmt mit zunehmender Kettenlänge ab. Schon Pentasilan reagiert nicht mehr selbständig mit dem Sauerstoffanteil der Luft. Ab Heptasilan sind Silane nicht mehr spontan selbstentzündlich. Zweckmäßigerweise wird daher ein Silan mit n größer gleich 7 gewählt. Des Weiteren neigen langkettige Silan zur Zersetzung durch Einwirkung von Sauerstoff und/oder Sonneneinstrahlung. Die Einwirkung von sauerstofffreiem Wasser ist unkritisch, so dass ein Einsatz in untergetauchten Bedingungen, beispielsweise bei Sensoren in Rohrleitungen, möglich ist. Gegenüber den Stammverbindungen werden mehrkernige Silane durch Substitution mit Halogenen oder organischen Resten vorteilhafterweise deutlich stabiler. Bevorzugt weist die omniphobe Schicht zumindest ein Silanol auf, insbesondere ein lineares Silanol.
Die zumindest eine siliziumorganische Verbindung der omniphoben Schicht besteht in einer bevorzugten Ausführung aus einer oder mehreren funktionellen Gruppen, welche auch als sogenannte Schwanzgruppen bezeichnet werden, die für die omniphoben Eigenschaften verantwortlich sind, und aus einer oder mehreren oder Kopplungsgruppen, welche auch als sogenannten Ankergruppen oder Kopfgruppen bezeichnet werden, die für die Anbindung an die Siliziumoxidschicht verantwortlich sind. In Weiterbildung hiervon kann die zumindest eine siliziumorganische Verbindung auch weitere Bestandteile aufweisen, bevorzugt zumindest eine weitere Molekülgruppen, besonders bevorzugt zwei oder mehrere Molekülgruppen, wie in den folgenden Absätzen ausgeführt.
Die funktionelle Gruppe bzw. funktionelle Kette bzw. Schwanzgruppe der siliziumorganischen Verbindung weist zumindest eine Alkylgruppe oder eine Alkoxygruppe auf, dargestellt durch die Struktur -CnH2n+i- oder -CnH2n+iO-, wobei n eine ganze Zahl ist, die Werte von 8 oder größer, bevorzugt von 11 oder größer, annimmt. Die Eigenschaften dieser Alkylgruppe sind abhängig von deren Länge bzw., genau genommen von der Kettenlänge der Alkylgruppe. Diese Kettenlänge wird im Allgemeinen über die Anzahl der darin enthaltenen Kohlenstoffatome auch als C- Kettenlänge bezeichnet. Hinsichtlich der Länge der Alkyl- bzw. Alkoxykette sind Substanzen mit einer Kettenlänge größer oder gleich C8 bevorzugt, besonders bevorzugt mit einer Kettenlänge größer oder gleich 11 , da diese zusätzlich zu mit steigender Kettenlänge verstärkt ausgebildeten hydrophoben Eigenschaften die Ausbildung von SAMS (self-assembled monolayers) ermöglichen. Vorteilhafterweise bewirkt eine längere Alkylkette der Schwanzgruppe eine verbesserte Abschirmung der Kopplungsgruppe, mit welcher die Bindung an das Substrat erfolgt. Eine gute Abschirmung führt vorteilhafterweise zu einer verbesserten Putzbeständigkeit, worunter verstanden wird, dass eine solche Verbindung eine Vielzahl an Putzhüben überdauert, wobei ein Putzhub die beim Putzen eines derart beschaffenen Glaskörpers typischerweise vorliegenden Wischbewegungen meint.
Vorzugsweise weist die siliziumorganische Verbindung zumindest eine hydrolysierbare Gruppe als Kopplungsgruppe bzw. Kopfgruppe auf, welche eine Reaktion mit Wasser eingehen kann, wodurch es zur Abspaltung einer Abgangsgruppe unter Bildung einer niedermolekularen Verbindung kommt. Vorteilhafterweise kann hierdurch im Rahmen einer Hydrolysereaktion eine Anbindung der siliziumorganischen Verbindung zur Ausbildung der omniphoben Schicht an Hydroxygruppen (OH-Gruppen), vorhanden bzw. ausgebildet an der Siliziumoxidschicht des Glaskörpers, stattfinden, wodurch die siliziumorganische Verbindung eine kovalente Bindung mit der Siliziumoxidschicht des Glaskörpers eingeht und auf diese Weise auf dem Glaskörper die omniphobe Schicht ausgebildet wird. Bevorzugt ist die zumindest eine hydrolysierbare Gruppe eine Chloro- oder Ethoxygruppe, ein Amin, ein Silazan, ein Oxime bzw. eine Acetoxygruppe, insbesondere handelt es sich bei der hydrolysierbaren Gruppe um eine Methoxygruppe. Die Anzahl der Kopplungsgruppen kann von eins bis drei variieren, wobei anstelle weiterer Kopf- bzw. Kopplungsgruppen auch weitere Schwanzgruppen, also Omniphobie verursachende Alkyl- oder Alkoxyketten, vorhanden sein können, welche eine erhöhte Hydrophobie bzw. eine bessere Abschirmung herbeiführen können.
Weist eine siliziumorganische Verbindung als Schwanzgruppe mehrere Alkyl- oder Alkoxygruppen auf, so ist die Forderung hinsichtlich der Kettenlänge dergestalt zu verstehen, dass zumindest eine der Alkyl- oder Alkoxygruppen der siliziumorganischen Verbindung eine Alkyl- oder Alkoxygruppe aufweist, deren Kettenlänge L1 die Forderung hinsichtlich des Vorliegens von 8 oder mehr Kohlenstoffatomen erfüllt, d.h. für die C-Kettenlänger L1 der zumindest einen Alkyl- oder Alkoxygruppe bzw. der längsten Alkyl- oder Alkoxygruppe der siliziumorganischen Verbindung gilt L1 > 8.
Bevorzugt kann die siliziumorganische Verbindung Hexadecyltrimethoxysilan (CAS 16415-12-6) mit der Formel CH3(CH2)i5-Si(OCH3)3 aufweisen bzw. sein. Weiter bevorzugt, oder auch als eine weitere siliziumorganische Verbindung in Kombination zur zuvor genannten, kann die siliziumorganische Verbindung Octadecyltrimethoxysilan (CAS 3069-42-9) mit der Formel CH3(CH2)i7-Si(OCH3)3 aufweisen bzw. sein. Die Kettenlänge der Schwanzgruppe, der Alkylkette, beträgt in den vorstehenden Fällen C16 bzw. C18. Die oben genannten siliziumorganischen Verbindungen sind Methoxysilane, wobei die siliziumorganische Verbindung alternativ oder zusätzlich Chlorosilane und/oder Ethoxysilane enthalten kann, besonders bevorzugt Hexadecyltrichlorosilan, Hexadecyltriethoxysilan, Octadecyltrichlorosilan und/oder Octadecyltriethoxysilan. Weiter bevorzugt können siliziumorganische Verbindungen mit noch längerer Alkylkette verwendet werden, insbesondere Verbindungen mit einer Kettenlänge der Alkylkette von C20 bis C34, da diese eine höhere Festigkeit aufweisen, weil mit zunehmender Länge der Alkylkette die nichtkovalente Wechselwirkung der Kohlenwasserstoffreste begünstigt wird, was in verstärktem Maße eine Ausrichtung bzw. Selbstorganisation der Gruppen bedingt. Vorteilhafterweise bewirkt eine längere Alkylkette verbesserte hydrophobe und oleophobe Eigenschaften und eine verbesserte Putzbeständigkeit.
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die omniphobe Schicht, neben der zumindest einen siliziumorganischen Verbindung, auch eine weitere, zweite siliziumorganische Verbindung aufweisen, d.h. die omniphobe Schicht kann eine Mischung gebildet aus zumindest zwei siliziumorganischen Verbindungen aufweisen. Diese zweite siliziumorganische Verbindung weist als Schwanzgruppe zumindest eine Alkyl- oder Alkoxygruppe auf, dargestellt durch die Struktur -CnH2n+i- oder -CnH2n+iO-, wobei n eine ganze Zahl ist. Vorteilhafterweise kann durch das Vorhandensein von zumindest zwei siliziumorganischen Verbindungen, welche sich insbesondere hinsichtlich ihrer Substanzklasse, Struktur, Kopfgruppen, Schwanzgruppen und/oder, bevorzugt, hinsichtlich der Länge der Kette der Schwanzgruppen unterscheiden können, eine omniphobe Schicht ausgebildet werden, welche sich, im Vergleich zu einer omniphoben Schicht aufweisend nur eine siliziumorganische Verbindung, durch verbesserte Eigenschaften auszeichnet, wie beispielsweise durch eine höhere Putzbeständigkeit und/oder bessere bzw. ausgeprägtere hydrophobe und/oder oleophobe Eigenschaften. Um im Folgenden die in der Mischung enthaltenen siliziumorganischen Verbindungen hinsichtlich der Länge ihrer Kette der Schwanzgruppe vergleichen zu können, wird die Konvention verwendet, dass für derartige Vergleiche die jeweils hinsichtlich ihrer Kette längste Alkyl- oder Alkoxygruppe aus der in der jeweiligen siliziumorganischen Verbindung vorhandenen Alkyl- oder Alkoxygruppen ausgewählt wird. Die C- Kettenlänge L2 der zumindest einen Schwanzgruppe der zweiten siliziumorganischen Verbindung ist zunächst nicht weiter eingeschränkt. Bevorzugt ist L2 kleiner oder gleich L1 und der Unterschied hinsichtlich der C-Kettenlänge der zumindest zwei Verbindungen AL berechnet sich als AL = (L1 - L2) / L1 .
Für eine erste siliziumorganische Verbindung mit einer C-Kettenlänge der Schwanzgruppe von größer oder gleich 8, d.h. L1 > 8, bevorzugt von größer oder gleich 11 , kann die omniphobe Schicht als eine Mischung aus dieser Verbindung und zumindest einer weiteren, zweiten, siliziumorganischen Verbindung gebildet werden, wobei die zweite siliziumorganische Verbindung eine C-Kettenlänge L2 der Schwanzgruppe aufweist, welche sich hinsichtlich der Länge ihrer jeweils längsten Alkyl- bzw. Alkoxygruppe nur geringfügig unterscheidet bzw. eine vergleichbare Kettenlänge aufweist, worunter insbesondere verstanden wird, dass AL kleiner oder gleich 0,25, bevorzugt kleiner oder gleich 0,15, insbesondere kleiner oder gleich 0,1 , ist. Im Allgemeinen nimmt der Aufwand zur Synthese langkettiger Alkly- oder Alkoxysubstanzen mit steigender Kettenlänge zu und es wird zunehmend schwieriger, reine Substanzen herzustellen, d.h. die zu synthetisierende Substanz kann Anteile höherer und/oder niedrigerer Kettenlängen aufweisen, insbesondere kann sie Anteile der (nächst)höheren und/oder (nächst)niedrigeren Kettenlängen aufweisen. Unter der Maßgabe, dass eine langkettige(re) siliziumorganische Verbindung nicht in ihrer Reinform vorliegen muss, sondern dass die omniphobe Schicht aus einer Mischung aus zwei oder mehreren siliziumorganischen Verbindungen gebildet werden kann, welche sich hinsichtlich ihrer Kettenlänge, gemäß vorstehender Definition, nur geringfügig unterscheiden, lassen sich gute omniphobe Eigenschaften gepaart mit einem wirtschaftlichen Herstellungsverfahren, welches sich durch einen verringerten Anspruch an die Reinheit der synthetisierten Substanz mit einem vertretbaren Syntheseaufwand herstellen lässt, erhalten. Eine Mischung beispielsweise aufweisend die Substanzen Octadecyltrimethoxysilan mit einer C-Kettenlänge von L1 = 18 und Hexadecyltrimethoxsilan mit einer C- Kettenlänge von L2 = 16, wobei in diesem Fall AL « 0,11 ist, lässt sich vorteilhafterweise mit geringem Aufwand synthetisieren. Aufgrund der vergleichbaren Kettenlänge liegen zwei derartige beschaffene siliziumorganische Verbindungen in einer solchen Mischung in einem Mischungsverhältnis von langkettiger zu kurzkettiger(er) Verbindung der Schwanzgruppen zu in etwa gleichen Anteilen (bspw. Gewichtsanteile und Volumenverhältnisse) vor. In Abwandlung hiervon ist auch ein Mischungsverhältnis möglich, in welchem die kurzkettige Verbindung im Vergleich zur langkettigen Verbindung im Überschuss vorliegt. In Abwandlung hiervon ist auch ein Mischungsverhältnis möglich, in welchem die langkettige Verbindung im Vergleich zur kurzkettigen Verbindung im Überschuss vorliegt.
Für eine erste siliziumorganische Verbindung mit einer C-Kettenlänge der Schwanzgruppe von größer oder gleich 8, d.h. L1 > 8, bevorzugt von größer oder gleich 11 , kann die omniphobe Schicht als eine Mischung aus dieser Verbindung und zumindest einer weiteren, zweiten, siliziumorganischen Verbindung gebildet werden, wobei die zweite siliziumorganische Verbindung eine C-Kettenlänge L2 der Schwanzgruppe aufweist, welche sich hinsichtlich der Länge ihrer jeweils längsten Alkyl- bzw. Alkoxygruppe deutlich von der ersten unterscheidet, worunter insbesondere verstanden wird, dass AL größer oder gleich 0,5, bevorzugt größer oder gleich 0,75, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,9, insbesondere höchstens 1 , ist. Diese können, kombiniert in einer Mischung, eine omniphobe Schicht ausbilden, welche Eigenschaften aufweist, die im Vergleich zu einer omniphoben Schicht aufweisend nur eine siliziumorganische Verbindung, verbessert sind. In diesem Fall kann durch die Beimengung der zweiten Substanz aufweisend eine deutlich kürzere Alkyl- bzw. Alkoxykette der Schwanzgruppe der positive Effekt erzielt werden, dass diese Substanz jene Bereiche auf der Oberfläche des Glaskörpers, bzw. der dort angeordneten Siliziumdioxidschicht, bei Ausbildung der omniphoben Schicht bedecken kann, welche die vergleichsweise langkettige erste Substanz aufgrund sterischer Hinderung nicht bedecken kann, um auf diese Weise zu einem höheren Bedeckungsgrad bzw. einer lückenloseren Bedeckung des Glaskörpers mit der (bzw. bei der Ausbildung der) omniphoben Schicht zu erhalten, wodurch wiederum verbesserte omniphobe Eigenschaften und eine verbesserte Putzbeständigkeit erreicht werden. Neben van-der-Waals Wechselwirkungen, die zwischen den Alkylketten der Schwanzgruppen benachbarter Moleküle auftreten, kann es über die Kopplungsgruppen zusätzlich zur Ausbildung einer Quervernetzung durch kovalente Bindung der Kopplungsgruppen benachbarter Moleküle kommen, da nicht alle Kopplungsgruppen an die Oberfläche des Glaskörpers, bzw. eine dort angeordnete Siliziumoxidschicht, binden. Sowohl die van-der-Waals Wechselwirkung als auch die Quervernetzung führen zur Abschirmung der Substratoberfläche und der Kopplungsgruppen, wodurch die Putzbeständigkeit der omniphoben Schicht verbessert wird.
Eine erste beispielhafte Mischung hierfür wäre eine Mischung mit als einer ersten siliziumorganischen Verbindung wahlweise Octadecyltrimethoxysilan mit einer C- Kettenlänge von L1 = 18 oder Hexadecyltrimethoxsilan mit einer C-Kettenlänge von L1 = 16 in Mischung mit Trimethoxy(methyl)silan (CAS 1185-55-3 mit der Formel C4Hi2O3Si) als zweiter siliziumorganischen Verbindung mit einer C-Kettenlänge von L2 = 1 , d.h. mit anderen Worten, dass eine Mischung einer langkettigen und einer im Vergleich hierzu kurzkettigen Verbindung vorliegt. Eine zweite beispielhafte Mischung hierfür wäre eine Mischung von wahlweise Octadecyltrimethoxysilan mit einer C- Kettenlänge von L1 = 18 bzw. Hexadecyltrimethoxsilan mit einer C-Kettenlänge von L1 = 16 als einer ersten siliziumorganischen Verbindung in einer Mischung mit Trimethoxyoctylsilan (CAS 3069-40-7 mit der Formel C11H26O3S mit einer C- Kettenlänge von L2 = 8 als einer zweiten siliziumorganischen Verbindung, wodurch sich ein Unterschied von AL « 0,56 bzw. von AL = 0,5 ergibt, d.h. mit anderen Worten, dass eine Mischung einer langkettigen und einer, im Vergleich hierzu, kurzkettigen Verbindung vorliegt. Aufgrund der unterschiedlichen Kettenlängen liegen zwei derartige beschaffene siliziumorganische Verbindungen in einer solchen Mischung in etwa gleichen Anteilen vor. In Abwandlung hiervon ist auch ein Mischungsverhältnis möglich, in welchem die kurzkettige Verbindung im Vergleich zur langkettigen Verbindung im Überschuss vorliegt. In Abwandlung hiervon ist auch ein Mischungsverhältnis möglich, in welchem die langkettige Verbindung im Vergleich zur kurzkettigen Verbindung im Überschuss vorliegt.
Vorzugsweise eigenen sich einerseits die vorstehend genannten siliziumorganischen Verbindungen zur Ausbildung der omniphoben Schicht, welche eine im Wesentlichen lineare molekulare Struktur aufweisen, worunter insbesondere das Vorliegen einer im Wesentlichen linearen Alkylkette als Schwanzgruppe verstanden wird.
Vorzugsweise eignet sich andererseits auch eine nicht-lineare siliziumorganische Verbindung zur Ausbildung der omniphobe Schicht, worunter siliziumorganische Verbindungen fallen, deren molekulare Struktur nicht-linear ist, aufweisend z. B. zumindest eine Verzweigung, und/oder eine zyklische Struktur, insbesondere eine Ringstruktur, und/oder eine dipodale Struktur.
Unter einer solchen Verzweigung wird einerseits das Vorliegen einer Substanz mit einer Alkyl- bzw. Alkoxygruppe als Schwanzgruppe verstanden, welche innerhalb dieser Kette eine Verzweigung aufweist, wie beispielsweise die Substanz lsobutyl(trimethoxy)silan oder lsooctyl(trimethoxy)silan. Die Verzweigung des lsobutyl(trimethoxy)silans wird durch zwei Methylgruppen (CHs-Gruppe) am Ende der Alkylkette hervorgerufen. Isooctyl(trimethoxy)silan weist eine verzweigte Struktur auf, bedingt durch drei Methylgruppen (CHs-Gruppe) am Ende der Alkylkette sowie eine Methyl-Seitengruppe innerhalb der Alkylkette. Andererseits kann hierunter zusätzlich auch eine siliziumorganische Verbindung verstanden werden, in welcher eine zusätzliche, weitere Alkylgruppe als Schwanzgruppe vorhanden ist, welche zusätzlich (zur ersten Alkylgruppe) an das Si-Atom gebunden ist, wie beispielsweise die Substanz n-Octadecylmethyldimethoxysilan (CAS 70-851 -50-2 mit der Formel C2iH46O2Si). Derart verzweigte Verbindungen zeichnen sich durch verbesserte omniphobe Eigenschaften aus, da durch die Verzweigung(en) einerseits eine bessere Abschirmung der Kopplungsgruppe vorliegt und andererseits die Verzweigung das Vorliegen mehrerer Schwanzgruppen bedingt, wodurch erhöhte bzw. verbesserte omniphobe, insbesondere hydrophobe, Eigenschaften vorliegen. Neben den vorstehend genannten verzweigten Verbindungen eigenen sich auch nichtlineare, insbesondere zyklische, Verbindungen aufweisend eine Ringstruktur bevorzugt als siliziumorganische Verbindung, wahlweise in Reinform oder in Mischung mit einer zweiten, oder mehreren weiteren, linearen oder nicht-linearen Verbindungen zur Ausbildung einer solchen omniphoben Schicht. Besonders bevorzugt eignen sich hier aromatische Silane und/oder zyklische Azasilane, wovon erstere sich durch einen (bzw. mehrere) Aromaten, worunter eine aromatische Struktur verstanden wird, innerhalb oder am Ende der Alkylkette(n) auszeichnen. Die zyklischen Azasilane weisen eine zyklische Struktur auf, enthaltend ein Stickstoffatom und eine oder mehrere Alkyl- bzw. Alkyletherketten, wobei bei der Anbindung eine Ringöffnungsreaktion stattfindet. Insbesondere die Gruppe der zyklischen Azasilane zeichnet sich durch einen vergleichsweise hohen Dampfdruck aus, welcher bevorzugt Gasphasenreaktionen ermöglicht. Hierdurch werden günstigerweise auch alternative, insbesondere lösungsmittelfreie, Herstellungsverfahren der diese Verbindung(en) aufweisenden omniphoben Schicht ermöglicht, wie zum Beispiel dem Fachmann geläufige Verfahren der Gasphasenabscheidung. Beispiele für Verbindungen aus der Gruppe der zyklischen Azasilane wären N-Methyl-aza-2,2,4-Trimethylsilacyclopentan (CAS 18387-19-4 mit der Formel CyHiyNSi) oder N-n-Butyl-aza-2,2- Dimethoxysilacyclopentan (CAS 618914-44-6 mit der Formel CgH2iNO2Si). Beispiele für aromatische Silanverbindungen wären 4-Phenylbutyltrichlorosilan (CAS 17886-88- 3 mit der Formel CioH C Si) oder 3-Phenoxypropyltrichlorosilan (CAS 60333-76-8 mit der Formel CgHnChOSi).
Vorzugsweise eignet sich andererseits auch eine dipodale siliziumorganische Verbindung zur Ausbildung der omniphoben Schicht. Dipodale siliziumorganische Verbindung zeichnen sich durch zwei Siliziumatome mit jeweils einer oder mehreren Kopplungsgruppen, wie zuvor beschrieben, und einer oder mehreren Schwanzgruppen, wie zuvor beschrieben, aus. Durch das Vorhandensein einer höheren Anzahl an Kopplungsgruppen kann die Anbindung an die Glasoberfläche begünstigt und somit die Beständigkeit der omniphoben Schicht verbessert werden. Verbindungen, welche dipodal aufgebaut sind, sind beispielsweise 1 ,2- bis(trimethoxysilyl)decan (CAS 832079-33-1 mit der Formel Ci6H380eSi2), 1 ,8- bis(triethoxysilyl)octan (CAS 52217-60-4 mit der Formel C2oH460eSi2), 1 ,10- bis(trimethoxysilyl)decan (CAS 122185-09-5 mit der Formel Ci6H380eSi2) oder bis(trimethoxysilylethyl)benzen (CAS 266317-71 -9 mit der Formel Ci6H3oOeSi2).
Es wäre aber ebenfalls denkbar, dass die omniphobe Schicht eine Mischung aufweist, welche zumindest eine Verbindung aufweisend eine im Wesentlichen lineare molekulare Struktur und eine Verbindung, welche eine nicht-lineare molekulare Struktur, oder eine Mischung aus zumindest zwei Verbindungen, welche beide jeweils eine nicht-lineare Struktur, aufweisen, umfasst.
Es wäre ebenfalls möglich, dass die omniphobe Schicht eine Mischung aus zumindest zwei siliziumorganischen Verbindungen aufweist, wobei zumindest eine der siliziumorganischen Verbindungen zumindest eine Pentafluorphenylgruppe aufweist, dargestellt durch die Struktur -CeFs. Die Anzahl der Pentafluorphenylgruppen ist nach oben nicht weiter begrenzt, wobei in der Regel nur eine solche Gruppe vorliegt und dafür sorgt, der Verbindung (und damit der später ausgebildeten omniphoben Schicht) hydrophobe und/oder oleophobe Eigenschaften zu verleihen. Die siliziumorganische Verbindung enthält keine Trifluormethylgruppe und keine Difluormethylengruppe und ist damit nicht von einem möglichen Verbot von PFAS-haltigen Substanzen betroffen. Bevorzugt liegt eine Mischung von zumindest zwei siliziumorganischen Verbindungen vor, wovon eine Verbindung zumindest eine Pentafluorphenylgruppe aufweist und die zweite Verbindung, bzw. die weiteren Verbindungen, keine Pentafluorphenylgruppe aufweist bzw. aufweisen. Aufgrund der molekularen Größe einer solchen Pentafluorphenylgruppe kann es beim Bedecken einer Oberfläche zur Ausbildung einer omniphoben Schicht zu sterischer Hinderung kommen, weshalb eine lückenhafte bzw. nicht vollständige bzw. nur teilweise Bedeckung stattfindet. Durch Verwenden einer Mischung von zumindest zwei siliziumorganischen Verbindungen, wovon nur eine eine Pentafluorphenylgruppe aufweist, kann die diese Gruppe aufweisende Verbindung von der anderen bzw. den anderen Verbindungen stabilisiert werden, sodass vorteilhafterweise die bereits vorstehend erwähnte gerichtete Orientierung stattfindet, bei der insbesondere die Pentafluorphenylgruppe von der zu beschichtenden Oberfläche weg zeigt, um auf diese Weise die bestmöglichen omniphoben Eigenschaften zu erhalten. Bevorzugt weist eine Mischung beispielsweise Pentafluorophenoxyundecyltrimethoxysilan (CAS 944721 -47-5 mit der Formel C2oH3iFs04Si) als eine erste siliziumorganische Verbindung mit einer C- Kettenlänge von L1 = 11 auf und wahlweise Trimethoxy(methyl)silan mit einer C- Kettenlänge von L2 = 1 oder Trimethoxy-n-octylsilan mit einer C-Kettenlänge C2 = 8 als eine besonders bevorzugte zweite siliziumorganische Verbindung auf.
Bevorzugt bildet die omniphobe Schicht selbst nach mehr als 1.000 Putzhüben, bevorzugt nach mehr als 2.000 Putzhüben, besonders bevorzugt nach mehr als 6.000 Putzhüben, einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser aus, welcher mindestens 100°, und einen Kontaktwinkel gegenüber Hexadekan, welcher mindestens 25°, beträgt. Bevorzugt bildet die omniphobe Schicht unmittelbar nach Herstellung einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser von 100° bis 110° und gegenüber Hexadekan von 35° bis 45° aus, d. h. selbst nach den zuvor genannten 2.000 Putzhüben liegt nur eine geringfügige Veränderung dieses Wertes vor.
Bevorzugt weist die omniphobe Schicht eine Mischung aus zwei, besonders bevorzugt aus zwei oder mehreren, insbesondere aus einer Vielzahl von, siliziumorganischen Verbindung auf, welche wie vorstehend charakterisiert ausgebildet sind und durch die Kombination unterschiedlicher siliziumorganischer Verbindungen, aufweisend unterschiedliche bzw. unterschiedlich lange Alkyl- bzw. Alkoxyketten, und/oder aufweisend unterschiedliche molekulare Strukturen (linear, verzweigt, ringförmig, zyklisch, dipodal), lassen sich omniphobe Schichten ausbilden mit vorteilhaften Eigenschaften.
Ohne Beschränkung hierauf werden im folgenden einige bevorzugte Ausführungsformen angegeben, wobei die Erfindung ausdrücklich hierauf nicht beschränkt ist, sondern diese bevorzugten Ausführungsformen lediglich als Beispiele für die unzähligen Kombinationsmöglichkeiten dienen sollen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die omniphobe Schicht als siliziumorganische Verbindungen eine Mischung der Verbindungen Hexadecyltrimethoxysilan mit einer C-Kettenlänge von C16 und Octadecyltrimethoxysilan mit einer C-Kettenlänge von C18 auf. Eine omniphobe Schicht aufweisend die vorstehend genannte Mischung zeichnet sich durch eine, im Vergleich zu den einzelnen Verbindungen, verbesserte Omniphobie und Haltbarkeit aus.
Gemäß einerweiteren, bevorzugten Ausführungsform weist die omniphobe Schicht als siliziumorganische Verbindungen die Verbindung Hexadecyltrimethoxysilan mit einer C-Kettenlänge von C16 in Mischung mit zumindest einer Verbindung aufweisend wahlweise eine C-Kettenlänge von C1 oder C3 auf. Durch die Kombination einer langkettigen Verbindung in Kombination mit einer Verbindung aufweisend eine kurze Alkylkette von einer Methylguppe (CHs-Gruppe) oder einer Propylgruppe (CH2-CH2- CH3) lässt sich vorteilhafterweise eine verbesserte Bedeckung der, mit der omniphoben Schicht zu versehenden, Oberfläche erzielen.
Gemäß einerweiteren, bevorzugten Ausführungsform weist die omniphobe Schicht als siliziumorganische Verbindungen die Verbindung Octadecyltrimethoxysilan mit einer C-Kettenlänge von C18 in Mischung mit zumindest einer Verbindung aufweisend wahlweise eine C-Kettenlänge von C1 oder C3 auf. Durch die Kombination einer langkettigen Verbindung in Kombination mit einer Verbindung aufweisend eine kurze Alkylkette von einer Methylguppe (CHs-Gruppe) oder einer Propylgruppe (CH2-CH2- CH3) lässt sich vorteilhafterweise eine verbesserte Bedeckung der, mit der omniphoben Schicht zu versehenden, Oberfläche erzielen.
Gemäß einerweiteren, bevorzugten Ausführungsform weist die omniphobe Schicht als erste siliziumorganische Verbindung eine Verbindung aufweisend eine im Wesentlichen lineare Alkyl- bzw. Alkoxykette, bevorzugt Hexadecyltrimethoxysilan oder Octadecyltrimethoxysilan, in Mischung mit einer zweiten siliziumorganischen Verbindung aufweisend eine verzweigte Alkyl- bzw. Alkoxykette, bevorzugt lsobutyl(trimthoxy)silan oder lsooctyl(trimethoxy)silan, auf. Diese Kombination aus einer Verbindung mit einer im Wesentlichen linearen und einer Verbindung mit einer verzweigten Alkyl- bzw. Alkoxykette zeichnet sich vorteilhafterweise durch verbesserte Eigenschaften, insbesondere eine verbesserte Omniphobie und eine verbesserte Beständigkeit aus, da die verzweigte Alkyl- bzw. Alkoxykette einerseits zu einer besseren Abschirmung der Kopplungsgruppe und andererseits zu einer verbesserten Haltbarkeit der Schicht führt.
Gemäß einerweiteren, bevorzugten Ausführungsform weist die omniphobe Schicht als erste siliziumorganische Verbindung eine Verbindung aufweisend eine im Wesentlichen lineare Alkyl- bzw. Alkoxykette, bevorzugt Hexadecyltrimethoxysilan oder Octadecyltrimethoxysilan, in Mischung mit einer zweiten siliziumorganischen Verbindung auf, welche eine ringförmige bzw. zyklische Struktur aufweist, bevorzugt ist diese zweite Verbindung ein aromatisches Silan wie 4-Phenylbutyltrichlorosilan oder 3-Phenoxypropyltrichlorosilan, besonders bevorzugt ist diese zweite Verbindung ein zyklisches Silan, insbesondere ein zyklisches Azasilan, wie N-Methyl-aza-2,2,4- Trimethylsilacyclopentan oder N-n-Butyl-aza-2,2-Dimethoxysilacyclopentan. Diese Kombination aus einer Verbindung mit einer im Wesentlichen linearen und einer Verbindung mit einer ringförmige bzw. zyklischen Alkyl- bzw. Alkoxykette zeichnet sich vorteilhafterweise, bedingt durch das erhöhte Molekulargewicht der ringförmigen bzw. zyklischen Alkyl- bzw. Alkoxykette, durch einen erhöhten Dampfdruck aus und ist daher besonders gut für Verdampfungsverfahren bei der Ausbildung bzw. Herstellung der omniphoben Schicht geeignet.
Gemäß einerweiteren, bevorzugten Ausführungsform weist die omniphobe Schicht als erste siliziumorganische Verbindung eine Verbindung aufweisend eine im Wesentlichen lineare Alkyl- bzw. Alkoxykette, bevorzugt Hexadecyltrimethoxysilan oder Octadecyltrimethoxysilan, in Mischung mit einem dipodalen Silan auf, bevorzugt in Mischung mit 1 ,2-bis(trimethoxysilyl)decan, 1 ,8-bis(triethoxysilyl)octan, 1 ,10- bis(trimethoxysilyl)decan oder bis(trimethoxysilylethyl)benzen. Eine solche Mischung zeichnet sich vorteilhafterweise durch eine verbesserte Haltbarkeit der Beschichtung aus, da durch die dipodale Struktur mehr Bindungsmöglichkeiten vorhanden sind.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform weist die omniphobe Schicht Hexadecyltrimethoxysilan oder Octadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem Siloxan, bevorzugt in Mischung mit Polydimethylsiloxan (PDMS), auf. Vorteilhafterweise zeichnet sich eine solche Mischung durch verbesserte omniphobe Eigenschaften, eine gute Anhaftung an den Glaskörper und damit verbunden den vorteilhaften Effekt einer verbesserten Beständigkeit aus.
Gemäß einerweiteren, bevorzugten Ausführungsform weist die omniphobe Schicht als siliziumorganische Verbindung zumindest Docosyltriethoxysilan (CAS 1604813-39-9) mit der chemischen Formel C2sH6o03Si mit einer C-Kettenlänge von C22 auf. Derart langkettige Verbindungen sind kommerziell nicht in Reinform verfügbar, weshalb Docosyltriethoxysilan in der Regel eine Mischung ist aus Substanzen aufweisend C- Kettenlängen von C18 bis C24, bevorzugt von C20 bis C24. Vorteilhafterweise lassen sich sehr gute omniphobe Eigenschaften mit einer omniphoben Schicht aufweisend Docosyltriethoxysilan als siliziumorganische Verbindung erzielen, da mit steigender Kettenlänge die omniphoben Eigenschaften zunehmen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer omniphoben Beschichtung auf einem Glaskörper, aufweisend die folgenden Schritte:
(i) Bereitstellen eines Glaskörpers;
(ii) Ausbilden einer gleitfördernden, omniphoben Schicht, insbesondere gemäß dem vorangegangenen Aspekt der Erfindung;
Der erste Schritt des Verfahrens zur Herstellung einer omniphoben Beschichtung auf einem Glaskörper umfasst das Bereitstellen eines Glaskörpers. Vorzugsweise wird als Glaskörper ein Gegenstand verwendet bzw. bereitgestellt, welcher als optisches Material verwendet werden kann, beispielsweise als ophthalmische Linse bzw. als ein Brillenglas. Der Glaskörper ist jedoch nicht auf ophthalmische Linsen beschränkt und kann ein beliebiger durchsichtiger bzw. optischer Gegenstand, auf den insbesondere eine Beschichtung aufgebracht werden kann, sein. Konkrete Beispiele hierfür sind Gläser, wie Kronglas, Mineralglas, Fenstergläser, Flachgläser, Windschutzscheiben oder Sichtfenster bzw. Elemente von optischen Sensoren, Lichtquellen oder fotografischen Linsen bzw. Kunststoffe, wie Polyacrylate oder Keramiken. Vorzugsweise besteht der Glaskörper aus einem durchsichtigen bzw. transparenten Kunststoff, beispielsweise ein transparentes Kunststoffsubstrat, welches behandelt oder unbehandelt sein kann. Der Glaskörper ist beispielsweise im Wesentlichen aus Polythiourethan, Polymethylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polycarbonat, Polyacrylat oder Polydiethylenglycolbisallylcarbonat gebildet, wobei auch andere transparente Kunststoffmatenalien zum Einsatz kommen können. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Glaskörper im Wesentlichen aus einem Acrylat-Polymer, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polymethylacrylat, ausgebildet ist. Der Glaskörper kann mit zumindest bereichsweise im Wesentlichen ebenen Flächen bzw. Oberflächen und/oder mit zumindest bereichsweise im Wesentlichen gekrümmten Flächen bzw. Oberflächen ausgebildet sein.
Der Glaskörper kann gegebenenfalls bereits eine oder mehrere funktionelle Schichten aufweisen. Zu geeigneten funktionellen Schichten zählen beispielsweise eine Primerlackierung zur Erhöhung der Bruchfestigkeit, eine Hartlacklackierung zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, eine Antihaftschicht bzw. Easy-To-Clean Schicht, eine leitende Schicht zur Verbesserung antistatischer Eigenschaften, eine Verspiegelungsschicht bzw. mehrlagige Verspiegelungsbeschichtung, eine Entspiegelungsschicht bzw. eine mehrlagige Entspiegelungsbeschichtung, eine Färbeschicht etc.
Der Glaskörper kann, insbesondere im Hinblick auf seine spätere Verwendung als Linse bzw. Brillenglas(linse), in (roh-)runder Form bereitgestellt werden oder bereits eingeschliffen worden sein, worunter verstanden wird, dass der Glaskörper bereits einen Verfahrensschritt des Formrandens bzw. der Randbearbeitung durchlaufen hat und nicht mehr in (roh-)runder Form vorliegt, sondern eine hiervon abweichende, insbesondere eine, bedingt durch seine spätere Verwendung als Linse bzw. Brillenglas(linse), hiervon abweichende, vorgegebene Form aufweist.
Bevorzugt weist der im ersten Verfahrensschritt bereitzustellende Glaskörper bereits eine Siliziumoxidschicht auf, welche mittelbar oder unmittelbar an einer Fläche bzw. Oberfläche des Glaskörpers angeordnet ist. Falls der im ersten Verfahrensschritt bereitzustellende Glaskörper keine solche Siliziumoxidschicht aufweist, so kann in Weiterbildung hiervon in diesem ersten Verfahrensschritt zunächst eine Siliziumoxidschicht, mittelbar oder unmittelbar, an einer Fläche bzw. Oberfläche des Glaskörpers aufgebracht bzw. angeordnet bzw. ausgebildet werden. Die Siliziumoxidschicht kann dadurch ausgebildet werden, dass Siliziummonoxid (SiO), Siliziumdioxid und/oder Silizium oder ein Gemisch davon in einem PVD-Prozess im Vakuum verdampft wird, wobei monomolekulares SiO in der Gasphase entsteht (daher der Begriff PVD-Prozess für die englische Bezeichnung physical vapor deposition, also physikalische Gasphasenabscheidung), und in einer dünnen Schicht auf dem Glaskörper, beispielsweise den optischen Linsen, niederschlägt. Je nach dem im Prozess eingestellten Sauerstoff-Partialdruck scheidet sich die Schicht aus Siliziumoxid als Siliziummonoxid (SiO), niedervalentes Siliziumoxid (z.B. Si20s) oder Siliziumdioxid (SiO2) oder als ein Gemisch aus zwei oder drei der vorgenannten Materialien ab. Die Oberfläche des Glaskörpers bzw. die optischen Linsen werden dadurch vorteilhafterweise gehärtet, aber insbesondere auch für eine kovalente Bindung mit einer gleitfördernden omniphoben Schicht vorbereitet, welche an der Siliziumoxidschicht ausgebildet ist.
Der an den ersten Verfahrensschritt anschließende, zweite Verfahrensschritt umfasst das Ausbilden einer gleitfördernden, omniphoben Schicht auf dem Glaskörper. In diesem Verfahrensschritt wird auf dem, im vorherigen Verfahrensschritt bereitgestellten, Glaskörper, bzw. (zumindest) auf einer auf dessen Flächen bzw. Oberflächen, mittelbar oder unmittelbar, angeordneten Siliziumoxidschicht eine gleitfördernde, omniphobe Schicht, insbesondere eine gleitfördernde omniphobe Schicht gemäß dem vorangegangenen Aspekt der Erfindung, ausgebildet. Mit anderen Worten liegt nach Durchführen dieses Verfahrensschritt ein Glaskörper, insbesondere ein beschichteter Glaskörper bzw. beschichtetes Glas bzw. beschichtetes Brillenglas vor, welcher eine omniphobe Schicht aufweist, welche sich vorzugsweise dadurch auszeichnet, dass sie zumindest eine siliziumorganische Verbindung aufweist und diese omniphobe Schicht verleiht dem Glaskörper vorzugsweise hydrophobe und/oder oleophobe Eigenschaften, bevorzugt einen Kontaktwinkel, unmittelbar nach Herstellung bzw. Ausbildung bestimmt, gegenüber Wasser von 100° bis 110° und gegenüber Hexadekan von 35° bis 45°.
Vorzugsweise kann das Ausbilden der omniphobe Schicht ein Aufbringen der, die omniphobe Schicht bildenden, siliziumorganische(n) Verbindung(en) pur oder in Lösung, umfassen, beispielsweise durch Beträufeln oder Eintauchen des Glaskörpers (auch bezeichnet als Tauchbeschichtung). Wird die auszubildende omniphobe Schicht aus einer Mischung aufweisend zumindest zwei oder mehrere siliziumorganische Verbindungen gebildet, so werden diese Verbindungen gemäß des zu erhaltenden Mischungsverhältnisses in einer Lösung, besonders bevorzugt in einer Isopropanol- Lösung, vermengt. Die Lösung enthält bevorzugt zumindest eines aus der Reihe der folgenden Stoffe: eine Säure, insbesondere Schwefelsäure, ein organisches Lösungsmittel, vorzugsweise einen nicht-zyklischen Alkohol (insbesondere Ethanol oder Isopropanol), einen Ether (insbesondere Tetrahydrofuran (C4H8O)), Dimethylformamid (C3H7NO), Dimethylsulfoxid (C2H6OS), Hexan, Decan, Hexadecan, Octadecan, Chloroform, Diiodmethan (CH2I2), Dichlormethan oder ein zyklisches Lösungsmittel, wie beispielsweise Toluol (CyHs) oder Xylenol (insbesondere 2,5- Xylenol). Bevorzugt weist die Lösung Toluol (CyHs), besonders bevorzugt Isopropanol (CsHsO), auf. Anstelle des Beträufelns bzw. Eintauchens des Glaskörpers kann auch ein Aufwischen der siliziumorganische(n) Verbindung(en) auf die zu beschichtende Oberfläche des Glaskörpers erfolgen. Hierfür kann beispielsweise ein Tuch bzw. ein Lappen benetzt werden, zum Beispiel durch Beträufeln bzw. Tränken mit der bzw. den siliziumorganische(n) Verbindung(en) bzw. durch Eintauchen in eine Lösung enthaltend die siliziumorganische(n) Verbindung(en). Anschließend wird (bzw. werden) die siliziumorganische(n) Verbindung(en) mit dem getränkten Tuch bzw. Lappen durch Benetzen der zu beschichtende Oberfläche des Glaskörpers auf der Oberfläche des Glaskörpers aufgetragen bzw. verteilt bzw. aufgewischt. Die Einwirkzeit kann mehrere Stunden betragen, bevorzugt bis zu 1 Stunde betragen, wobei typische Einwirkzeiten wenige Minuten bis einige Sekunden betragen. Bevorzugt beträgt die Einwirkzeit 1 bis 5 Minuten, weiter bevorzugt weniger als 3 Minuten, besonders bevorzugt weniger als 1 Minute, insbesondere weniger als 10 Sekunden. Vorteilhafterweise lassen sich durch entsprechende kurze Einwirkzeiten besonders wirtschaftliche Herstellungsverfahren realisieren, welche durch kurze Einwirkzeiten einen hohen Durchsatz erlauben und insbesondere (teil-)automatisiert durchgeführt werden können, bevorzugt als Bestandteil einer bereits vorhandenen (teil-)automatisierten Fertigungsstraße. Vorteilhafterweise kann das Verfahren durch entsprechend kurze Einwirkzeiten im Sekunden- bis Minutenbereich eine von einer bestehenden Fertigungsstraße vorgegebene Taktzeit einhalten bzw. es kann das Verfahren durch geeignete Wahl der Einwirkzeit an eine vorgegebene Taktzeit angepasst werden. Vorteilhafterweise ist das Ausbilden der Beschichtung durch Benetzen bzw. Eintauchen in einfacher Weise durchführbar. In einer Weiterbildung hiervon kann vorzugsweise auch eine temperierte Lösung verwendet werden, d.h. eine Lösung, gemäß der vorgenannten Spezifikationen, welche auf eine vordefinierte Temperatur erwärmt wird, um auf diese Weise die Anbindungsreaktion zu beschleunigen. In einer weiteren Weiterbildung, insbesondere alternativ oder zusätzlich hierzu, kann auch ein Katalysator, bevorzugt ein saurer Katalysator bereitgestellt werden, um die Anbindungsreaktion auf diese Weise vorteilhaft zu beeinflussen bzw. zu beschleunigen. Bevorzugt kann das Benetzen bzw. Eintauchen auch zweifach, dreifach oder mehrfach erfolgen, insbesondere mit einem zeitlichen Abstand, der weiter bevorzugt derart bemessen sein kann, dass die Oberfläche des Glaskörpers zwischenzeitlich teilweise oder vollständig trocknet.
Vorzugsweise kann das Ausbilden der omniphoben Schicht ein Verdampfungsverfahren umfassen, insbesondere ein Aufdampf- bzw. Verdampfungsverfahren durchgeführt in einer Hochvakuum-Beschichtungsanlage unter Vakuumbedingungen, bevorzugt bei einem Druck von kleiner oder gleich 10’4 mbar, besonders bevorzugt bei einem Druck von kleiner oder gleich 10’5 mbar. Hierbei liegt in der Regel eine Tablette oder eine Pille als Träger vor, welche neben weiteren Bestandteilen, wie beispielsweise einem Trägermaterial, die siliziumorganische(n) Verbindung(en) aufweist. Bei einem solchen Trägermaterial kann es sich beispielsweise um poröse Keramikkörper oder um Metallkörper, bevorzugt aus Edelstahl und/oder Kupfer, gefüllt mit Stahlwolle handeln. Aufgrund ihrer großen Oberfläche können diese Trägermaterialien Flüssigkeiten gut speichern. Auf diese Weise ist es möglich, die siliziumorganische(n) Verbindung(en) in flüssiger Form in solchen Trägermaterialien zu speichern und in der Regel sind darin mindestens 10 mg, bevorzugt zwischen 45 mg und 300 mg, besonders bevorzugt zwischen 90 mg und 270 mg, gespeichert. Die zumindest eine siliziumorganische Verbindung bzw. eine Mischung mehrerer siliziumorganischer Verbindungen kann sowohl pur als auch in Lösung, d.h. mit einem geeigneten Lösungsmittel, hierin gespeichert vorliegen. Diese Träger werden bevorzugt in einem thermischen Verdampfer erhitzt, bevorzugt durch die an einem ohmschen Widerstand bei einer Stromstärke zwischen 4 und 6 Ampere abfallende Wärmeleistung, wodurch die Substanz zum Verdampfen gebracht wird, wobei der sich bildende Dampf enthaltend die siliziumorganische(n) Verbindung(en) als Niederschlag unter Ausbildung der omniphoben Schicht abscheidet. Alternativ hierzu kann das Erhitzen auch mittels eines Elektronenstrahls stattfinden. Wird ein (bzw. werden mehrere) Glaskörper diesem Dampfniederschlag ausgesetzt, so scheidet sich auf dessen (bzw. deren) Oberfläche(n) die im Niederschlag enthaltenen siliziumorganisch(en) Verbindung(en) ab. Auf diese Weise wird auf einem (bzw. werden mehreren) Glaskörper(n) mittels eines, insbesondere thermischen, Verdampfungsverfahrens eine omniphobe Schicht ausgebildet. Durch geeignete Halterung bzw. Orientierung kann dafür gesorgt werden, dass der Dampfniederschlag bevorzugt auf einer (bzw. den) Oberfläche(n) des Glaskörpers bzw. der Glaskörper stattfindet, auf der bzw. denen eine Siliziumoxidschicht angeordnet ist. Im Allgemeinen weist eine solche omniphobe Schicht eine physikalische Schichtdicke von einigen bis etwa 50 Nanometern auf, insbesondere eine Schichtdicke zwischen 5 und 25 Nanometern. Das Wachstum der omniphoben Schicht, bezeichnet als Rate und ausgedrückt in Nanometern pro Sekunde, ist bevorzugt kleiner 2 nm/s, insbesondere kleiner oder gleich 1 ,5 nm/s. Hierdurch kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass die omniphobe Schicht nicht zu schnell anwächst und auf diese Weise eine möglichst homogene, insbesondere lückenlose Bedeckung, stattfindet.
Neben den beiden genannten Verfahren, wie dem Benetzen mit einer Lösung aufweisend die siliziumorganische(n) Verbindung(en) durch Beträufeln mit einer solchen Lösung bzw. Eintauchen in eine solche Lösung und/oder einem Verdampfungsverfahren, sind alle weiteren üblichen, dem Fachmann geläufigen Verfahren ebenso denkbar. So kann bzw. können die siliziumorganische(n) Verbindung(en) beispielsweise auch durch Besprühen (Spraycoating) und/oder auch durch Schleuderbeschichtung (Spincoating) aufgebracht werden. Abhängig von der Wahl des Verfahrens werden der Lösung aufweisend die siliziumorganische(n) Verbindung(en) unterschiedliche Lösungsmittel und/oder zusätzliche Bestandteile zur Modifikation von Eigenschaften wie Viskosität, Oberflächenspannung und/oder Feststoffgehalt beigesetzt. Es wäre auch denkbar, die die siliziumorganische(n) Verbindung(en) aufweisende omniphobe Schicht durch ein Verfahren wie Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition) aufzubringen bzw. auszubilden, wodurch insbesondere eine sehr homogene Ausbildung der omniphoben Schicht erreicht werden kann.
Vorzugsweise weist das Verfahren einen zusätzlichen, optionalen Schritt auf, welcher eine Vorbehandlung bzw. Aktivierung des bereitgestellten Glaskörpers umfasst, insbesondere umfasst dieser Schritt eine Ausbildung reaktiver OH-Gruppen, bevorzugt eine Ausbildung reaktiver OH-Gruppen auf der auf (zumindest) einer Fläche bzw. Oberfläche des Glaskörpers angeordneten Siliziumoxidschicht. Ein solcher optionaler Vorbehandlungsschritt erfolgt bevorzugt nach dem Bereitstellen des Glaskörpers und vor dem Ausbilden einer omniphoben Schicht. Vorteilhafterweise kann hierdurch eine Verbesserung der Haftung bzw. Anhaftung der omniphoben Schicht auf dem Glaskörper erreicht werden, weil durch Ausbilden reaktiver OH- Gruppen die kovalente (An-)Bindung der Kopplungsgruppen der siliziumorganischen Verbindung(en) der omniphoben Schicht im Rahmen einer Hydrolysereaktion begünstigt wird, wodurch wiederum vorteilhafterweise eine verbesserte Beständigkeit der omniphoben Schicht erreicht wird. Bevorzugt kann eine solche Vorbehandlung eine Aktivierungsmethode wie eine Plasma- und/oder eine lonenbehandlung umfassen. Bevorzugt wird zur Plasmabehandlung wahlweise ein Ar-Plasma (90s/120V 10sccm Ar) oder ein O2-Plasma (90s/120V 10sccm Ar 10sccm 02) verwendet. Das in der Lösung enthaltene Silan bzw. die siliziumorganische Verbindung geht (bzw. gehen) eine (kovalente) Bindung(en) mit der Siliziumoxidschicht auf dem Glaskörper ein. Dadurch werden diese an der Siliziumoxidschicht gebunden und örtlich fixiert, sodass eine Beschichtung auf dem Glaskörper ausgebildet wird, wobei dies insbesondere durch das Ausbilden reaktiver OH-Gruppen begünstigt wird. Für eine lange Haltbarkeit der Beschichtung ist eine gute chemische Anbindung am Glaskörper notwendig. Auf Glaskörpern kann eine Siliziumoxidschicht durch Flammenbeschichtung, Aufdampfen etc. aufgebracht werden und eine Plasmabehandlung zur Ausbildung von OH-Gruppen durchgeführt werden. Auf Mineralglas kann zu diesem Zweck eine (Atmosphärendruck-)Plasmabehandlung eingesetzt werden. Ziel ist in beiden Fällen die Bildung von reaktiven OH-Gruppen auf der Glaskörperoberfläche, an die die danach aufzubringende Beschichtung chemisch anbindet. Eine solche Vorbehandlung dauert in der Regel, abhängig von der Intensität der Plasma- bzw lonenbehandlung, wenige Minuten, bevorzugt zwischen 60 und 120 Sekunden.
Vorzugsweise weist das Verfahren einen zusätzlichen, optionalen Verfahrensschritt auf, bevorzugt nachgelagert an den Schritt des Ausbildens einer omniphoben Schicht, in welchem der (beschichtete) Glaskörper mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Toluol oder Isopropanol, oder mit (entmineralisiertem bzw. deionisiertem) Wasser gereinigt bzw. abgespült wird. Vorteilhafterweise, insbesondere wenn dieser Verfahrensschritt nach dem Verfahrensschritt des Ausbildens der omniphoben Schicht durchgeführt wird, kann hierdurch überschüssiges Material, insbesondere können überschüssige siliziumorganische Verbindungen, welche keine (kovalente) Bindung mit dem Glaskörper eingegangen sind, entfernt werden. Insbesondere in Kombination mit einem Ausbildungsverfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung mit Trägermatenalmassen von mehr als 100 mg, insbesondere von 200 mg oder größer, hat sich gezeigt, dass ein nachgelagertes Reinigen bzw. Abwischen zum Entfernen von überschüssigem, nicht gebundenen Material, zu verbesserten Eigenschaften, wie einer verbesserten Beständigkeit bzw. Haltbarkeit der omniphoben Schicht, führt.
Vorzugsweise weist das Verfahren einen zusätzlichen, optionalen Verfahrensschritt auf, in welchem ein Trocknen bzw. Tempern des (beschichteten) Glaskörpers stattfindet. Bevorzugt kann in Abhängigkeit von der Flüchtigkeit des verwendeten Lösungsmittels und ggfs. einer einzuhaltenden Prozess-Zeitvorgabe die Trocknung bevorzugt zum Verfestigen der ausgebildeten omniphoben Schicht, wahlweise bei Raumtemperatur oder in einer dafür vorgesehenen Trocknungsvorrichtung, beispielsweise in einem Temper-Ofen, stattfinden. Bevorzugt findet ein nachgelagertes Trocknen bzw. Tempern bei Temperaturen von weniger als 100 °C statt, um insbesondere Glaskörper aus Kunststoffmaterialien nicht zu beschädigen, da Kunststoffe bekanntlich eine niedrige Wärmebeständigkeit als beispielsweise Mineralgläser oder Halbleiter aufweisen. Insbesondere die bevorzugten Kunststoffmaterialien für Kunststofflinsen bzw. Brillengläser verlieren bereits bei Temperaturen von über 100 °C, insbesondere bei Temperaturen von 150 °C oder mehr, ihre mechanische Festigkeit, weshalb insbesondere eine Temperatur von etwa 50 °C besonders bevorzugt ist, um den beschichteten Glaskörper aus Kunststoff nicht zu schädigen. Die zeitliche Dauer des Trocknungsschrittes beträgt einige Minuten bis mehrere Stunden, bevorzugt zwischen 1 Minuten und 10 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 5 und 60 Minuten.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die optionalen Verfahrensschritte in beliebiger Reihenfolge angeordnet werden können und dass, bei Vorhandensein beider optionalen Verfahrensschritte, beispielsweise sowohl eine Verfahrensfolge mit den Schritten „Bereitstellen / (Vorbehandeln bzw. Aktivieren) / Ausbilden / Trocknen / Reinigen“ als auch eine Folge mit den Schritten „Bereitstellen / (Vorbehandeln bzw. Aktivieren Aktivieren) / Ausbilden / Reinigen / Trocknen“ gleichberechtigt sind und die Wahl der bevorzugten Reihenfolge von unterschiedlichen Faktoren, wie beispielsweise der aufgebrachten siliziumorganischen Verbindung(en), des Verfahrens zum Ausbilden der Schicht, als auch der Lösemittelbestandteile, und insbesondere auch von der Konzentration bzw. Trägermaterialmenge, abhängt. Selbstredend wäre auch eine Verfahrens(ab-)folge denkbar, bei der der bereitgestellte Glaskörper nach der Bereistellung zunächst gereinigt (bzw. benetzt) wird, optional (vor-)getrocknet wird, und dann das Ausbilden der omniphoben Schicht, ggfs. ergänzt um optional nachgelagerte Schritte wie Reinigen und Trocknen bzw. Trocknen und Reinigen, stattfindet.
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens und ggfs. vorteilhafter Weiterbildung(en) hiervon lässt sich ein bereitgestellter Glaskörper mit einer omniphoben Schicht herstellen bzw. versehen bzw. es lässt sich auf einem bereitgestellten Glaskörper eine solchen omniphobe Schicht, insbesondere eine omniphobe Schicht gemäß einem vorangegangenen Aspekt der Erfindung, ausbilden. Es versteht sich von selbst, dass sich, obgleich in den Verfahrensschritten stets im Singular von einem Glaskörper die Rede ist, das vorgeschlagene Verfahren für den Fachmann ohne Weiteres auf mehrere Glaskörper, insbesondere auf eine Vielzahl von Glaskörpern, ausweiten lässt und damit auch explizit ein Verfahren vorgeschlagen wird, welches auf besonders wirtschaftliche Weise eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Glaskörpern mit einer omniphoben Schicht versehen bzw. auf diesen eine solche Schicht ausbilden kann zum Erhalt einer Vielzahl beschichteter Gläser, insbesondere einer Vielzahl beschichteter Brillengläser.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen von Brillengläsern könnte folgende Schritte umfassen:
Die Gläser bzw. Glaskörper aus Mineralglas oder Kunststoffglas können hartlackiert und in Hochvakuum-Aufdampfanlagen mit einer mehrlagigen Entspiegelung beschichtet werden. Nach der letzten Einzelschicht aus Siliziumoxid (insbesondere SiÜ2) werden die Oberflächen in der Aufdampfanlage mit einer Plasma- oder lonenquelle bestrahlt.
Die Prozessparameter dieser Plasmabehandlung werden derart gewählt, dass der H2O-Kontaktwinkel der behandelten Oberfläche durch die Bildung polarer OHGruppen deutlich erniedrigt wird. Die Oberfläche soll aber nicht erkennbar geschädigt werden, das heißt dass die Reflexfarbe des Glaskörpers im Wesentlichen unverändert sein soll, und die Rauigkeit und das Streulicht nicht wesentlich bzw. merklich zunehmen sollen. Die später zu bestimmende Putzbeständigkeit soll möglichst gut ausfallen.
Die Prozessparameter in einer Aufdampfanlage hängen vom Typ der Anlage ab und die Bestimmung der Dauer, der Bias-Spannung (auch bezeichnet als Beschleunigungsspannung), des Entladestroms, des Argon-Flusses, des Sauerstoff- Flusses, die Wahl der lonenquelle sowie die Dauer der Aktivierung dieser lonenquelle und Spannung und Stromstärke im Betrieb sind Parameter, deren Bestimmung im Rahmen des fachmännischen Handelns liegen und basierend auf Berechungen und Erfahrungswerten entsprechend ausgetestet werden müssen. Typische Prozessparameter, welche bevorzugt für die Plasmabehandlung in einer bevorzugten Aufdampfanlage vom Typ A904 (Hersteller: Leybold) mit APS-Quelle (APS: Advanced Plasma Source, d.h. einer Plasmaquelle) sind eine Dauer von etwa 50s bis 70s, insbesondere etwa 60s, eine Bias-Spannung: von etwa 100V bis etwa 140V, insbesondere etwa 120 V, ein Entladestrom von etwa 25A bis etwa 35A, insbesondere etwa 30A, ein Argon-Fluss von etwa 5sccm bis etwa 15sccm, insbesondere etwa 10sccm (sccm sind Standardkubikzentimeter pro Minute).
Typische Prozessparameter in einer anderen bevorzugten Aufdampfanlage vom Typ Syrus 1105 (Hersteller: Leybold) mit der Mark-Il-Ionenquelle sind eine Dauer von etwa 100s bis 150s, insbesondere etwa 120s, eine Anoden-Spannung von etwa 100V bis etwa 180V, insbesondere etwa 140 V, ein Entladestrom von etwa 1A bis etwa 3A, insbesondere etwa 2A, ein Argon-Fluss von etwa 2sccm bis etwa 10sccm, insbesondere etwa 5sccm (sccm sind Standardkubikzentimeter pro Minute).
Die Angaben der Zahlenwerte, welche mit „etwa” angegeben sind, können bevorzugt um +/- 10% vom angegebenen Wert, besonders bevorzugt um +/- 5% vom angegebenen Wert, besonders bevorzugt um +/- 2% vom angegebenen Wert abweichen und insbesondere exakt der angegebene Wert sein. Dies gilt für alle so bezeichneten Zahlenwerte in dieser Anmeldung.
Nach der Behandlung in der Aufdampfanlage wird die Anlage belüftet, die Gläser werden entnommen und in geeigneten Haltern in Becken mit der Lösung getaucht. Die Lösung kann bevorzugt eine Temperatur von 15 Grad Celsius bis 40 Grad Celsius aufweisen, besonders bevorzugt etwa 20 Grad Celsius, wodurch vorteilhafterweise die Temperatur der Lösung in etwa der Raumtemperatur entspricht und keine Heizung oder Kühlung notwendig ist.
Die Lösung enthält bevorzugt alle Bestandteile, um an der Oberfläche des Glaskörpers eine säurekatalysierte Polykondensation von einem Silan bzw. einer siliziumorganischen Verbindung, z.B. Hexadecyltrimethoxysilan, durchzuführen.
Die siliziumorganische(n) Verbindung(en) bzw. das Silan können bzw. kann wahlweise pur oder als eine Lösung in Toluol oder Isopropanol aufgebracht werden, bevorzugt in einem Tauchverfahren bzw. durch Eintauchen. Eine typische Einwirkzeit beträgt hierbei wenige Minuten, bevorzugt 1 bis 5 Minuten, weiter bevorzugt weniger als 3 Minuten, insbesondere in etwa 5 Sekunden. In Abwandlung hiervon wären auch deutlich längere Einwirkzeiten denkbar, insbesondere Einwirkzeiten im Bereich mehrerer Stunden.
Nach dem Entfernen des Glaskörpers aus dem Tauchbad kann das Trocknen bei Raumtemperatur oder bei höheren Temperaturen erfolgen. Die Polykondensation bzw. Polymerisation der Beschichtung kann bereits in der Lösung und/oder während des Trocknens stattfinden. Daher beeinflussen die Umgebungsbedingungen die Polymerisation und damit das Beschichtungsergebnis. Bevorzugt liegt die Trocknungstemperatur unterhalb von etwa 50 Grad Celsius, weiter bevorzugt liegt die Trocknungstemperatur zwischen 25 Grad Celsius und 45 Grad Celsius. Die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft während des Trocknens liegt bevorzugt unterhalb von 50%, weiter bevorzugt zwischen etwa 20% und etwa 40%.
Der beschichtete Glaskörper kann nach dem Trocknen gereinigt werden, beispielsweise mittels (entmineralisiertem) Wasser und/oder Isopropanol und/oder Toluol und/oder einem Alkohol oder durch Abwischen. Das Eintauchen und Trocknen kann einfach, zweifach oder mehrfach wiederholt werden.
Folgende Qualitätskriterien werden von der glatten Beschichtung erfüllt:
Der Kontaktwinkel von Wasser liegt deutlich über 90 Grad, meist im Bereich von 95 bis 110 Grad. Die Beschichtung, ist unter Alltagsbedingungen zumindest viel leichter als eine SiO2-Oberfläche reinigbar.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist, und dass einzelne Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen im Rahmen der beiliegenden Ansprüche zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden können. Gleiche Bezugszeichen weisen auf gleiche bzw. wiederkehrende Elemente hin. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Schnitt gemäß einer ersten Ausführungsform eines beschichteten Glaskörpers, wobei die omniphobe Schicht eine siliziumorganische Verbindung aufweist;
- Fig. 2 eine schematische Darstellung einer siliziumorganischen Verbindung;
- Fig. 3 einen Schnitt einer zweiten Ausführungsform eines beschichteten Glaskörpers, wobei die omniphobe Schicht eine Mischung aus zwei siliziumorganischen Verbindungen mit einer vergleichbaren C-Kettenlänge umfasst;
- Fig. 4 einen Schnitt einer dritten Ausführungsform eines beschichteten Glaskörpers, wobei die omniphobe Schicht eine Mischung aus zwei siliziumorganischen Verbindungen mit unterschiedlicher C-Kettenlänge umfasst;
- Fig. 5 eine schematische Zeichnung eines Verfahrens zur Herstellung einer omniphoben Beschichtung auf einem Glaskörper;
- Fig. 6 eine schematische Zeichnung einer Weiterbildung des Verfahrens aus Fig. 5 aufweisend optionale Verfahrensschritte, welche in gestrichelter Umrandung gezeichnet sind.
Figur 1 zeigt einen Schnitt gemäß einer ersten Ausführungsform durch ein beschichtetes Glas mit einem Glaskörper 2, einer Siliziumoxidschicht 4 und einer omniphoben Schicht 6. Der Glaskörper 2 ist in der gezeigten bevorzugten Ausführung als ophthalmische Linse bzw. als ein Brillenglashalbzeug 2 ausgebildet. In der Regel werden dazu transparente Kunststoffsubstrate verwendet, welche beispielsweise im Wesentlichen aus Polythiourethan, Polymethylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polycarbonat, Polyacrylat oder Polydiethylenglycolbisallylcarbonat gebildet sein können.
Der Glaskörper 2 der gezeigten Ausführungsform ist bereits mit zumindest einer funktionellen Schicht 3 versehen, beispielsweise eine Primerlackierung, eine Hartschicht, eine leitende Schicht, eine Entspiegelungsschicht, eine Färbeschicht, eine photochrome Schicht oder eine Kombination davon etc.
Der Glaskörper 2 wurde weiter mit einer Siliziumoxidschicht 4, insbesondere aus Siliziumdioxid, versehen, welche in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform mittelbar, in diesem Fall mittels der funktionellen Schicht 3 an der (bevorzugt konvex gekrümmten) Fläche des Glaskörpers 2 angeordnet ist. Die Siliziumoxidschicht kann bevorzugt zusammen mit der funktionellen Schicht 3 in einem PVD-Prozess innerhalb einer Anlage ausgebildet bzw. aufgedampft werden. Vorteilhafterweise kann dadurch die Herstellung der Siliziumoxidschicht in einfacher Weise innerhalb des normalen Herstellungsprozesses für Brillengläser erfolgen. Zur Verbesserung der Anhaftung der omniphoben Schicht erfolgt nach dem Aufbringen der Siliziumoxidschicht 4 eine Plasmabehandlung mit einem reinen Argon-Plasma bei einem Argonfluss von 10 sscm und einer Biasspannung von 120 V für eine Dauer von 90 s zum Zwecke des Ausbildens von reaktiven OH-Gruppen auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 4 als Bindungspartner für die kovalente Anbindung der omniphobe Schicht 6.
Die omniphobe Schicht 6 ist dadurch ausgebildet, dass die Siliziumoxidschicht 4 mit einer Lösung aufweisend Hexadecyltrimethoxysilan als bevorzugte siliziumorganische Verbindung in Isopropanol benetzt wird. Die Einwirkzeit beträgt in etwa 2 Minuten. Anschließend wird der Glaskörper mit Isopropanol abgespült, insbesondere zum Entfernen ungebundener Verbindungsbestandteile, wobei auf diese Weise auf dem Glaskörper eine stabile omniphobe Schicht 6 ausgebildet wird.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung von Hexadecyltrimethoxysilan als eine bevorzugte siliziumorganische Verbindung 8 zur Ausbildung einer omniphoben Schicht 6 auf einem Glaskörper 2, welche, ausgehend von ihrem Siliziumatom 801 , drei Methoxygruppen als Kopplungsgruppen 802 zur Anbindung, und eine sechzehn Kohlenstoffatome aufweisende Alkylkette als funktionelle Gruppe 803, verantwortlich für die omniphoben Eigenschaften, aufweist. Die Kopplungsgruppen 802 können auch als Kopfgruppen bezeichnet werden und sind im Allgemeinen hydrolysierbare Gruppen, bevorzugt Chlorogruppen, besonders bevorzugt Ethoxygruppen, insbesondere Alkoxygruppen. Die funktionelle Gruppe 803 wird auch als Schwanzgruppe bezeichnet und ist im Allgemeinen eine Alkyl- oder Alkoxykette, aufweisend zumindest 8 Kohlenstoffatome bzw., mit anderen Worten, aufweisend eine Kettenlänge bezogen auf die Kohlenstoffatome von C8. Die Bezeichnungen Kopfgruppe und Schwanzgruppe weisen auf die Orientierung des Hexadecyltrimethoxysilan 8 bei der Ausbildung der omniphoben Schicht 6 hin, in welcher das Hexadecyltrimethoxysilan 8 mittels einer der (oder mehrerer bzw. aller) Kopf- bzw. Kopplungsgruppen 802 eine Bindung mit der auf dem Glaskörper 2 angeordneten Siliziumoxidschicht 4 eingeht, d.h. die Kopplungs- bzw. Kopfgruppen 802 sind in der bevorzugten Anordnung zum Glaskörper 2 hin orientiert, wohingegen die Schwangruppe 803 vom Glaskörper 2 weg orientiert ist. Hierdurch wird einerseits die Anbindung an den Glaskörper 2 (bzw. an die auf dem Glaskörper 2 angeordnete Siliziumoxidschicht 4) realisiert und andererseits kann die Verbindung 8 mit ihrer Alkylkette der Schwanzgruppe 803 die gewünschte omniphobe Wirkung erzielen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen des in Figur 1 gezeigten beschichteten Glaskörpers 2. Aus diesem Grund werden im Folgenden nur die Unterschiede beschrieben und bei Elementen mit gleichen bzw. wiederkehrenden Bezugszeichen wird auf die bereits vorstehend ausgeführte Erläuterung verwiesen.
Figur 3 zeigt einen Schnitt gemäß einer zweiten Ausführungsform, worin die omniphobe Schicht 6 eine Mischung aufweist, umfassend Octadecyltrimethoxysilan als bevorzugte Verbindung für die erste siliziumorganischen Verbindung 81 und Hexadecyltrimethoxysilan als bevorzugte Verbindung für die zweite siliziumorganische Verbindung 82. Octadecyltrimethoxysilan weist eine C-Kettenlänge L1 von L1 = 18 und Hexadecyltrimethoxysilan eine C-Kettenlänge L2 von L2 = 16 auf, d.h. es liegen in dieser Mischung zwei siliziumorganische Verbindungen vor, die Kettenlängen von vergleichbarer Länge aufweisen und der Unterschied AL liegt hier bei AL « 0,11 , wodurch sich die beiden Verbindungen aufgrund ihrer vergleichbaren Kettenlänge vorteilhafterweise gegenseitig stabilisieren können. Auf diese Weise wird eine omniphobe Schicht ausgebildet, in welcher durch die gegenseitige Stabilisierung insbesondere die Schwanzgruppen, welche die omniphoben Eigenschaften bedingen, stabil orientiert von der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 4 weg orientiert vorliegen. Die beiden Verbindungen liegen in der Mischung in einem Verhältnis von 1 :1 vor, d.h. die beiden Verbindungen liegen zu gleichen Teilen in der Mischung vor. Die omniphobe Schicht 6 ist dadurch ausgebildet, dass die Siliziumoxidschicht 4 mit einer Lösung in Isopropanol benetzt wird, worin Isopropanol als Lösungsmittel fungiert und die Solute eine gleichanteilige Mischung aus Octadecyltrimethoxysilan als bevorzugte Verbindung für die erste siliziumorganischen Verbindung und Hexadecyltrimethoxysilan als bevorzugte Verbindung für die zweite siliziumorganische Verbindung sind. Die Einwirkzeit beträgt in etwa 2 Minuten. Anschließend wird der Glaskörper mit Isopropanol abgespült, insbesondere zum Entfernen ungebundener Verbindungsbestandteile, wobei auf diese Weise auf dem Glaskörper eine stabile omniphobe Schicht 6 ausgebildet wird, welche zumindest zwei siliziumorganische Verbindungen aufweist.
Figur 4 zeigt einen Schnitt gemäß einer dritten Ausführungsform, worin die omniphobe Schicht 6 eine Mischung aufweist, umfassend Octadecyltrimethoxysilan als bevorzugte Verbindung für die erste siliziumorganische Verbindung 81 und Trimethoxy-n-octylsilan als bevorzugte Verbindung für die zweite siliziumorganische Verbindung 83, wobei Octadecyltrimethoxysilan eine C-Kettenlänge L1 von L1 = 18 und Trimethoxy-n-octylsilan eine C-Kettenlänge L2 von L2 = 8 aufweist, wodurch sich ein Unterschied AL von AL « 0,56 ergibt. Durch den Kettenlängenunterschied kann bei Ausbildung der omniphoben Schicht 6 das Trimethoxy-n-octylsilan als kurzkettige(re) Verbindung jene Lücken bzw. Zwischenräume füllen, die sich aufgrund sterischer Hinderung zwangsläufig zwischen den einzelnen Octadecyltrimethoxysilan-Molekülen 81 ausbilden. Hierdurch, d.h. durch die vorteilhafte Anordnung von kurzkettigen Trimethoxy-n-octylsilan-Molekülen 83 zwischen den langkettigen Octadecyl- trimethoxysilan-Molekülen 81 , kann vorteilhafterweise eine lückenlose Bedeckung der Siliziumoxidschicht 4 sowie eine Nanostruktur auf molekularer Ebene erreicht werden, wodurch auf dem Glaskörper 2 eine omniphobe Schicht 8 mit hervorragenden omniphoben Eigenschaften ausgebildet wird. Die beiden Verbindungen liegen in der Mischung in einem Verhältnis vor, dass die kurzkettige Trimethoxy-n-octylsilan- Verbindung 83 mit einem Anteil von in etwa 80% an der Mischung in einem Überschuss zur langkettigen Octadecyltrimethoxysilan-Verbindung 81 steht. Figur 5 zeigt eine schematische Zeichnung eines Verfahrens zur Herstellung einer omniphoben Beschichtung auf einem Glaskörper 2, insbesondere auf einem Brillenglas, gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Im ersten Schritt S100 des Verfahrens wird zunächst der mit einer omniphoben Beschichtung 6 zu versehende Glaskörper 2 bereitgestellt, bevorzugt wird in diesem Schritt ein Glaskörper 2 aus einem Mineralglas oder Kunststoffmaterial, besonders bevorzugt aus einem (teil- bzw. halb-) transparenten Kunststoffmaterial bereitgestellt, welcher für eine spätere Verwendung als Linse, insbesondere als Brillenglas, tauglich ist. Im nächsten Verfahrensschritt S104 findet das Ausbilden der omniphoben Beschichtung 6 auf dem Glaskörper 2 statt, d.h. im Rahmen dieses Verfahrensschrittes wird der im Schritt S100 bereitgestellte Glaskörper 2 mit einer omniphoben Schicht e, insbesondere einer omniphoben Schicht 6 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, versehen bzw. es wird eine solche omniphobe Schicht e auf dem Glaskörper 2 ausgebildet. Nach Abschluss des Verfahrens liegt ein beschichtetes Glas bzw. beschichtetes Brillenglas vor, d.h. im Rahmen des Verfahrens wurde aus einem bereitgestellten Glaskörper 2 ein beschichtetes (Brillen-)Glas(-körper) hergestellt.
Figur 6 zeigt vorteilhafte Weiterbildungen des vorgeschlagenen, in Figur 5 schematisch gezeichneten, Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Hinsichtlich der Schritte S100 und S104 sei an dieser Stelle auf die Beschreibung der Figur 5 sowie die entsprechenden Ausführungen der allgemeinen Beschreibung verwiesen. Das hier gezeigte Verfahren ist dahingehend weitergebildet, dass nach dem Schritt S100 des Bereitstellens eines Glaskörpers 2 zunächst im Schritt S102 eine Vorbehandlung des (bereitgestellten) Glaskörpers 2 stattfindet, worunter als bevorzugte Vorbehandlung eine Aktivierung einer der Flächen bzw. Oberflächen des Glaskörpers 2 verstanden wird, insbesondere eine Plasmabehandlung zur Ausbildung reaktiver OH-Gruppen auf einer Fläche bzw. Oberfläche des Glaskörpers 2, insbesondere auf einer auf dieser Fläche bzw. Oberfläche, mittelbar oder unmittelbar, angeordneten Siliziumoxidschicht 4. Vorteilhafterweise kann durch diese Vorbehandlung zum Ausbilden reaktiver OH-Gruppen eine verbesserte Haftung bzw. Anhaftung erzielt werden, da für die Anbindung der omniphoben Schicht potentielle Bindungspartner bereitgestellt werden. Insbesondere die zumindest eine bzw. mehreren siliziumorganische(n) Verbindung(en) 8 kann bzw. können mit ihren Kopf- bzw. Kopplungsgruppen 802 bevorzugt im Rahmen einer Hydrolysereaktion an die ausgebildeten reaktiven OH-Gruppen anbinden und auf diese Weise eine kovalente Bindung mit dem Glaskörper eingehen. Hierdurch kann eine bessere (An-)Haftung erzielt werden, was vorteilhafterweise zu einer verbesserten Beständigkeit der omniphoben Schicht 6 führt, d. h. hierdurch kann im Rahmen des Verfahrens ein Glaskörper mit einer omniphoben Schicht 6 versehen werden, dessen omniphobe Schicht sich durch eine verbesserte (An-)Haftung an den Glaskörper und, damit verbunden, mit verbesserten Eigenschaften, auszeichnet. Im Anschluss an den Schritt S104 des Ausbildens der omniphoben Schicht ist das vorgeschlagene Verfahren um den optionalen Schritt S106 des Reinigens weitergebildet. In diesem Schritt S106 werden überschüssige Moleküle der omniphoben Schicht e, die keine Bindung mit dem Glaskörper 2 bzw. der darauf angeordneten Siliziumoxidschicht 4 eingegangen sind, von der Oberfläche entfernt, bevorzugt durch Abwischen bzw. Absprühen des beschichteten Glaskörpers 2 mit wahlweise (entmineralisiertem) Wasser und/oder einem Reinigungs- bzw. Lösungsmittel, beispielsweise mit Toluol oder Isopropanol. Vorteilhafterweise kann durch das Reinigen und das damit verbundene Entfernen von überschüssigem Material eine glatte und gereinigte Oberfläche erhalten werden, welche sich durch besonders gute omniphobe Eigenschaften auszeichnet. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist anschließend noch um einen weiteren, optionalen Verfahrensschritt vorteilhafterweise weitergebildet, in welchem an das Reinigen noch ein Trocknen bzw. Tempern des beschichteten Glaskörpers 2 im Schritt S108 stattfindet. In diesem Trocknungs- bzw. Temperschritt, welcher bevorzugt einige Minuten bis wenige Stunden dauert, bevorzugt etwa 20 Minuten, wird der beschichtete Glaskörper einer definierten Temperatur, bevorzugt einer Temperatur von weniger als 100 °C, besonders bevorzugt einer Temperatur von etwa 50 °C, ausgesetzt, um ein Verfestigen der im Schritt S104 ausgebildeten omniphoben Schicht e zu erzielen. In Abwandlung hiervon wäre auch eine nicht gezeigte (Verfahrens-)Schrittabfolge denkbar, in welcher die Schritte S106 und S108 in vertauschter Reihenfolge stattfinden, d.h. das beschichtete Glas 2 wird zunächst in einem Trocknungsschritt S108 getrocknet, mit dem Ziel ein Verfestigen der ausgebildeten omniphoben Schicht 6 zu erreichen, und anschließend im Schritt S106 gereinigt. Eine solche Verfahrens(ab)folge ist besonders vorteilhaft, wenn im Trocknungs- bzw. Temperschritt S108 zunächst durch Zufuhr von (Wärme-)Energie eine Kondensation der omniphoben Schicht e erreicht werden soll und im anschließenden Reinigungsschritt S106 dann überschüssiges Material, welche im Rahmen der Kondensation keine Bindung mit dem Glaskörper 2 eingegangen ist, entfernt werden soll. Je nach Wahl des Reinigungsmittels kann selbstredend in Weiterbildung hiervon auch noch ein erneuter Trocknungsschritt S108 anschließend an das Reinigen in Schritt S106 durchgeführt werden, d.h. auch eine Verfahrens(ab)folge „Bereitstellen / Vorbehandeln (bzw. Aktivieren) / Ausbilden / Trocknen / Reinigen / Trocknen“ wäre vorteilhafterweise denkbar.
Bezugszeichenliste
2 Glaskörper, Brillenglashalbzeug
3 Funktionelle Schicht
4 Siliziumoxidschicht
6 Omniphobe Schicht
8 Ketten einer siliziumorganischen Verbindung
81 Ketten einer ersten siliziumorganischen Verbindung
82, 83 Ketten einer zweiten siliziumorganischen Verbindung
801 Si-Atom einer siliziumorganischen Verbindung
802 Kopplungsgruppe bzw. Kopfgruppe einer siliziumorganischen Verbindung
803 Funktionelle Gruppe bzw. Schwanzgruppe einer siliziumorganischen Verbindung
S100 Verfahrensschritt „Bereitstellen eines Glaskörpers“
S102 Verfahrensschritt „Vorbehandeln des Glaskörpers“
S104 Verfahrensschritt „Ausbilden einer gleitfördernden, omniphoben Schicht“
S106 Verfahrensschritt „Reinigen“
S108 Verfahrensschritt „Trocknen“

Claims

Patentansprüche
1 . Beschichtetes Glas, insbesondere Brillenglas, umfassend:
- ein Glaskörper (2) aus einem Mineralglas oder einem Kunststoffglas;
- eine Siliziumoxidschicht (4), welche mittelbar oder unmittelbar an einer Fläche bzw. Oberfläche des Glaskörpers (2) angeordnet ist;
- eine gleitfördernde omniphobe kovalent gebundene Schicht (6), welche an der Siliziumoxidschicht (4) ausgebildet ist, wobei die omniphobe Schicht (6) zumindest eine siliziumorganische Verbindung aufweist.
2. Beschichtetes Glas gemäß Anspruch 1 , wobei die zumindest eine siliziumorganische Verbindung zumindest eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit einer C-Kettenlänge von 8 oder größer, bevorzugt von 11 oder größer, aufweist.
3. Beschichtetes Glas gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die omniphobe Schicht eine Mischung aufweist, umfassend eine erste und zumindest eine weitere, zweite siliziumorganische Verbindung, welche zumindest eine Alkyl- oder Alkoxygruppe aufweist.
4. Beschichtetes Glas gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die längste Alkylgruppe der ersten siliziumorganischen Verbindung eine C-Kettenlänge L1 aufweist und die längste Alkyl- oder Alkoxygruppe der zweiten siliziumorganischen Verbindung eine C-Kettenlänge L2 aufweist, wobei L2 kleiner oder gleich L1 ist, und wobei AL = (L1 - L2) / L1 .
5. Beschichtetes Glas gemäß Anspruch 4, wobei
AL kleiner oder gleich 0,25, bevorzugt kleiner oder gleich 0,15, insbesondere kleiner oder gleich 0,1 , ist; und/oder
AL größer oder gleich 0,5, bevorzugt größer oder gleich 0,75, insbesondere größer oder gleich 0,9, ist.
6. Beschichtetes Glas gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der in der Mischung enthaltenen siliziumorganischen Verbindungen zumindest eine Pentafluorphenylgruppe aufweist.
7. Beschichtetes Glas gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine siliziumorganische Verbindung Hexadecyltrimethoxysilan und/oder
Octadecyltrimethoxysilan und/oder Hexadecyltrichlorosilan und/oder
Hexadecyltriethoxysilan und/oder Octadecyltrichlorosilan und/oder
Octadecyltriethoxysilan und/oder Pentafluorophenoxyundecyltrimethoxysilan aufweist.
8. Beschichtetes Glas gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine siliziumorganische Verbindung Trimethoxy(methyl)silan und/oder Trimethoxy-n-octylsilan und/oder lsobutyl(trimethoxy)silan und/oder lsooctyl(trimethoxy)silan und/oder n-Octadecylmethyldimethoxysilan aufweist.
9. Beschichtetes Glas gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die molekulare Struktur zumindest einer siliziumorganischen Verbindung der omniphoben Schicht im Wesentlichen linear ist.
10. Beschichtetes Glas gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die molekulare Struktur zumindest einer siliziumorganischen Verbindung der omniphoben Schicht nicht-linear ist.
11. Beschichtetes Glas gemäß Anspruch 10, wobei die nicht-lineare molekulare Struktur durch zumindest eine Verzweigung hervorgerufen wird.
12. Beschichtetes Glas gemäß Anspruch 11 , wobei die siliziumorganische Verbindung aufweisend zumindest eine Verzweigung eine, im Wesentlichen lineare Alkyl- oder Alkoxygruppe und eine zweite Alkyl- oder Alkoxygruppe aufweist, wobei die zweite Gruppe an das Si-Atom gebunden ist und hierdurch die Verzweigung ausbildet.
13. Beschichtetes Glas gemäß Anspruch 10, wobei die nicht-lineare molekulare Struktur eine zyklische Struktur bzw. Ringstruktur ist.
14. Beschichtetes Glas gemäß Anspruch 10, wobei die nicht-lineare molekulare Struktur durch eine dipodale siliziumorganische Verbindung hervorgerufen wird, welche zumindest zwei Si-Atome aufweist.
15. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 9, wobei die omniphobe Schicht Hexadecyltrimethoxysilan in Mischung mit Octadecyltrimethoxysilan aufweist.
16. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Hexadecyltrimethoxysilan in Mischung mit zumindest einer siliziumorganischen Verbindung aufweist, welche eine C-Kettenlänge von C1 oder C3 aufweist.
17. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Octadecyltrimethoxysilan in Mischung mit zumindest einer siliziumorganischen Verbindung aufweist, welche eine C-Kettenlänge von C1 oder C3 aufweist.
18. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Hexadecyltrimethoxysilan in Mischung mit Isobutyltrimethoxysilan oder Isooctyltrimethoxysilan aufweist.
19. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Octadecyltrimethoxysilan in Mischung mit Isobutyltrimethoxysilan oder Isooctyltrimethoxysilan aufweist.
20. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Hexadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem aromatischen Silan, bevorzugt in Mischung mit 4-Phenylbutyltrichlorosilan oder 3- Phenoxypropyltrichlorosilan, aufweist.
21. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Octadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem aromatischen Silan, bevorzugt in Mischung mit 4-Phenylbutyltrichlorosilan oder 3- Phenoxypropyltrichlorosilan, aufweist.
22. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Hexadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem zyklischen Azasilan, bevorzugt in Mischung mit N-Methyl-aza-2,2,4-Trimethylsilacyclopentan oder N- n-Butyl-aza-2,2-Dimethoxysilacyclopentan, aufweist.
23. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Octadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem zyklischen Azasilan, bevorzugt in Mischung mit N-Methyl-aza-2,2,4-Trimethylsilacyclopentan oder N- n-Butyl-aza-2,2-Dimethoxysilacyclopentan, aufweist.
24. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe
Schicht Hexadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem dipodalen Silan, bevorzugt in Mischung mit 1 ,2-bis(trimethoxysilyl)decan, 1 ,8- bis(triethoxysilyl)octan, 1 ,10-bis(trimethoxysilyl)decan oder bis(trimethoxysilylethyl)benzen, aufweist.
25. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe
Schicht Octadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem dipodalen Silan, bevorzugt in Mischung mit 1 ,2-bis(trimethoxysilyl)decan, 1 ,8- bis(triethoxysilyl)octan, 1 ,10-bis(trimethoxysilyl)decan oder bis(trimethoxysilylethyl)benzen, aufweist.
26. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe Schicht Hexadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem Siloxan, bevorzugt in Mischung mit Polydimethylsiloxan, aufweist.
27. Beschichtetes Glas gemäß einem der Ansprüche 1 - 14, wobei die omniphobe
Schicht Octadecyltrimethoxysilan in Mischung mit einem Siloxan, bevorzugt in Mischung mit Polydimethylsiloxan, aufweist.
28. Beschichtetes Glas gemäß Anspruch 1 , wobei die omniphobe Schicht zumindest Docosyltriethoxysilan aufweist.
29. Verfahren zur Herstellung einer omniphoben Schicht auf einem Glaskörper, aufweisend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Glaskörpers (S100);
Ausbilden einer gleitfördernden, omniphoben Schicht (S104), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 -28.
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei zwischen den Verfahrensschritten des Bereitstellens (S100) und des Ausbildens (S104) als zusätzlicher Verfahrensschritt der Schritt:
Vorbehandeln des Glaskörpers (S102) durchgeführt wird.
31 . Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Vorbehandeln ein Ausbilden reaktiver OH-Gruppen umfasst, insbesondere ein Ausbilden reaktivier OH-Gruppen durch eine Plasma- und/oder lonenbehandlung.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31 , wobei das Verfahren als zusätzlichen Verfahrensschritt den Schritt:
Reinigen (S106) aufweist wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei das Verfahren als zusätzlichen Verfahrensschritt den Schritt:
Trocknen (S 108) aufweist wird.
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004056965A1 (de) * 2004-11-25 2006-06-08 Rodenstock Gmbh Verbesserung der Haftung von hydrophoben Beschichtungen auf Brillengläsern
TWI661065B (zh) * 2011-11-30 2019-06-01 美商康寧公司 磁性基板載體與磁性載體
CN111548026B (zh) * 2017-06-21 2022-04-12 Ａｇｃ株式会社 带拒水拒油层的物品及其制造方法
WO2020137998A1 (ja) * 2018-12-26 2020-07-02 Ａｇｃ株式会社 撥水撥油層付き基材、およびその製造方法

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