WO2001079141A1 - Verfahren zur erzeugung einer selbstreinigungseigenschaft einer oberfläche und gegenstrand mit dieser oberfläche - Google Patents

Verfahren zur erzeugung einer selbstreinigungseigenschaft einer oberfläche und gegenstrand mit dieser oberfläche Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a self-cleaning property of a surface and to an object which has a corresponding surface.
  • this is achieved in that a surface, in particular a brick or roof tile, is coated with a titanium oxide of the crystal form anatase; an object according to the invention thus has a coating with a titanium oxide of the crystal form anatase at least on a surface exposed to the weather when in use.
  • a surface is coated with the titanium oxide, which surface either already has the surface structure required by the prior art for the generation of a self-cleaning property or which has received this after coating with the titanium oxide, but is not yet hydrophobic.
  • the surface equipped with the surface structure and coated with the titanium oxide is made hydrophobic in one of the possible ways.
  • a body treated in this way thus has a surface which bears the coating with the titanium oxide under the layer of a hydrophobizing agent.
  • the self-cleaning property suffers over time.
  • the titanium oxide coating provided under the hydrophobization layer is free according to the invention and is effective insofar as it experiences an increase in the hydrophilic property due to a photocatalytic property inherent in titanium oxide, especially under UV radiation.
  • the self-cleaning properties of surfaces treated in this way can therefore be extended over a very long time.
  • sol-gel processes in which, for example, the titanium oxide present as an organometallic compound is applied to the surface, the surface is then dried and the
  • Coating is heat treated.
  • the heat treatment can take place between 500 and 1000 ° C. in order to remove the organic part of the organometallic titanium oxide compound.
  • treatments at a considerably lower temperature are also conceivable, e.g. at 50 ° C.
  • CVD processes can also be used, in which the titanium oxide coating is applied by evaporation. All of these application methods are known per se and do not require any detailed explanation at this point.
  • the titanium oxide can form the powder particles immediately and thus after application the surface structure or can be contained in the elevations.
  • the surface structure can also be produced after the titanium oxide layer has been applied, for example by embossing, as a result of which the elevations likewise contain the titanium oxide.
  • hydrophobizing agents can be used for the hydrophobization, which are stabilized from the outset by incorporating titanium dioxide against UV radiation.
  • the service life of the hydrophobic layer is in turn extended by utilizing the property of titanium oxide.

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Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche, insbesondere an Ziegeln oder Dachziegeln, bei dem die Oberfläche mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas beschichtet wird. Insbesondere wird diese Beschichtung an einer Oberfläche vorgenommen, die zur Erzielung einer Selbstreinigungseigenschaft mit einer hierzu an sich bekannten Struktur von Erhebungen vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte ausgestattet ist, und anschliessend über der Titanoxid-Beschichtung eine hydrophobe Beschichtung erhält.

Description

Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft einer Oberfläche und Gegenstand mit dieser Oberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft einer Oberfläche sowie einen Gegenstand, der eine entsprechende Oberfläche aufweist.
Es ist grundsätzlich bekannt, eine Selbstreinigungseigenschaft von Oberflächen entweder durch Schaffung entsprechender Oberflächenstrukturen bereits bei der Herstellung der Oberfläche aus hydrophoben Polymeren oder durch Aufbringen eines Pulvers aus hydrophoben Polymeren oder hydrophobierten Materialien auf der Oberfläche zu erzeugen (WO 96/04123). Die Selbstreinigungseigenschaft ist insbesondere von Bedeutung für solche Oberflächen, die der Umgebung und den Witterungsbedingungen frei ausgesetzt sind, wie Dächer und Gebäudeflächen, Baustoffe, Verglasungselemente, Solarmodule, Zelte und Zeltstoffe, Gehäuse von Fahrzeugen aller Art und dergl., wobei vor allem natürliche Beregnung oder Berieselung mit Wasser ausgenützt wird, um Schmutzansammlungen zu verhindern oder zu beseitigen. Deshalb sind in jüngerer Zeit Anstrengungen unternommen worden, insbesondere keramische Oberflächen, z.B. von Ziegeln oder Dachziegeln, mit Oberflächenstrukturen der vorstehend angegebenen Art zu versehen, die in Verbindung mit einer Hydrophobierung eine
Selbstreinigungseigenschaft haben (EP-A 909 747). Aufgrund der Oberflächenstruktur und deren hydrophober Eigenschaft benetzt bei Beregnung oder Berieselung auftreffendes Wasser diese Oberfläche nicht, sondern rollt darauf in Tropfenform ab und nimmt dabei auf der Oberfläche befindliche Schmutzteilchen mit. Dieser Effekt ist unter der Bezeichnung „Lotuseffekt" (geschützte Marke) bekannt geworden. Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, an Oberflächen eine Selbstreinigungseigenschaft zu erzeugen, die aber von einer bestimmten Oberflächenstruktur unabhängig ist.
Verfahrensmäßig wird dies dadurch erreicht, daß eine Oberfläche, insbesondere eines Ziegels oder Dachziegels, mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas beschichtet wird; ein erfindungsgemäßer Gegenstand weist somit zumindest auf einer im Benutzungszustand der Witterung ausgesetzten Oberfläche eine Beschichtung mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas auf.
Es ist festgestellt worden, daß mit der Kristallform Anatas des Titanoxids beschichtete Oberflächen eine ausgeprägt hydrophile Eigenschaft haben, durch die die Oberfläche benetzendes Wasser sich als feinste Dünnschicht auf der Oberfläche ausbreiten kann ohne Tropfen zu bilden. Diese Eigenschaft ist so ausgeprägt, daß das Wasser insbesondere bei keramischen Oberflächen aufgrund von deren immanenter Rauhigkeit in der Lage ist, unter bereits vorhandene Verunreinigungen, selbst fettige oder ölige Anlagerungen, nach Art von Detergentien einzudringen und davon abzuheben. Bei weiterer Bewässerung werden solche Verunreinigungen dann weggeschwemmt. Man kann daher solchermaßen beschichtete keramische Oberflächen auch als selbstreinigend bezeichnen; diese Art der Behandlung der keramischen Oberflächen beschreitet somit einen Weg, der dem Bestreben entgegengerichtet ist, die Oberfläche zum Zweck der Selbstreinigung möglichst hydrophob zu halten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Oberfläche mit dem Titanoxid beschichtet, welche die nach dem Stand der Technik für die Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft notwendige Oberflächenstruktur entweder bereits aufweist oder diese nach der Beschichtung mit dem Titanoxid erhält, jedoch noch nicht hydrophobiert ist. Anschließend wird die mit der Oberflächenstruktur ausgestattete und mit dem Titanoxid beschichtete Oberfläche auf eine der in Betracht kommenden Arten hydrophobiert. Ein so behandelter Körper weist somit eine Oberfläche auf, die unter der Schicht eines Hydrophobierungsmittels die Beschichtung mit dem Titanoxid trägt. Hierdurch wird zunächst für die Selbstreinigung die hydrophobe Eigenschaft in Verbindung mit der Oberflächenstruktur ausgenützt, die eine Benetzung der keramischen Oberfläche gerade verhindert und durch abrollende Wassertropfen eine Selbstreinigung herbeiführt. Da Hydrophobierungsmittel über längere Zeit hinweg jedoch durch die natürliche UV-Strahlung abgebaut oder unwirksam werden können, leidet darunter im Lauf der Zeit die Selbstreinigungseigenschaft. Hierdurch wird jedoch erfindungsgemäß die unter der Hydrophobierungsschicht vorgesehene Titanoxid- Beschichtung frei und insofern wirksam, als diese aufgrund einer dem Titanoxid eigenen photokatalytischen Eigenschaft gerade unter der UV-Bestrahlung eine Steigerung der hydrophilen Eigenschaft erfährt. Daher kann die Selbstreinigungseigenschaft so behandelter Flächen über sehr lange Zeit hin ausgedehnt werden.
Für die Beschichtung der keramischen Oberfläche mit dem Titanoxid bieten sich verschiedene Verfahren an. Am einfachsten sind Sol-Gel-Verfahren, bei denen beispielsweise das als metallorganische Verbindung vorliegende Titanoxid auf die Oberfläche aufgebracht, die Oberfläche anschließend getrocknet und die
Beschichtung wärmebehandelt wird. Die Wärmebehandlung kann in diesem Fall zwischen 500 und 1000 °C stattfinden, um den organischen Anteil der metallorganischen Titanoxid-Verbindung zu beseitigen. Es sind aber insbesondere bei Verbindungen, in denen keine organischen Anteile vorliegen, auch Behandlungen bei erheblich niedrigerer Temperatur denkbar, z.B. bei 50 °C. Auch CVD-Verfahren sind anwendbar, bei denen die Titanoxid-Beschichtung durch Verdampfen aufgetragen wird. Alle diese Auftragungsverfahren sind an sich bekannt und bedürfen an dieser Stelle keiner ins einzelne gehenden Erläuterung.
Auch in der beschriebenen kombinierten Form, bei der die hydrophobe und die hydrophile Eigenschaft der Oberfläche miteinander kombiniert werden in der Form, daß sie in zeitlicher Abfolge nacheinander wirksam werden, kann die Erzeugung der Oberflächenstruktur und deren für die Selbstreinigungseigenschaft notwendige Hydrophobierung auf mehrfache Weise erfolgen. Hierfür stehen u.a. alle Verfahren zur Verfügung, die seitens der Anmelderin in älteren Vorschlägen in
Zusammenhang mit keramischen Oberflächen bereits beschrieben sind (EP-A 909 747, DE 199 47 524.5, DE 199 58 321.8, DE 199 58 764.7). Sofern die Oberflächenstruktur durch das Aufbringen und Befestigen von Pulverpartikeln auf einer Oberfläche erzeugt wird, kann das Titanoxid unmittelbar die Pulverpartikel und damit nach dem Auftragen die Oberflächenstruktur bilden oder in den Erhebungen enthalten sein. Abweichend davon kann die Oberflächenstruktur auch nach dem Aufbringen der Titanoxid-Schicht aus dieser heraus z.B.durch Prägen erzeugt werden, wodurch ebenfalls die Erhebungen das Titanoxid enthalten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können zur Hydrophobierung Hydrophobierungsmittel eingesetzt werden, die von vornherein durch Einbau von Titandioxid gegen UV-Bestrahlung stabilisiert sind. Hierdurch wird durch die Ausnutzung der Eigenschaft von Titanoxid die Lebensdauer der Hydrophobierungsschicht wiederum verlängert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft einer
Oberfläche, insbesondere eines Ziegels oder Dachziegels, bei dem die Oberfläche mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas beschichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberfläche mittels eines Sol-Gel-Verfahrens beschichtet wird, bei dem ein Sol einer metallorganischen Verbindung des Titanoxids auf die Oberfläche aufgetragen, die Oberfläche getrocknet und anschließend bei höherer Temperatur getempert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor, bei oder nach der Beschichtung der Oberfläche mit einem Titanoxid auf der Oberfläche eine Struktur von Erhebungen vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte erzeugt wird, welche in Verbindung mit einer hydrophoben Eigenschaft in an sich bekannter Weise Voraussetzung für die Erzielung eines Selbstreinigungseffekts ist, und daß anschließend die Oberfläche über der Titanoxidschicht hydrophobiert wird.
4. Gegenstand mit einer der Witterung, insbesondere der natürlichen UV- Bestrahlung, ausgesetzten Oberfläche, insbesondere Ziegel oder
Dachziegel, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eine Beschichtung mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas aufweist.
5. Gegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eine zur Erzielung einer Selbstreinigungseigenschaft geeignete, an sich bekannte Struktur von Erhebungen vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte aufweist und über der Beschichtung mit Titanoxid eine hydrophobe Beschichtung trägt.
6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturerhebungen durch das Titanoxid gebildet sind oder dieses enthalten.
7. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturerhebungen durch Titanoxid-Partikel gebildet sind.
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