WO2003106164A1 - Substrate having a structured surface made of hydrophobic and hydrophilic areas - Google Patents

Substrate having a structured surface made of hydrophobic and hydrophilic areas Download PDF

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WO2003106164A1
WO2003106164A1 PCT/EP2003/006350 EP0306350W WO03106164A1 WO 2003106164 A1 WO2003106164 A1 WO 2003106164A1 EP 0306350 W EP0306350 W EP 0306350W WO 03106164 A1 WO03106164 A1 WO 03106164A1
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WO
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hydrophilic
layer
substrate
hydrophobic
structured surface
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/006350
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Mennig
Peter William Oliveira
Helmut Schmidt
Original Assignee
Institut für Neue Materialien Gemeinnützige GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41CPROCESSES FOR THE MANUFACTURE OR REPRODUCTION OF PRINTING SURFACES
    • B41C1/00Forme preparation
    • B41C1/10Forme preparation for lithographic printing; Master sheets for transferring a lithographic image to the forme
    • B41C1/1008Forme preparation for lithographic printing; Master sheets for transferring a lithographic image to the forme by removal or destruction of lithographic material on the lithographic support, e.g. by laser or spark ablation; by the use of materials rendered soluble or insoluble by heat exposure, e.g. by heat produced from a light to heat transforming system; by on-the-press exposure or on-the-press development, e.g. by the fountain of photolithographic materials
    • B41C1/1033Forme preparation for lithographic printing; Master sheets for transferring a lithographic image to the forme by removal or destruction of lithographic material on the lithographic support, e.g. by laser or spark ablation; by the use of materials rendered soluble or insoluble by heat exposure, e.g. by heat produced from a light to heat transforming system; by on-the-press exposure or on-the-press development, e.g. by the fountain of photolithographic materials by laser or spark ablation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/24Ablative recording, e.g. by burning marks; Spark recording

Definitions

  • Substrate with a structured surface made of hydrophobic and hydrophilic areas is a structured surface made of hydrophobic and hydrophilic areas
  • the present invention relates to substrates with a structured surface from hydrophilic and hydrophobic areas and their use in a planographic printing process.
  • Ti0 2 surfaces can assume both hydrophilic and hydrophobic properties.
  • Ti0 2 particles generally show hydrophilic properties when exposed to light and are suitable in surface layers to produce hydrophilic surfaces when exposed to light.
  • Surface-structured systems from hydrophilic and hydrophobic areas can be used, for example, for printing processes in which a material is transferred imagewise to a receiving medium. It can be used, for example, to print images, record information or set up structures, for example for printed circuit boards.
  • the manufacture of the surface structured systems is complicated and costly. As a rule, a multi-stage process is required, which includes complex chemical reaction chains and / or etching stages. This also means long production times and a high chemical requirement with the associated disposal problems. Especially with micro and nanostructures, these difficulties increase due to the required accuracy.
  • the surface structures once produced can often no longer be changed, so that with one Damage or in the event of a desired change in the image to be printed, the entire substrate must be discarded.
  • the object of the invention was to provide a method, a surface structure can be made from hydrophobic and hydrophilic regions with the simple, cheap and quick way that is suitable for • printing of materials and the well structures in the micro and even in Nanometer range can be represented exactly. Reuse of the substrate should also be possible.
  • the invention provides a method for producing a substrate with a structured surface from hydrophilic and hydrophobic regions, in which the surface of a substrate which has a hydrophilic layer and an overlying hydrophobic layer is exposed imagewise, the hydrophilic layer in the exposed regions is exposed by the decomposition of the overlying hydrophobic layer during exposure.
  • the hydrophilic layer is photocatalytically active, so that there is a photocatalyzed decomposition of the hydrophobic layer.
  • the substrates obtained in this way are outstandingly suitable for printing microstructures on a receiving medium.
  • a corresponding image or pattern of the hydrophobic and hydrophilic areas is formed on the surface by the imagewise exposure.
  • the image-wise removal of the hydrophobic layer also results in structuring in the thickness direction of the layers.
  • the two-dimensional pattern that forms on the surface is particularly relevant for the subsequent printing.
  • the inclusion of the third dimension is also conceivable, for example in the case of holographic processes.
  • the pattern that is formed can be any desired pattern. It can be a regular or irregular pattern. Regular shapes are, for example, points, lines or areas such as triangles, rectangles, polygons, circles or ellipses. Of course, it can also be curved lines or irregular surfaces.
  • the desired overall pattern can be formed by combining individual shapes, for example to reproduce numbers, letters, images, circuits, other information or to build up certain structures.
  • the pattern to be printed can correspond to the hydrophilic area or the hydrophobic area.
  • the hydrophilic layer and the hydrophobic layer are on a substrate.
  • the substrate can have any convenient shape. It is e.g. as a plate or cylinder, which are suitable as a pressure plate or roller.
  • the substrate can be any material suitable for the purpose. Examples of suitable materials are metals or metal alloys, glass, ceramics, including oxide ceramics, glass ceramics, paper or plastics, including rubber.
  • the substrates can also be substrates that are provided with a surface layer, for which the materials mentioned above can also be used.
  • the surface layer can e.g. be a metallization, an enamelling, a ceramic layer or a paint. With ceramic surfaces it can e.g. are thin coatings of ceramic components on metals.
  • the substrates can be pretreated. For example, they can be cleaned, e.g. B. with commercially available alkaline cleaners, or be prepared for a coating, e.g. through corona treatment.
  • metals or metal alloys are steel, including stainless steel, chrome, copper, titanium, tin, zinc, brass and aluminum.
  • glass are soda-lime glass, borosilicate glass, lead crystal and silica glass. It can be, for example, flat glass, hollow glass such as container glass, or laboratory equipment glass.
  • the ceramic is, for example a ceramic based on the oxides Si0 2, Al 2 0 3l Zr0 2 or MgO or the corresponding mixed oxides.
  • a lacquered surface can be formed from conventional base coats or lacquers based on organic binders.
  • the substrate itself can optionally represent the hydrophilic layer, so that the hydrophobic layer is applied directly to a substrate with hydrophilic surface properties. However, the hydrophilic layer is preferably located on a separate substrate, in particular when using the hydrophilic, photocatalytically active layers.
  • hydrophilic layer There is a hydrophilic layer and a hydrophobic layer on the substrate.
  • the concept of hydrophilicity / hydrophobicity as the basic concept of chemistry is well known to the person skilled in the art. Hydrophobic substances repel water, while hydrophilic substances attract water.
  • the hydrophilic character can e.g. are formed by hydroxy, oxy, carboxylate, sulfate, suifonate functions or polyether chains in the substance.
  • a hydrophobic character is e.g. typically generated by hydrocarbon residues such as alkyl residues or aromatic residues in the substance.
  • the hydrophobic or hydrophilic character of the layers is determined in particular by the substances used for the layers and, if appropriate, their modification. The person skilled in the art can readily see which materials and processing methods he has to select in order to arrive at hydrophilic or hydrophobic layers.
  • the hydrophobic / hydrophilic character of a layer can e.g. be determined by the contact angle against water or another suitable solvent.
  • the difference between the hydrophilic character of one layer and the hydrophobic character of the other layer need only be so great that sufficient selectivity of the material to be printed is guaranteed for one of the two layers.
  • the necessary settings are known to the person skilled in the art.
  • the hydrophilic layer preferably has a contact angle against water measured on a smooth surface of ⁇ 30 °, while the hydrophobic layer has a contact angle against water measured on a smooth surface> 85 °.
  • the hydrophilic layers are in particular oxide layers.
  • the hydrophilic character can be based in particular on hydroxyl groups on the surface of these layers. For example, it can be glass, ceramic or glass ceramic layers. Hydrophilic layers based on the oxides Si0 2 , Al 2 O 3 , Ti0 2 , Zr0 2 or MgO or the corresponding mixed oxides are preferred.
  • the hydrophilic layer comprises particularly preferably oxides or mixed oxides of glass or 'ceramic-forming elements M, in particular at least one element M from main groups III to V and / or transition groups II to IV of the Periodic Table of the Elements and Mg.
  • element M from main groups III to V and / or transition groups II to IV of the Periodic Table of the Elements and Mg.
  • it is the elements Si, Al, B, Sn, Ti, Zr, Mg, V or Zn, in particular those of Si, Al, Ti, Zr and Mg or mixtures of two or more of these elements.
  • glass or ceramic-forming elements M can also be installed, in particular those of elements of main groups I and II of the periodic table (eg Na, K and Ca) and of subgroups V to VIII of the periodic table (eg Mn s Cr, Fe and Ni) , Lanthanides can also be used.
  • elements of main groups I and II of the periodic table eg Na, K and Ca
  • subgroups V to VIII of the periodic table eg Mn s Cr, Fe and Ni
  • Lanthanides can also be used.
  • the hydrophilic layer is photocatalytically active. This is achieved in that the layer contains or consists of photocatalytically active materials.
  • the photocatalytic effect of many different materials has been known for a long time. Photocatalysts are able to catalyze certain reactions when exposed to light.
  • All photocatalytically active materials can be used as materials.
  • materials that can act as photocatalysts are Ti0 2 , ZnO, SrTiO 3 , BaTiO 3 , K 2 NbO 3 , Fe 2 O 3 , Ta 2 O 5.
  • TiO 2 or doped TiO 2 are particularly preferred, for example Fe, Pd (as colloid) or Pt (in the form of platinum complexes) are suitable as doping for TiO 2.
  • the use of TiO 2 with cocatalysts can also be advantageous.
  • the photocatalytic activity of the materials generally also depends on the shape or the condition of the materials. For a layer to be photocatalytically active, it may be necessary, for example, for the materials, which may be photocatalytically active, to form a coherent surface, for example as a matrix surface or as more or less isolated particles, on the surface of the layer in order for an intended reaction to occur the interface can take place when exposed by photocatalysis.
  • the hydrophilic layer can be applied to the substrate in any way known to the person skilled in the art.
  • a coating composition is applied to the substrate and hardened or compacted.
  • the coating composition can be a powder of the materials for the layer, which is melted or sintered on the substrate by the powder coating process to form the layer by heat treatment.
  • it is preferably a flowable coating composition, in particular in the form of a suspension or a sol.
  • the coating composition comprises the materials for the layer and a solvent.
  • the materials for the layer can be contained as particles and / or as hydrolysates or precondensates.
  • the materials are, in particular, the oxides of the above-mentioned elements or corresponding precursors.
  • the coating composition preferably contains materials which are suitable for photocatalysis or their precursors. These materials for the layer are preferably used in the form of particles in the submicron, micrometer (below 1 mm) or in particular in the nanometer range, for example below 200 nm. When using photocatalytically active materials, the oxides are also preferred. Non-oxide photocatalysts can also be used, but care must be taken to ensure that a hydrophilic layer is obtained.
  • the production of the particles from the materials for the hydrophilic layer can be carried out in a customary manner, for example by hydrothermal processes, flame pyrolysis, plasma processes, colloid techniques, sol-gel processes, controlled germination and growth processes, MOCVD processes and emulsion processes.
  • the particles can also be produced in situ in the coating composition, for example using sol-gel processes. ' These processes are described in detail in the literature.
  • the particles which can be used are usually also commercially available as powders or as suspensions or sol in a solvent.
  • SiO 2 particles which can be used are, for example, silica sols, such as the Levasile®, silica sols from Bayer AG, or pyrogenic silicas, for example the Degussa Aerosil products.
  • the coating composition can also be obtained from hydrolyzable compounds by the sol-gel method.
  • hydrolyzable compounds are usually hydrolyzed with water, optionally with acidic or basic catalysis, and optionally at least partially condensed.
  • the hydrolysis and / or condensation reactions lead to the formation of compounds or condensates with hydroxyl, oxo groups and / or oxo bridges, which serve as precursors.
  • Stoichiometric amounts of water but also smaller or larger amounts can be used.
  • the sol that forms can be adjusted by suitable parameters, e.g. Degree of condensation, solvent or pH, are adjusted to the viscosity desired for the coating composition.
  • sol-gel process Further details of the sol-gel process are e.g. at C.J. Brinker, G.W. Scherer: "Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel-Processing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990).
  • the hydrolyzable compounds that can be used have in particular the general formula MX a , in which M is the glass or ceramic image defined above. Ending element is M, X is a hydrolyzable group or hydroxy, where two groups X can be replaced by an oxo group, and a corresponds to the valence of the element and is usually 3 or 4.
  • hydrolysable groups X which may be the same or different, are hydrogen, halogen (F, Cl, Br or I, particularly Cl or Br), alkoxy (for example, C ⁇ -6 alkoxy, such as methoxy, ethoxy, n -Propoxy, i-propoxy and n-, i-, sec.- or tert-butoxy), aryloxy (preferably C ⁇ -io-aryloxy, such as phenoxy), alkaryloxy, e.g. benzoyloxy, acyloxy (e.g.
  • C- ⁇ - 6 -AcyIoxy preferably C ⁇ _ 4 -acyloxy, such as acetoxy or propionyloxy
  • amino and alkylcarbonyl for example C 2-7 alkylcarbonyl such as acetyl.
  • groups X can also be connected to one another, for example in the case of Si-polyol complexes with glycol, glycerol or pyrocatechol.
  • the groups mentioned can optionally contain substituents, such as halogen or alkoxy.
  • Preferred hydrolyzable radicals X are halogen, alkoxy groups and acyloxy groups.
  • the titanium compounds that can be used are in particular hydrolyzable compounds of the formula TiX 4 .
  • Specific and preferably used titanates for the production of a coating composition according to the sol-gel process are TiCl 4 , Ti (OCH 3 ) 4> Ti (OC 2 H 5 ) 4 , Ti (2-ethylhexoxy) 4 , Ti (n-OC 3 H 7 ) 4 or Ti (i-OC 3 H 7 ) 4 .
  • hydrolyzable silanes which can be used to prepare the coating composition are Si (OCH 3 ) 4 , Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (On- or -iC 3 H 7 ), Si (OC 4 H 9 ) 4 , SiCI 4 , HSiCI 3 , Si (OOCCH 3 ) 4 .
  • hydrolyzable compounds of elements M which can be used are AI (OCH 3 ) 3 , AI (OC 2 H 5 ) 3j AI (0-nC 3 H 7 ) 3 , AI (OiC 3 H 7 ) 3 , AI (0-nC 4 H9) 3l AI (O-sek.-C 4 H 9 ) 3 , AICI 3 , AICI (OH) 2 , AI (OC 2 H 4 OC 4 H 9 ) 3 , ZrCI 4 , Zr (OC 2 H 5 ) 4 , Zr (OnC 3 H 7 ) 4 , Zr (OiC 3 H 7 ) 4 , Zr (OC 4 Hg) 4 , ZrOCI 2 , Zr (2-ethylhexoxy) 4 , and Zr compounds which have complexing radicals, such as e.g.
  • ß-diketone and (meth) acrylic residues sodium methylate, potassium acetate, boric acid, BCI 3 , B (OCH 3 ) 3 , B (OC 2 H 5 ) 3 , SnCI 4 , Sn (OCH 3 ) 4 , Sn ( OC 2 H 5 ) 4 , VOCI 3 and VO (OCH 3 ) 3 .
  • partially hydrolyzable compounds with non-hydrolyzable organic radicals can also be used, so that organically modified inorganic condensates are obtained. These can be used for flexibility or crosslink the hydrophilic layer.
  • These are preferably silanes of the formula R n SiX - n , in which the radicals R are identical or different and represent non-hydrolyzable groups, the radicals X are identical or different and are as defined above for MX a and n is 1 , 2 or 3.
  • the non-hydrolyzable radicals R are, for example, alkyl (for example C 4 alkyl), C 2-4 alkenyl, C 2 .
  • the radicals R can have substituents.
  • the substituents can be functional groups via which the condensate can also be crosslinked via the organic groups, or via which other polar groups are introduced.
  • substituents are, for example, halogen, epoxy (for example glycidyl or glycidyloxy), hydroxy, ether, amino, monoalkylamino, dialkylamino, optionally substituted anilino, amide, carboxy, alkenyl, alkynyl, acrylic, acryloxy, methacrylic, methacryloxy, mercapto, cyano, alkoxy, Isocyanato, aldehyde, alkylcarbonyl, acid anhydride and phosphoric acid.
  • substituents are bonded to the silicon atom via divalent bridging groups, in particular alkylene, alkenylene or arylene bridging groups, which can be interrupted by oxygen or -NH groups.
  • Preferred examples of non-hydrolyzable radicals R with functional groups via which crosslinking is possible are glycidyloxypropyl and (meth) acryloxypropyl.
  • ((Meth) acrylic stands for methacrylic or acrylic
  • Suitable solvents are both water and organic solvents or mixtures. These are the usual solvents used in the field of coating.
  • suitable organic solvents are alcohols, preferably lower aliphatic alcohols (Ci-Cs alcohols), such as methanol, ethanol, 1-propanol, i-propanol and 1-butanol, ketones, preferably lower dialkyl ketones, such as acetone and methyl isobutyl ketone, ethers, preferably lower dialkyl ethers, such as diethyl ether, or diol monoether, amides, such as dimethylformamide, tetrahydrofuran, dioxane, sulfoxides, sulfones or butylglycol and mixtures thereof.
  • alcohols preferably lower aliphatic alcohols (Ci-Cs alcohols)
  • ketones preferably lower dialkyl ketones, such as acetone and methyl isobutyl ketone
  • ethers preferably lower dial
  • Alcohols are preferably used.
  • High-boiling solvents can also be used.
  • the solvent can optionally be an alcohol formed from the alcoholate compounds during the hydrolysis.
  • the coating composition can furthermore optionally contain polymers of all kinds as flexibilizers. If necessary, organic binders can be used.
  • a hydrolyzate or condensate prepared by the sol-gel process can also serve as an inorganic binder, which is optionally organically modified. If functional groups are present in the organic modification, crosslinking is possible via this, as in the case of organic binders.
  • the coating composition contains materials which are suitable for photocatalysis and which are preferably also present as particles or as a hydrolyzate precondensate.
  • This preferred embodiment is explained in more detail below with reference to the particularly preferred, optionally doped titanium dioxide. The statements apply accordingly to other photocatalysts.
  • Preferably more than 15% by weight, more preferably more than 30% by weight, in particular more than 60% by weight of the hydrophilic layer are photocatalytically active material.
  • more than 80% by weight and preferably more than 95% by weight of the hydrophilic layer are photocatalytically active material.
  • the optionally doped titanium dioxide can be present in the coating composition in the form of particles or as a hydrolyzate precursor.
  • the hydrophilic layer consists of the photocatalytically active material.
  • the optionally doped titanium dioxide is preferably contained in the coating composition in the form of particles.
  • the particles can optionally be mixed with organic and / or inorganic binders in the coating composition. All conventional binders are suitable as organic binders.
  • the hydrolysates / condensates explained above are suitable as inorganic binders. For this, z. B. Suitable hydrolyzates / condensates on a silicate basis.
  • the hydrolyzable titanium compounds explained above come into consideration.
  • organic or inorganic binders preferably based on silicate, can be used.
  • the usual coating methods can be used for coating the substrate with the coating composition, e.g. Diving, rolling, knife coating, flooding, pulling, spraying, spinning or painting.
  • the applied coating composition is optionally dried and hardened or compacted.
  • crosslinkable organic or inorganic binders are used, thermal or photochemical curing of the layer can be considered. Irradiation with UV light is expedient for photochemical curing. Without a crosslinkable group, the hydrophilic layer is compacted or burned in by heat treatment. The temperature and duration for hardening or compaction or baking naturally depend on the materials used. In general, temperatures between 90 and 600 ° C are appropriate for compression.
  • Post-treatments can be carried out to make the layer hydrophilic and / or photocatalytically active.
  • activation by exposure preferably with UV light
  • visible light can also be used, provided the doping of the photoactive components is suitable for sensitivity in visible light.
  • doping with platinum complexes is suitable for achieving high sensitivity even in visible light.
  • Activation by exposure can cause the layer to become hydrophilic and / or the photocatalytic activity to develop if necessary.
  • the activation is especially at. layers containing optionally doped titanium dioxide make sense.
  • the hydrophilic layer expediently has a thickness of 1 to 100 ⁇ m, preferably 2 to 20 ⁇ m and in particular 3 to 10 ⁇ m.
  • the hydrophobic layer applied thereon is preferably extremely thin. In this sense it can also be called a film.
  • the hydrophobic layer preferably has a layer thickness of not more than 100 nm, for example in the range from 50 to 100 nm. Even more preferably, the hydrophobic layer is a molecular film, ie one or a few “layers” of the hydrophobic layer forming substances on the surface of the hydrophilic layer, for example mono-, di- or trimolecular layers.
  • the hydrophobic layer is produced in particular by hydrophobizing the hydrophilic layer.
  • a hydrophobizing agent is preferably applied in the usual way. All conventional hydrophobizing substances known in the art can be used for the hydrophobizing agent. This can e.g. Hydrocarbons, organic compounds with long alkyl chains or their salts, organic polymers, organically modified inorganic monomers or polymers, in particular silicon compounds, or mixtures thereof.
  • the hydrophobizing substance can be used in pure form or preferably in a solvent. One or more hydrophobizing substances can be used.
  • hydrophobizing substances for the hydrophobic layer in the hydrophobizing agent are paraffins, waxes, fats and oils, fatty acids, oleic acids, metal soaps, organic tin compounds, silazanes, silanes and silicones.
  • waxes are natural waxes, such as candelilla wax and camauba wax, synthetically modified waxes, such as montan ester waxes, or synthetic waxes, such as polyalkylene waxes.
  • Silazanes have the formula H3Si- (NH-SiH 2 ) n-NH-SiH 3 , where n is greater than or equal to 1.
  • silanes can be cyclic, oligomeric or polymeric compounds and they can, for example, be substituted with alkyl groups.
  • examples of usable silanes are silanes of the formula R n SiX 4-n mentioned above. Compounds are preferred in which R is alkyl, aryl, alkaryl or aralkyl, in particular C 4 -C 4 -alkyl, such as methyl or ethyl, and X is halogen or alkoxy.
  • Alkylchlorosilanes and alkylalkoxysilanes for example methylchlorosilanes, such as dimethyldichlorosilane and trimethylchlorosilane, and methylethoxysilanes, such as dimethylethoxysilane, are preferred.
  • silicones are alkyl silicone oils, e.g. Silicone oils with C-
  • the hydrophobizing substance preferably forms a solution or an emulsion / dispersion in the solvent, e.g. aqueous emulsions.
  • the hydrophobizing agent can also optionally contain metallic catalysts, emulsifying agents and / or polymers of all kinds as flexibilizers.
  • the hydrophobizing agent is applied to the hydrophilic layer in a conventional manner. Any suitable application method can be used, e.g. Rubbing or the above coating processes.
  • the layer thickness can e.g. controlled by dilution in the solvent. If necessary, heat treatment can also be carried out for stronger binding to the hydrophilic layer. As a rule, however, it is expedient that the hydrophobizing substances do not form a covalent bond with the surface groups of the hydrophilic layer, but such bonds do not result in any significant impairment.
  • the substrate thus obtained is exposed imagewise.
  • the structuring can take place, for example, using a mask technique, holographic techniques, for example two-wave mixing, and laser writing processes.
  • UV light or light in the visible range is preferably used for exposure. If laser light is used, commercially available systems (eg laser engraving devices) can be used. Laser light with radiation in the ultraviolet range but also in the infrared range (IR or UV range) is expediently used.
  • a suitable laser is " the CO 2 laser.
  • UV lasers are preferably used in the case of photocatalytically active hydrophilic layers.
  • the writing speed or the exposure time is adapted to the hydrophobic layer thickness and ranges from less than 1 s to longer exposure times.
  • the exposure of the surface causes the hydrophobic layer to decompose in the image-wise exposed areas, the hydrophilic layer underneath being exposed in these areas.
  • the structure is preferably a microstructure, ie at least in some areas, structures with subtleties in the micrometer range are formed.
  • Residue-free decomposition preferably takes place. The decomposition is most effective if it is supported by photocatalysts in the hydrophilic layer, so that photocatalytic decomposition is preferred.
  • the substrates obtained in this way are outstandingly suitable for printing a structure on a receiving medium.
  • a printing material that is hydrophobic or hydrophilic is applied to the substrate, the material being deposited due to the hydrophilic / hydrophobic character only on the hydrophilic / hydrophobic areas of the structured surface of the substrate.
  • a hydrophilic material is distributed over the hydrophilic areas of the surface and a hydrophobic material over the hydrophobic areas.
  • the substrate loaded with the material is then brought into contact with a receiving medium, expediently using pressure, and then the substrate and the receiving medium are separated from one another with image-wise transfer of the material to the receiving medium.
  • the printing process can be carried out as in a conventional planographic printing process.
  • planographic printing processes are lithography and offset printing.
  • the substrate can be used, for example, as a printing plate or roller.
  • the printing material can be applied, for example, by spraying, dipping, knife coating, brushing or by means of rollers.
  • the method according to the invention it is possible to obtain a transfer of almost any liquid to pasty components by alternating hydrophilicity and hydrophobicity.
  • the printing material has a liquid to pasty consistency.
  • they can be aqueous solutions, suspensions or pastes.
  • the usual materials known in the art for printing or transmission can be used.
  • the material transferred to the receiving medium can be dried, hardened, compressed or further processed in another way.
  • the receiving medium can e.g. B. be one that is suitable for building microelectronic circuits.
  • plastic e.g. a plastic film, metal, paper, glass or a ceramic surface.
  • properties of the receiving medium e.g. regarding the hydrophilicity with which the material for printing is to be coordinated.
  • the exposed areas can also be covered with another hydrophilic layer as a protective layer to avoid undesired reactions.
  • the actual material for printing can then be immobilized or deposited on this second hydrophilic layer.
  • Another advantage of the invention is that already structured substrates can also be restructured. This can be useful, for example, after damage or a desired change to the pattern to be printed.
  • the structured substrate which was used for one or more printing processes, can be exposed areally, so that it is freed of the hydrophobic layer. After that, the entire surface can be waterproofed again.
  • the substrate regenerated in this way is then available for restructuring with a different image pattern. In this way, any re-use that can be repeated is possible.
  • the application of the invention ranges from printing processes in the printing industry to a transfer technique in which certain information or structures of the materials grown on the substrate are transferred.
  • microstructures such as microreactors, spot plates or also reactors for combinatorics, in which corresponding hydrophilic or hydrophobic areas are formed.
  • hydrophilicity or the hydrophobicity is used to accommodate cells or other biological components in desired arrangements (arrays).

Abstract

Disclosed is a method for producing a substrate having a structured surface made of hydrophobic and hydrophilic areas, according to which the surface of a substrate that is provided with a hydrophilic layer topped by a hydrophobic layer is exposed so as to obtain an image, the hydrophilic layer being uncovered in the exposed areas as the superimposed hydrophobic layer decomposes during exposure. Particularly good results are obtained if the hydrophilic layer is photocatalytically active such that the hydrophobic layer decomposes in a photocatalytic manner. The substrates obtained by the inventive method are extremely suitable for printing microstructures onto a receiving medium.

Description

Substrat mit strukturierter Oberfläche aus hydrophoben und hydrophilen Bereichen Substrate with a structured surface made of hydrophobic and hydrophilic areas
Die vorliegende Erfindung betrifft Substrate mit strukturierter Oberfläche aus hydrophilen und hydrophoben Bereichen und deren Verwendung in einem Flachdruckverfahren.The present invention relates to substrates with a structured surface from hydrophilic and hydrophobic areas and their use in a planographic printing process.
Die Einstellung der Hydrophilie bzw. Hydrophobie von Oberflächen ist technisch bedeutsam, da viele Anwendungen bekannt sind, bei denen es erforderlich ist, nach Bedarf entweder eine Oberfläche hydrophil oder hydrophob zu gestalten, ohne dass größere Eingriffe dazu erforderlich sind. Ti02-Oberflächen können je nach Kristallisationszustand sowohl hydrophile als auch hydrophobe Eigenschaften annehmen. Ti02-Partikel zeigen unter Lichteinwirkung in der Regel hydrophile Eigenschaften und sind in Oberflächenschichten dazu geeignet, bei Lichteinwirkung hydrophile Oberflächen zu erzeugen.The adjustment of the hydrophilicity or hydrophobicity of surfaces is technically important, since many applications are known in which it is necessary to make either a surface hydrophilic or hydrophobic as required, without major interventions being necessary. Depending on the state of crystallization, Ti0 2 surfaces can assume both hydrophilic and hydrophobic properties. Ti0 2 particles generally show hydrophilic properties when exposed to light and are suitable in surface layers to produce hydrophilic surfaces when exposed to light.
Hingegen zeigen Oberflächen, die mit Siliconschichten hydrophobiert werden, ein ausgesprochen hydrophobes Verhalten und bilden Kontaktwinkel von über 100° gegen Wasser, Ebenso hydrophob werden Metall-, Glas- oder Keramikoberflächen, wenn sie mit dünnen Ölfilmen überzogen werden.On the other hand, surfaces that are hydrophobized with silicone layers show a pronounced hydrophobic behavior and form contact angles of over 100 ° against water. Metal, glass or ceramic surfaces also become hydrophobic if they are coated with thin oil films.
Oberflächenstrukturierte Systeme aus hydrophilen und hydrophoben Bereichen können z.B. für Druckvorgänge verwendet werden, bei denen ein Material bildmäßig auf ein Empfangsmedium übertragen wird. Damit können z.B. Bilder gedruckt, Informationen aufgezeichnet oder Strukturen, z.B. für Leiterplatten, aufgebaut werden. Die Herstellung der oberflächenstrukturierten Systeme ist kompliziert und kostspielig. In der Regel ist ein mehrstufiges Verfahren erforderlich, das komplexe chemische Reaktionsketten und/oder Ätzstufen beinhaltet. Dies bedeutet auch lange Herstellungszeiten und einen hohen Chemikalienbedarf mit der damit verbundenen Entsorgungsproblematik. Vor allem bei Mikro- und Nanostrukturen nehmen diese Schwierigkeiten wegen der erforderlichen Genauigkeit zu. Außerdem sind die einmal hergestellten Oberflächenstrukturen häufig nicht mehr veränderbar, so dass bei einer Beschädigung oder bei einer gewünschter Änderung des zu druckenden Bildes das ganze Substrat verworfen werden muss.Surface-structured systems from hydrophilic and hydrophobic areas can be used, for example, for printing processes in which a material is transferred imagewise to a receiving medium. It can be used, for example, to print images, record information or set up structures, for example for printed circuit boards. The manufacture of the surface structured systems is complicated and costly. As a rule, a multi-stage process is required, which includes complex chemical reaction chains and / or etching stages. This also means long production times and a high chemical requirement with the associated disposal problems. Especially with micro and nanostructures, these difficulties increase due to the required accuracy. In addition, the surface structures once produced can often no longer be changed, so that with one Damage or in the event of a desired change in the image to be printed, the entire substrate must be discarded.
Die erfindungsgemäße Aufgabe bestand darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem auf einfache, preiswerte und schnelle Weise eine Oberflächenstruktur aus hydrophoben und hydrophilen Bereichen hergestellt werden kann, die sich für den Druck von Materialien eignet und mit dem auch Strukturen im Mikro- und sogar im Nanometerbereich genau dargestellt werden können. Weiter sollte auch eine Wiederverwendung des Substrats möglich sein.The object of the invention was to provide a method, a surface structure can be made from hydrophobic and hydrophilic regions with the simple, cheap and quick way that is suitable for printing of materials and the well structures in the micro and even in Nanometer range can be represented exactly. Reuse of the substrate should also be possible.
Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, dass hydrophobe Überzüge, wenn sie auf hydrophilen Schichten, insbesondere auf Oberflächen mit photokatalytisch aktivem TiO2l aufgebracht werden, durch Belichtung, vorzugsweise mit UV-Licht, rasch ihre Hydrophobie verlieren und an den belichteten Stellen hydrophil werden. Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche aus hydrophilen und hydrophoben Bereichen bereitgestellt, bei dem man die Oberfläche eines Substrats, das eine hydrophile Schicht und eine darüber liegende hydrophobe Schicht aufweist, bildmäßig belichtet, wobei die hydrophile Schicht in den belichteten Bereichen durch die bei der Belichtung erfolgende Zersetzung der darüber liegenden hydrophoben Schicht freigelegt wird. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die hydrophile Schicht photokatalytisch aktiv ist, so dass sich eine photokatalysierte Zersetzung der hydrophoben Schicht ergibt. Die so erhaltenen Substrate eignen sich hervorragend zum Drucken von MikroStrukturen auf ein Empfangsmedium.It has now surprisingly been found that hydrophobic coatings, when applied to hydrophilic layers, in particular to surfaces with photocatalytically active TiO 2l , quickly lose their hydrophobicity by exposure, preferably with UV light, and become hydrophilic at the exposed areas. Accordingly, the invention provides a method for producing a substrate with a structured surface from hydrophilic and hydrophobic regions, in which the surface of a substrate which has a hydrophilic layer and an overlying hydrophobic layer is exposed imagewise, the hydrophilic layer in the exposed regions is exposed by the decomposition of the overlying hydrophobic layer during exposure. Particularly good results have been achieved if the hydrophilic layer is photocatalytically active, so that there is a photocatalyzed decomposition of the hydrophobic layer. The substrates obtained in this way are outstandingly suitable for printing microstructures on a receiving medium.
Durch die bildmäßige Belichtung wird auf der Oberfläche ein entsprechendes Bild bzw. Muster aus den hydrophoben und hydrophilen Bereichen gebildet. Natürlich ergibt sich durch die bildmäßige Abtragung der hydrophoben Schicht auch eine Strukturierung in Dickenrichtung der Schichten. Für den anschließenden Druck ist aber insbesondere das sich bildende zweidimensionale Muster auf der Oberfläche relevant. Allerdings ist auch die Einbeziehung der dritten Dimension denkbar, z.B. bei holographischen Verfahren. Bei dem sich bildenden Muster kann es sich um jedes gewünschte Muster handeln. Es kann sich um regelmäßige oder unregelmäßige Muster handeln. Regelmäßige Formen sind z.B. Punkte, Linien oder Flächen wie Dreiecke, Rechtecke, Vielecke, Kreise oder Ellipsen. Es kann sich natürlich auch um gekrümmte Linien oder unregelmäßige Flächen handeln. Durch Kombination einzelner Formen kann das gewünschte Gesamtmuster gebildet werden, z.B. zur Wiedergabe von Zahlen, Buchstaben, Bildern, Schaltkreisen, anderer Informationen oder zum Aufbau bestimmter Strukturen. Das zu druckende Muster kann dem hydrophilen Bereich oder dem hydrophoben Bereich entsprechen.A corresponding image or pattern of the hydrophobic and hydrophilic areas is formed on the surface by the imagewise exposure. Of course, the image-wise removal of the hydrophobic layer also results in structuring in the thickness direction of the layers. However, the two-dimensional pattern that forms on the surface is particularly relevant for the subsequent printing. However, the inclusion of the third dimension is also conceivable, for example in the case of holographic processes. The pattern that is formed can be any desired pattern. It can be a regular or irregular pattern. Regular shapes are, for example, points, lines or areas such as triangles, rectangles, polygons, circles or ellipses. Of course, it can also be curved lines or irregular surfaces. The desired overall pattern can be formed by combining individual shapes, for example to reproduce numbers, letters, images, circuits, other information or to build up certain structures. The pattern to be printed can correspond to the hydrophilic area or the hydrophobic area.
Die hydrophile Schicht und die hydrophobe Schicht befinden sich auf einem Substrat. Das Substrat kann jede zweckmäßige Form aufweisen. Es liegt z.B. als Platte oder Zylinder vor, die sich als Druckplatte oder -walze eignen. Bei dem Substrat kann es sich um jedes für den Zweck geeignete Material handeln. Beispiele für geeignete Materialien sind Metalle oder Metalllegierungen, Glas, Keramik, einschließlich Oxidkeramik, Glaskeramik, Papier oder Kunststoff, einschließlich Gummi.The hydrophilic layer and the hydrophobic layer are on a substrate. The substrate can have any convenient shape. It is e.g. as a plate or cylinder, which are suitable as a pressure plate or roller. The substrate can be any material suitable for the purpose. Examples of suitable materials are metals or metal alloys, glass, ceramics, including oxide ceramics, glass ceramics, paper or plastics, including rubber.
Selbstverständlich kann es sich auch um Substrate handeln, die mit einer Oberflächenschicht versehen sind, für die ebenfalls die vorstehend genannten Materialien verwendet werden können. Bei der Oberflächenschicht kann es sich z.B. um eine Metallisierung, eine Emaillierung, eine Keramikschicht oder eine Lackierung handeln. Bei Keramikoberflächen kann es sich z.B. um dünne Überzüge von keramischen Komponenten auf Metallen handeln. Die Substrate können vorbehandelt sein. Beispielsweise können sie gereinigt werden, z. B. mit handelsüblichen alkalischen Reinigern, oder für eine Beschichtung vorbereitet werden, z.B. durch Coronabehandlung.Of course, it can also be substrates that are provided with a surface layer, for which the materials mentioned above can also be used. The surface layer can e.g. be a metallization, an enamelling, a ceramic layer or a paint. With ceramic surfaces it can e.g. are thin coatings of ceramic components on metals. The substrates can be pretreated. For example, they can be cleaned, e.g. B. with commercially available alkaline cleaners, or be prepared for a coating, e.g. through corona treatment.
Beispiele für Metalle oder Metalllegierungen sind Stahl, einschließlich Edelstahl, Chrom, Kupfer, Titan, Zinn, Zink, Messing und Aluminium. Beispiele für Glas sind Natronkalkglas, Borosilicatglas, Bleikristall und Kieselglas. Es kann sich z.B. um Flachglas, Hohlglas wie Behälterglas, oder um Laborgeräteglas handeln. Bei der Keramik handelt es sich z.B. um eine Keramik auf Basis der Oxide Si02, Al203l Zr02 oder MgO oder der entsprechenden Mischoxide. Eine lackierte Oberfläche kann aus üblichen Grundanstrichen oder Lacken auf Basis organischer Bindemittel gebildet sein. Gegebenenfalls kann das Substrat selbst die hydrophile Schicht darstellen, so dass die hydrophobe Schicht direkt auf ein Substrat mit hydrophilen Oberflächeneigenschaften aufgebracht wird. Vorzugsweise befindet sich aber die hydrophile Schicht auf einem gesonderten Substrat, insbesondere bei Einsatz der hydrophilen, photokatalytisch aktiven Schichten.Examples of metals or metal alloys are steel, including stainless steel, chrome, copper, titanium, tin, zinc, brass and aluminum. Examples of glass are soda-lime glass, borosilicate glass, lead crystal and silica glass. It can be, for example, flat glass, hollow glass such as container glass, or laboratory equipment glass. The ceramic is, for example a ceramic based on the oxides Si0 2, Al 2 0 3l Zr0 2 or MgO or the corresponding mixed oxides. A lacquered surface can be formed from conventional base coats or lacquers based on organic binders. The substrate itself can optionally represent the hydrophilic layer, so that the hydrophobic layer is applied directly to a substrate with hydrophilic surface properties. However, the hydrophilic layer is preferably located on a separate substrate, in particular when using the hydrophilic, photocatalytically active layers.
Auf dem Substrat befinden sich eine hydrophile Schicht und .eine hydrophobe Schicht. Das Konzept der Hydrophilie/Hydrophobie ist als Grundkonzept der Chemie dem Fachmann bestens bekannt. Hydrophobe Substanzen stoßen Wasser ab, während hydrophile Substanzen Wasser anziehen. Der hydrophile Charakter kann z.B. durch Hydroxy-, Oxy-, Carboxylat-, Sulfat-, Suifonatfunktionen oder Polyetherketten in der Substanz gebildet werden. Ein hydrophober Charakter wird z.B. typischerweise durch Kohlenwasserstoffreste wie Alkylreste oder aromatische Reste in der Substanz erzeugt.There is a hydrophilic layer and a hydrophobic layer on the substrate. The concept of hydrophilicity / hydrophobicity as the basic concept of chemistry is well known to the person skilled in the art. Hydrophobic substances repel water, while hydrophilic substances attract water. The hydrophilic character can e.g. are formed by hydroxy, oxy, carboxylate, sulfate, suifonate functions or polyether chains in the substance. A hydrophobic character is e.g. typically generated by hydrocarbon residues such as alkyl residues or aromatic residues in the substance.
Der hydrophobe bzw. hydrophile Charakter der Schichten wird insbesondere durch die für die Schichten verwendeten Substanzen und gegebenenfalls deren Modifikation bestimmt. Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, welche Materialien und Bearbeitungsmethoden er auszuwählen hat, um zu hydrophilen oder hydrophoben Schichten zu gelangen. Der hydrophobe/hydrophile Charakter einer Schicht kann z.B. durch den Kontaktwinkel gegen Wasser oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel bestimmt werden.The hydrophobic or hydrophilic character of the layers is determined in particular by the substances used for the layers and, if appropriate, their modification. The person skilled in the art can readily see which materials and processing methods he has to select in order to arrive at hydrophilic or hydrophobic layers. The hydrophobic / hydrophilic character of a layer can e.g. be determined by the contact angle against water or another suitable solvent.
Der Unterschied zwischen dem hydrophilen Charakter der einen Schicht und dem hydrophoben Charakter der anderen Schicht braucht nur so groß zu sein, dass eine ausreichende Selektivität des zu druckenden Materials für eine der beiden Schichten gewährleistet ist. Dem Fachmann sind die erforderlichen Einstellungen bekannt. Bevorzugt weist die hydrophile Schicht einen auf glatter Fläche gemessenen Kontaktwinkel gegen Wasser von < 30° auf, während die hydrophobe Schicht einen auf glatter Fläche gemessenen Kontaktwinkel gegen Wasser > 85° aufweist. Bei den hydrophilen Schichten handelt es sich insbesondere um Oxidschichten. Der hydrophile Charakter kann hierbei insbesondere auf Hydroxygruppen auf der Oberfläche dieser Schichten beruhen. Es kann sich z.B. um Glas-, Keramik- oder Glaskeramikschichten handeln. Bevorzugt sind hydrophile Schichten auf Basis der Oxide Si02, AI2O3, Ti02, Zr02 oder MgO oder der entsprechenden Mischoxide.The difference between the hydrophilic character of one layer and the hydrophobic character of the other layer need only be so great that sufficient selectivity of the material to be printed is guaranteed for one of the two layers. The necessary settings are known to the person skilled in the art. The hydrophilic layer preferably has a contact angle against water measured on a smooth surface of <30 °, while the hydrophobic layer has a contact angle against water measured on a smooth surface> 85 °. The hydrophilic layers are in particular oxide layers. The hydrophilic character can be based in particular on hydroxyl groups on the surface of these layers. For example, it can be glass, ceramic or glass ceramic layers. Hydrophilic layers based on the oxides Si0 2 , Al 2 O 3 , Ti0 2 , Zr0 2 or MgO or the corresponding mixed oxides are preferred.
Die hydrophile Schicht umfasst insbesondere bevorzugt Oxide bzw. Mischoxide von glas- oder' keramikbildenden Elementen M, insbesondere mindestens eines Elements M aus den Hauptgruppen III bis V und/oder den Nebengruppen II bis IV des Periodensystems der Elemente und Mg. Vorzugsweise handelt es sich um die Elemente Si, AI, B, Sn, Ti, Zr, Mg, V oder Zn, insbesondere solche von Si, AI, Ti, Zr und Mg oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Elemente. Selbstverständlich können auch andere glas- oder keramikbildende Elemente M eingebaut werden, insbesondere solche von Elementen der Hauptgruppen I und II des Periodensystems (z.B. Na, K und Ca) und der Nebengruppen V bis VIII des Periodensystems (z.B. Mns Cr, Fe und Ni). Es können auch Lanthaniden verwendet werden.The hydrophilic layer comprises particularly preferably oxides or mixed oxides of glass or 'ceramic-forming elements M, in particular at least one element M from main groups III to V and / or transition groups II to IV of the Periodic Table of the Elements and Mg. Preferably If it is the elements Si, Al, B, Sn, Ti, Zr, Mg, V or Zn, in particular those of Si, Al, Ti, Zr and Mg or mixtures of two or more of these elements. Of course, other glass or ceramic-forming elements M can also be installed, in particular those of elements of main groups I and II of the periodic table (eg Na, K and Ca) and of subgroups V to VIII of the periodic table (eg Mn s Cr, Fe and Ni) , Lanthanides can also be used.
Die Erfinder haben festgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die hydrophile Schicht photokatalytisch aktiv ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schicht photokatalytisch aktive Materialien enthält oder daraus besteht. Die photokatalytische Wirkung vieler unterschiedlicher Materialien ist schon seit langem bekannt. Photokatalysatoren sind in der Lage, bei Einwirkung von Licht bestimmte Reaktionen zu katalysieren.The inventors have found that it is particularly advantageous if the hydrophilic layer is photocatalytically active. This is achieved in that the layer contains or consists of photocatalytically active materials. The photocatalytic effect of many different materials has been known for a long time. Photocatalysts are able to catalyze certain reactions when exposed to light.
Als Materialien können alle photokatalytisch aktiven Materialien herangezogen werden. Beispiele für Materialien, die als Photokatalysatoren wirken können, sind Ti02, ZnO, SrTiO3, BaTiO3, K2NbO3, Fe2O3, Ta2O5. WO3, Sn02, Bi2Ö3, NiO, Cu2O, SiC, MoS2, InPb, RuO2 und CeO2, wobei Metalle wie Pt, Pd, Rh, Ru, Nb, Cu, Sn, Ni und Fe als Zusätze (Cokatalysatoren) oder zur Dotierung "verwendet werden können. Besonders bevorzugt sind TiO2 oder dotiertes TiO2. Als Dotierung für TiO2 sind z.B. Fe, Pd (als Kolloid) oder Pt (in Form von Platinkomplexen) zweckmäßig. Auch der Einsatz von TiO2 mit Cokatalysatoren kann zweckmäßig sein. Hierzu ist anzumerken, dass die photokatalytische Aktivität der Materialien in der Regel auch von der Form oder dem Zustand der Materialien abhängt. Damit eine Schicht photokatalytisch aktiv ist, kann es z.B. erforderlich sein, dass die Materialien, die photokatalytisch aktiv sein können, eine zusammenhängende Fläche, z.B. als Matrixfläche oder als mehr oder weniger isolierte Teilchen, an der Oberfläche der Schicht ausbilden, damit eine beabsichtigte Reaktion an der Grenzfläche bei Belichtung durch Photokatalyse stattfinden kann. Daher sind gewöhnliche Glas- oder Ke'ramikschichten, selbst wenn sie Beimengungen von Elementen enthalten, die photokatalytisch aktiv sein können, in der Regel nicht photokatalytisch aktiv. Dem Fachmann ist bekannt, welche Maßnahmen erforderlich sind, um photokatalytisch aktive Schichten zu erhalten.All photocatalytically active materials can be used as materials. Examples of materials that can act as photocatalysts are Ti0 2 , ZnO, SrTiO 3 , BaTiO 3 , K 2 NbO 3 , Fe 2 O 3 , Ta 2 O 5. WO 3 , Sn0 2 , Bi 2 Ö 3 , NiO, Cu 2 O, SiC, MoS 2, InPb, RuO 2 and CeO 2, wherein the metals Pt Pd, Rh, Ru, Nb, Cu, Sn, Ni and Fe can be used as additives (co-catalysts) or for doping "like. TiO 2 or doped TiO 2 are particularly preferred, for example Fe, Pd (as colloid) or Pt (in the form of platinum complexes) are suitable as doping for TiO 2. The use of TiO 2 with cocatalysts can also be advantageous. It should be noted here that the photocatalytic activity of the materials generally also depends on the shape or the condition of the materials. For a layer to be photocatalytically active, it may be necessary, for example, for the materials, which may be photocatalytically active, to form a coherent surface, for example as a matrix surface or as more or less isolated particles, on the surface of the layer in order for an intended reaction to occur the interface can take place when exposed by photocatalysis. Therefore, ordinary glass or Ke 'ramikschichten, even when they contain additions of elements that can be photocatalytically active, not photocatalytically usually active. The person skilled in the art knows what measures are required in order to obtain photocatalytically active layers.
Die hydrophile Schicht kann auf jede dem Fachmann bekannte Weise auf das Substrat aufgebracht werden. Hierfür wird eine Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat aufgebracht und gehärtet oder verdichtet. Bei der Beschichtungszusammensetzung kann es sich um ein Pulver der Materialien für die Schicht handeln, dass nach dem Pulverlackierverfahren auf dem Substrat unter Bildung der Schicht durch Wärmebehandlung aufgeschmolzen oder gesintert wird. Vorzugsweise handelt es sich aber um eine fließfähige Beschichtungszusammensetzung, insbesondere in Form einer Suspension oder eines Sols.The hydrophilic layer can be applied to the substrate in any way known to the person skilled in the art. For this purpose, a coating composition is applied to the substrate and hardened or compacted. The coating composition can be a powder of the materials for the layer, which is melted or sintered on the substrate by the powder coating process to form the layer by heat treatment. However, it is preferably a flowable coating composition, in particular in the form of a suspension or a sol.
Die Beschichtungszusammensetzung umfasst die Materialien für die Schicht und ein Lösungsmittel. Die Materialien für die Schicht können als Teilchen und/oder als Hydrolysate oder Vorkondensate enthalten sein. Bei den Materialien handelt es sich insbesondere um die Oxide der vorstehend genannten Elemente oder entsprechende Vorstufen. Vorzugsweise enthält die Beschichtungszusammensetzung Materialien, die für die Photokatalyse geeignet sind, oder deren Vorstufen. Diese Materialien für die Schicht werden bevorzugt in Form von Teilchen im Submikrometer-, Mikrometer- (unter 1 mm) oder insbesondere im Nanometerbereich, z.B. unter 200 nm, eingesetzt. Beim Einsatz von photokatalytisch aktiven Materialien sind ebenfalls die Oxide bevorzugt. Es können auch nicht- oxidische Photokatalysatoren verwendet werden, es ist aber darauf zu achten, dass eine hydrophile Schicht erhalten wird. Die Herstellung der Teilchen von den Materialien für die hydrophile Schicht kann auf übliche Weise erfolgen, z.B. durch Hydrothermalverfahren, Flammpyrolyse, Plasmaverfahren, Kolloidtechniken, Sol-Gel-Prozesse, kontrollierte Keim- und .Wachstumsprozesse, MOCVD-Verfahren und Emuisionsverfahren. Die Herstellung der Teilchen kann auch in situ in der Beschichtungszusammensetzung erfolgen, beispielsweise unter Verwendung von Sol-Gel-Prozessen.' Diese Verfahren sind in der Literatur ausführlich beschrieben.The coating composition comprises the materials for the layer and a solvent. The materials for the layer can be contained as particles and / or as hydrolysates or precondensates. The materials are, in particular, the oxides of the above-mentioned elements or corresponding precursors. The coating composition preferably contains materials which are suitable for photocatalysis or their precursors. These materials for the layer are preferably used in the form of particles in the submicron, micrometer (below 1 mm) or in particular in the nanometer range, for example below 200 nm. When using photocatalytically active materials, the oxides are also preferred. Non-oxide photocatalysts can also be used, but care must be taken to ensure that a hydrophilic layer is obtained. The production of the particles from the materials for the hydrophilic layer can be carried out in a customary manner, for example by hydrothermal processes, flame pyrolysis, plasma processes, colloid techniques, sol-gel processes, controlled germination and growth processes, MOCVD processes and emulsion processes. The particles can also be produced in situ in the coating composition, for example using sol-gel processes. ' These processes are described in detail in the literature.
Die einsetzbaren Teilchen sind gewöhnlich auch im Handel als Pulver oder als Suspensionen oder Sol in einem Lösungsmittel erhältlich. Die besonders bevorzugten Ti02-Teilchen sind z.B. als P25 (d50 = 30-40 nm) von der Fa. Degussa erhältlich. Als SiO2-Teilchen können z.B. Kieselsole, wie die Levasile®, Kieselsole der Bayer AG, oder pyrogene Kieselsäuren, z.B. die Aerosil-Produkte von Degussa, verwendet werden.The particles which can be used are usually also commercially available as powders or as suspensions or sol in a solvent. The particularly preferred Ti0 2 particles are available, for example, as P25 (d 50 = 30-40 nm) from Degussa. SiO 2 particles which can be used are, for example, silica sols, such as the Levasile®, silica sols from Bayer AG, or pyrogenic silicas, for example the Degussa Aerosil products.
Die Beschichtungszusammensetzung kann auch aus hydrolysierbaren Verbindungen nach dem Sol-Gel-Verfahren erhalten werden. Beim Sol-Gel-Verfahren, das auch zur gesonderten Herstellung der Teilchen verwendet werden kann, werden gewöhnlich hydrolysierbare Verbindungen mit Wasser, gegebenenfalls unter saurer oder basischer Katalyse, hydrolysiert und gegebenenfalls zumindest teilweise kondensiert. Die Hydrolyse- und/oder Kondensationsreaktionen führen zur Bildung von Verbindungen oder Kondensaten mit Hydroxy-, Oxogruppen und/oder Oxobrücken, die als Vorstufen dienen. Es können stöchiometrische Wassermengen, aber auch geringere oder größere Mengen verwendet werden. Das sich bildende Sol kann durch geeignete Parameter, z.B. Kondensationsgrad, Lösungsmittel oder pH-Wert, auf die für die Beschichtungszusammensetzung gewünschte Viskosität eingestellt werden. Weitere Einzelheiten des Sol-Gel-Verfahrens sind z.B. bei C.J. Brinker, G.W. Scherer: "Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel-Pro- cessing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990) beschrieben.The coating composition can also be obtained from hydrolyzable compounds by the sol-gel method. In the sol-gel process, which can also be used for the separate production of the particles, hydrolyzable compounds are usually hydrolyzed with water, optionally with acidic or basic catalysis, and optionally at least partially condensed. The hydrolysis and / or condensation reactions lead to the formation of compounds or condensates with hydroxyl, oxo groups and / or oxo bridges, which serve as precursors. Stoichiometric amounts of water, but also smaller or larger amounts can be used. The sol that forms can be adjusted by suitable parameters, e.g. Degree of condensation, solvent or pH, are adjusted to the viscosity desired for the coating composition. Further details of the sol-gel process are e.g. at C.J. Brinker, G.W. Scherer: "Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel-Processing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990).
Die einsetzbaren hydrolysierbaren Verbindungen weisen insbesondere die allgemeine Formel MXa auf, worin M das vorstehend definierte glas- oder keramikbil- dende Element M ist, X eine hydrolysierbare Gruppe oder Hydroxy ist, wobei zwei Gruppen X durch eine Oxogruppe ersetzt sein können, und a der Wertigkeit des Elements entspricht und meist 3 oder 4 ist. Beispiele für die hydrolysierbaren Gruppen X, die gleich oder voneinander verschieden sein können, sind Wasserstoff, Halogen (F, CI, Br oder I, insbesondere Cl oder Br), Alkoxy (z.B. Cι-6-Alkoxy, wie z.B. Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i-Propoxy und n-, i-, sek.- oder tert.-Butoxy), Aryloxy (vorzugsweise Cβ-io-Aryloxy, wie z.B. Phenoxy), Alkaryloxy, z.B. Benzoyloxy, Acyloxy (z.B. C-ι-6-AcyIoxy, vorzugsweise Cι_4-Acyloxy, wie z.B. Acetoxy oder Propionyloxy), Amino und Alkylcarbonyl (z.B. C2-7-Alkylcarbonyl wie Acetyl). Zwei oder drei Gruppen X können auch miteinander verbunden sein, z.B. bei Si-Polyolkomplexen mit Glycol, Glycerin oder Brenzcatechin. Die genannten Gruppen können gegebenenfalls Sub- stituenten, wie Halogen oder Alkoxy, enthalten. Bevorzugte hydrolysierbare Reste X sind Halogen, Alkoxygruppen und Acyloxygruppen.The hydrolyzable compounds that can be used have in particular the general formula MX a , in which M is the glass or ceramic image defined above. Ending element is M, X is a hydrolyzable group or hydroxy, where two groups X can be replaced by an oxo group, and a corresponds to the valence of the element and is usually 3 or 4. Examples of the hydrolysable groups X, which may be the same or different, are hydrogen, halogen (F, Cl, Br or I, particularly Cl or Br), alkoxy (for example, Cι -6 alkoxy, such as methoxy, ethoxy, n -Propoxy, i-propoxy and n-, i-, sec.- or tert-butoxy), aryloxy (preferably Cβ-io-aryloxy, such as phenoxy), alkaryloxy, e.g. benzoyloxy, acyloxy (e.g. C-ι- 6 -AcyIoxy, preferably Cι_ 4 -acyloxy, such as acetoxy or propionyloxy), amino and alkylcarbonyl (for example C 2-7 alkylcarbonyl such as acetyl). Two or three groups X can also be connected to one another, for example in the case of Si-polyol complexes with glycol, glycerol or pyrocatechol. The groups mentioned can optionally contain substituents, such as halogen or alkoxy. Preferred hydrolyzable radicals X are halogen, alkoxy groups and acyloxy groups.
Bei den einsetzbaren Titanverbindungen handelt es sich insbesondere um hydrolysierbare Verbindungen der Formel TiX4. Konkrete und bevorzugt eingesetzte Titanate zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung nach dem Sol-Gel- Verfahren sind TiCI4, Ti(OCH3)4> Ti(OC2H5)4, Ti(2-ethylhexoxy)4, Ti(n-OC3H7)4 oder Ti(i-OC3H7)4. Beispiele für hydrolysierbare Silane, die zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden können, sind Si(OCH3)4, Si(OC2H5)4, Si(O-n- oder -i-C3H7) , Si(OC4H9)4, SiCI4, HSiCI3, Si(OOCCH3)4. Weitere Beispiele für einsetzbare hydrolysierbare Verbindungen von Elementen M sind AI(OCH3)3, AI(OC2H5)3j AI(0-n-C3H7)3, AI(O-i-C3H7)3, AI(0-n-C4H9)3l AI(O-sek.-C4H9)3, AICI3, AICI(OH)2, AI(OC2H4OC4H9)3, ZrCI4, Zr(OC2H5)4, Zr(O-n-C3H7)4, Zr(O-i-C3H7)4, Zr(OC4Hg)4, ZrOCI2, Zr(2-ethylhexoxy)4, sowie Zr-Verbindungen, die komplexierende Reste aufweisen, wie z.B. ß-Diketon- und (Meth)acrylreste, Natriummethylat, Kalium- acetat, Borsäure, BCI3, B(OCH3)3, B(OC2H5)3, SnCI4, Sn(OCH3)4, Sn(OC2H5)4, VOCI3 und VO(OCH3)3.The titanium compounds that can be used are in particular hydrolyzable compounds of the formula TiX 4 . Specific and preferably used titanates for the production of a coating composition according to the sol-gel process are TiCl 4 , Ti (OCH 3 ) 4> Ti (OC 2 H 5 ) 4 , Ti (2-ethylhexoxy) 4 , Ti (n-OC 3 H 7 ) 4 or Ti (i-OC 3 H 7 ) 4 . Examples of hydrolyzable silanes which can be used to prepare the coating composition are Si (OCH 3 ) 4 , Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (On- or -iC 3 H 7 ), Si (OC 4 H 9 ) 4 , SiCI 4 , HSiCI 3 , Si (OOCCH 3 ) 4 . Further examples of hydrolyzable compounds of elements M which can be used are AI (OCH 3 ) 3 , AI (OC 2 H 5 ) 3j AI (0-nC 3 H 7 ) 3 , AI (OiC 3 H 7 ) 3 , AI (0-nC 4 H9) 3l AI (O-sek.-C 4 H 9 ) 3 , AICI 3 , AICI (OH) 2 , AI (OC 2 H 4 OC 4 H 9 ) 3 , ZrCI 4 , Zr (OC 2 H 5 ) 4 , Zr (OnC 3 H 7 ) 4 , Zr (OiC 3 H 7 ) 4 , Zr (OC 4 Hg) 4 , ZrOCI 2 , Zr (2-ethylhexoxy) 4 , and Zr compounds which have complexing radicals, such as e.g. ß-diketone and (meth) acrylic residues, sodium methylate, potassium acetate, boric acid, BCI 3 , B (OCH 3 ) 3 , B (OC 2 H 5 ) 3 , SnCI 4 , Sn (OCH 3 ) 4 , Sn ( OC 2 H 5 ) 4 , VOCI 3 and VO (OCH 3 ) 3 .
Gegebenenfalls können auch zum Teil hydrolysierbare Verbindungen mit nicht- hydrolysierbaren organischen Resten eingesetzt werden, so dass organisch modifizierte anorganische Kondensate erhalten werden. Diese können zur Flexibilisierung oder Vernetzung der hydrophilen Schicht dienen. Hierbei handelt es sich bevorzugt um Silane der Formel RnSiX -n, worin die Reste R gleich oder verschieden sind und nicht-hydrolysierbare Gruppen darstellen, die Reste X gleich oder verschieden sind und wie oben für MXa definiert sind und n den Wert 1 , 2 oder 3 hat. Die nicht- hydrolysierbaren Reste R sind z.B. Alkyl (z.B. Cι-4-Alkyl), C2-4-Alkenyl, C2. -AIkinyl, Cβ-io-Aryl und entsprechende Aralkyl- und Alkarylgruppen. Die Reste R können Substituenten aufweisen. Bei den Substituenten kann es sich um funktioneile Gruppen handeln, über die nach Bedarf auch eine Vernetzung des Kondensats über die organischen Gruppen möglich ist oder über die weitere polare Gruppen eingeführt werden. Übliche Substituenten sind z.B. Halogen, Epoxid (z.B. Glycidyl oder Glycidyloxy), Hydroxy, Ether, Amino, Monoalkylamino, Dialkylamino, gegebenenfalls substituiertes Anilino, Amid, Carboxy, Alkenyl, Alkinyl, Acryl, Acryloxy, Methacryl, Methacryloxy, Mercapto, Cyano, Alkoxy, Isocyanato, Aldehyd, Alkylcarbonyl, Säureanhydrid und Phosphorsäure. Diese Substituenten sind über zweiwertige Brückengruppen, insbesondere Alkylen-, Alkenylen- oder Arylen- Brückengruppen, die durch Sauerstoff- oder -NH-Gruppen unterbrochen sein können, an das Siliciumatom gebunden. Bevorzugte Beispiele für nicht-hydrolysierbare Reste R mit funktioneilen Gruppen, über die eine Vernetzung möglich ist, sind Glycidyloxypropyl und (Meth)acryloxypropyl. ((Meth)acryl steht für Methacryl oder Acryl).If appropriate, partially hydrolyzable compounds with non-hydrolyzable organic radicals can also be used, so that organically modified inorganic condensates are obtained. These can be used for flexibility or crosslink the hydrophilic layer. These are preferably silanes of the formula R n SiX - n , in which the radicals R are identical or different and represent non-hydrolyzable groups, the radicals X are identical or different and are as defined above for MX a and n is 1 , 2 or 3. The non-hydrolyzable radicals R are, for example, alkyl (for example C 4 alkyl), C 2-4 alkenyl, C 2 . -Alkinyl, Cβ-io-aryl and corresponding aralkyl and alkaryl groups. The radicals R can have substituents. The substituents can be functional groups via which the condensate can also be crosslinked via the organic groups, or via which other polar groups are introduced. Typical substituents are, for example, halogen, epoxy (for example glycidyl or glycidyloxy), hydroxy, ether, amino, monoalkylamino, dialkylamino, optionally substituted anilino, amide, carboxy, alkenyl, alkynyl, acrylic, acryloxy, methacrylic, methacryloxy, mercapto, cyano, alkoxy, Isocyanato, aldehyde, alkylcarbonyl, acid anhydride and phosphoric acid. These substituents are bonded to the silicon atom via divalent bridging groups, in particular alkylene, alkenylene or arylene bridging groups, which can be interrupted by oxygen or -NH groups. Preferred examples of non-hydrolyzable radicals R with functional groups via which crosslinking is possible are glycidyloxypropyl and (meth) acryloxypropyl. ((Meth) acrylic stands for methacrylic or acrylic).
Als einsetzbare Lösungsmittel kommen sowohl Wasser als auch organische Lösungsmittel oder Mischungen in Betracht. Dabei handelt es sich um die üblichen, auf dem Gebiet der Beschichtung eingesetzten Lösungsmittel. Beispiele für geeignete organische Lösungsmittel sind Alkohole, vorzugsweise niedere aliphatische Alkohole (C-i-Cs-Alkohole), wie Methanol, Ethanol, 1-Propanol, i-Propanol und 1-Butanol, Ketone, vorzugsweise niedere Dialkylketone, wie Aceton und Methylisobutylketon, Ether, vorzugsweise niedere Dialkylether, wie Diethylether, oder Diolmonoether, Amide, wie Dimethylformamid, Tetrahydrofuran, Dioxan, Sulfoxide, Sulfone oder Butylglycol und deren Gemische. Bevorzugt werden Alkohole verwendet. Es können auch hochsiedende Lösungsmittel verwendet werden. Beim Sol-Gel-Verfahren kann das Lösungsmittel gegebenenfalls ein bei der Hydrolyse gebildeter Alkohol aus den Alkoholatverbindungen sein. Die Beschichtungszusammensetzung kann ferner gegebenenfalls Polymere aller Art als Flexibilisatoren enthalten. Gegebenenfalls können organische Bindemittel verwendet werden. Bei Einsatz von Teilchen in der Beschichtungszusammensetzung kann auch ein nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestelltes HydrolysatΛ orkondensat gewissermaßen als anorganisches Bindemittel dienen, das gegebenenfalls organisch modifiziert ist. Wenn in der organischen Modifizierung funktionelle Gruppen vorliegen, ist hierüber wie bei organischen Bindemitteln eine Vernetzung möglich.Suitable solvents are both water and organic solvents or mixtures. These are the usual solvents used in the field of coating. Examples of suitable organic solvents are alcohols, preferably lower aliphatic alcohols (Ci-Cs alcohols), such as methanol, ethanol, 1-propanol, i-propanol and 1-butanol, ketones, preferably lower dialkyl ketones, such as acetone and methyl isobutyl ketone, ethers, preferably lower dialkyl ethers, such as diethyl ether, or diol monoether, amides, such as dimethylformamide, tetrahydrofuran, dioxane, sulfoxides, sulfones or butylglycol and mixtures thereof. Alcohols are preferably used. High-boiling solvents can also be used. In the sol-gel process, the solvent can optionally be an alcohol formed from the alcoholate compounds during the hydrolysis. The coating composition can furthermore optionally contain polymers of all kinds as flexibilizers. If necessary, organic binders can be used. When particles are used in the coating composition, a hydrolyzate or condensate prepared by the sol-gel process can also serve as an inorganic binder, which is optionally organically modified. If functional groups are present in the organic modification, crosslinking is possible via this, as in the case of organic binders.
Wie gesagt, ist es bevorzugt, dass in der Beschichtungszusammensetzung Materialien enthalten sind, die sich für die Photokatalyse eignen, die vorzugsweise ebenfalls als Teilchen oder als Hydrolysat Vorkondensat vorliegen. Im folgenden wird diese bevorzugte Ausführungsform anhand des besonders bevorzugt eingesetzten, gegebenenfalls dotierten Titandioxids näher erläutert. Die Ausführungen gelten entsprechend auch für andere Photokatalysatoren. Vorzugsweise sind mehr als 15 Gew.-%, bevorzugter mehr als 30 Gew.-%, insbesondere mehr als 60 Gew.-% der hydrophilen Schicht photokatalytisch aktives Material. Insbesondere sind mehr als 80 Gew.-% und bevorzugt mehr als 95 Gew.-% der hydrophilen Schicht photokatalytisch aktives Material.As said, it is preferred that the coating composition contains materials which are suitable for photocatalysis and which are preferably also present as particles or as a hydrolyzate precondensate. This preferred embodiment is explained in more detail below with reference to the particularly preferred, optionally doped titanium dioxide. The statements apply accordingly to other photocatalysts. Preferably more than 15% by weight, more preferably more than 30% by weight, in particular more than 60% by weight of the hydrophilic layer are photocatalytically active material. In particular, more than 80% by weight and preferably more than 95% by weight of the hydrophilic layer are photocatalytically active material.
Das gegebenenfalls dotierte Titandioxid kann in Form von Teilchen oder als HydrolysatΛ orkondensat-Vorstufe in der Beschichtungszusammensetzung enthalten sein. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die hydrophile Schicht aus dem photokatalytisch aktiven Material. Bevorzugt ist das gegebenenfalls dotierte Titandioxid in Form von Teilchen in der Beschichtungszusammensetzung enthalten. Gegebenenfalls können die Teilchen mit organischen und/oder anorganischen Bindemitteln in der Beschichtungszusammensetzung vermischt sein. Als organische Bindemittel kommen alle herkömmlichen Bindemittel in Frage. Als anorganische Bindemittel kommen die oben erläuterten Hydrolysate/Kondensate in Frage. Hierfür sind z. B. Hydrolysate/Kondensate auf silicatischer Basis geeignet. Bei der Ausführungsform, bei der die zur Photokatalyse geeigneten Materialien in Form der Hydrolysate/Vorkondensate verwendet werden, kommen die vorstehend erläuterten hydrolysierbaren Titanverbindungen in Betracht. Auch in diesem Fall können zusätzlich organische oder anorganische Bindemittel, vorzugsweise auf silicatischer Basis, verwendet werden.The optionally doped titanium dioxide can be present in the coating composition in the form of particles or as a hydrolyzate precursor. In a preferred embodiment, the hydrophilic layer consists of the photocatalytically active material. The optionally doped titanium dioxide is preferably contained in the coating composition in the form of particles. The particles can optionally be mixed with organic and / or inorganic binders in the coating composition. All conventional binders are suitable as organic binders. The hydrolysates / condensates explained above are suitable as inorganic binders. For this, z. B. Suitable hydrolyzates / condensates on a silicate basis. In the embodiment in which the materials suitable for photocatalysis are used in the form of the hydrolyzates / precondensates, the hydrolyzable titanium compounds explained above come into consideration. In this case too in addition organic or inorganic binders, preferably based on silicate, can be used.
Für die Beschichtung des Substrats mit der Beschichtungszusammensetzung können die üblichen Beschichtungsverfahren Verwendung finden, z.B. Tauchen, Rollen, Rakeln, Fluten, Ziehen, Spritzen, Schleudern oder Aufstreichen. Die aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung wird gegebenenfalls getrocknet und gehärtet oder verdichtet.The usual coating methods can be used for coating the substrate with the coating composition, e.g. Diving, rolling, knife coating, flooding, pulling, spraying, spinning or painting. The applied coating composition is optionally dried and hardened or compacted.
Sofern vernetzbare organische oder anorganische Bindemittel verwendet werden, kommt eine thermische oder photochemische Härtung der Schicht in Betracht. Bei der photochemischen Härtung ist Bestrahlung mit UV-Licht zweckmäßig. Ohne vernetzbare Gruppe wird die hydrophile Schicht durch Wärmebehandlung verdichtet oder eingebrannt. Die Temperatur und Dauer für Härtung oder Verdichtung bzw. Einbrennen hängen naturgemäß von den verwendeten Materialien ab. Im allgemeinen sind Temperaturen zwischen 90 und 600°C für eine Verdichtung zweckmäßig.If crosslinkable organic or inorganic binders are used, thermal or photochemical curing of the layer can be considered. Irradiation with UV light is expedient for photochemical curing. Without a crosslinkable group, the hydrophilic layer is compacted or burned in by heat treatment. The temperature and duration for hardening or compaction or baking naturally depend on the materials used. In general, temperatures between 90 and 600 ° C are appropriate for compression.
Es können Nachbehandlungen durchgeführt werden, um die Schicht hydrophil(er) und/oder photokatalytisch aktiv(er) zu machen. Nach dem Härten/Verdichten wird bevorzugt eine Aktivierung durch Belichtung, vorzugsweise mit UV-Licht, durchgeführt. Es kann aber auch mit sichtbarem Licht gearbeitet werden, soweit die Dotierung der photoaktiven Komponenten zu einer Sensibilität im sichtbaren Licht geeignet ist. So ist z.B. beschrieben worden, dass die Dotierung mit Platinkomplexen geeignet ist, eine hohe Sensibilität schon im sichtbaren Licht zu erreichen. Die Aktivierung durch Belichtung kann bewirken, dass die Schicht hydrophil wird und/oder die photokatalytische Aktivität sich ausbildet, falls dies notwendig ist. Die Aktivierung ist insbesondere bei . gegebenenfalls dotiertes Titandioxid enthaltenden Schichten sinnvoll.Post-treatments can be carried out to make the layer hydrophilic and / or photocatalytically active. After hardening / compacting, activation by exposure, preferably with UV light, is preferably carried out. However, visible light can also be used, provided the doping of the photoactive components is suitable for sensitivity in visible light. For example, It has been described that doping with platinum complexes is suitable for achieving high sensitivity even in visible light. Activation by exposure can cause the layer to become hydrophilic and / or the photocatalytic activity to develop if necessary. The activation is especially at. layers containing optionally doped titanium dioxide make sense.
Die hydrophile Schicht weist zweckmäßigerweise eine Dicke von 1 bis 100 μm, vorzugsweise 2 bis 20 μm und insbesondere 3 bis 10 μm auf. Demgegenüber ist die darauf aufgebrachte hydrophobe Schicht bevorzugt ausgesprochen dünn. In diesem Sinne kann man sie auch als Film bezeichnen. Die hydrophobe Schicht weist vorzugsweise eine Schichtdicke von nicht mehr als 100 nm auf, z.B. im Bereich von 50 bis 100 nm. Noch bevorzugter handelt es sich bei der hydrophoben Schicht um einen molekularen Film, d.h um eine oder wenige "Lagen" der die hydrophobe Schicht bildenden Substanzen auf der Oberfläche der hydrophilen Schicht, z.B. mono-, di- oder trimolekulare Schichten.The hydrophilic layer expediently has a thickness of 1 to 100 μm, preferably 2 to 20 μm and in particular 3 to 10 μm. In contrast is the the hydrophobic layer applied thereon is preferably extremely thin. In this sense it can also be called a film. The hydrophobic layer preferably has a layer thickness of not more than 100 nm, for example in the range from 50 to 100 nm. Even more preferably, the hydrophobic layer is a molecular film, ie one or a few “layers” of the hydrophobic layer forming substances on the surface of the hydrophilic layer, for example mono-, di- or trimolecular layers.
Die hydrophobe Schicht wird insbesondere durch Hydrophobisierung der hydrophilen Schicht hergestellt. Hierfür wird vorzugsweise ein Hydrophobiermittel in üblicher Weise aufgebracht. Für das Hydrophobiermittel können alle herkömmlichen, in der Technik bekannten hydrophobisierenden Substanzen herangezogen werden. Dies können z.B. Kohlenwasserstoffe, organische Verbindungen mit langen Alkylketten oder deren Salze, organische Polymere, organisch modifizierte anorganische Monomere oder Polymere, insbesondere Siliciumverbindungen, oder deren Mischungen sein. Die hydrophobisierende Substanz kann in reiner Form oder bevorzugt in einem Lösungsmittel verwendet werden. Es können eine oder mehrere hydrophobisierende Substanzen verwendet werden.The hydrophobic layer is produced in particular by hydrophobizing the hydrophilic layer. For this purpose, a hydrophobizing agent is preferably applied in the usual way. All conventional hydrophobizing substances known in the art can be used for the hydrophobizing agent. This can e.g. Hydrocarbons, organic compounds with long alkyl chains or their salts, organic polymers, organically modified inorganic monomers or polymers, in particular silicon compounds, or mixtures thereof. The hydrophobizing substance can be used in pure form or preferably in a solvent. One or more hydrophobizing substances can be used.
Beispiele für hydrophobisierende Substanzen für die hydrophobe Schicht im Hydrophobiermittel sind Paraffine, Wachse, Fette und Öle, Fettsäuren, Ölsäuren, Metallseifen, Zinn-organische Verbindungen, Silazane, Silane und Silicone. Beispiele für Wachse sind natürliche Wachse, wie Candelillawachs und Camaubawachs, synthetisch modifizierte Wachse, wie Montanesterwachse, oder synthetische Wachse, wie Polyalkylenwachse. Silazane weisen die Formel H3Si-(NH-SiH2)n-NH- SiH3 auf, worin n größer gleich 1 ist. Es kann sich um cyclische, oligomere oder polymere Verbindungen handeln und sie können z.B. mit Alkylgruppen substituiert sein. Beispiele für einsetzbare Silane sind Silane der vorstehend genannten Formel RnSiX4-n. Hierbei sind solche Verbindungen bevorzugt, in denen R Alkyl, Aryl, Alkaryl oder Aralkyl, insbesondere Cι-4-Alkyl, wie Methyl oder Ethyl, ist und X Halogen oder Alkoxy ist. Bevorzugt sind Alkylchlorsilane und Alkylalkoxysilane, z.B. Methyl- chlorsilane, wie Dimethyldichlorsilan und Trimethylchlorsilan, und Methylethoxy- silane, wie Dimethylethoxysilan. Beispiele für Silicone sind Alkylsiliconöle, z.B. Siliconöle mit C-|.4-Alkyl- oder Phenylgruppen, z.B. Methylphenylsiliconöle oder Methylsiliconöle, und Polymethyl-H-siloxane. Besonders geeignet sind Polydimethyl- siloxane (PDMS). Auch harzartige vernetzte Siloxane können verwendet werden.Examples of hydrophobizing substances for the hydrophobic layer in the hydrophobizing agent are paraffins, waxes, fats and oils, fatty acids, oleic acids, metal soaps, organic tin compounds, silazanes, silanes and silicones. Examples of waxes are natural waxes, such as candelilla wax and camauba wax, synthetically modified waxes, such as montan ester waxes, or synthetic waxes, such as polyalkylene waxes. Silazanes have the formula H3Si- (NH-SiH 2 ) n-NH-SiH 3 , where n is greater than or equal to 1. They can be cyclic, oligomeric or polymeric compounds and they can, for example, be substituted with alkyl groups. Examples of usable silanes are silanes of the formula R n SiX 4-n mentioned above. Compounds are preferred in which R is alkyl, aryl, alkaryl or aralkyl, in particular C 4 -C 4 -alkyl, such as methyl or ethyl, and X is halogen or alkoxy. Alkylchlorosilanes and alkylalkoxysilanes, for example methylchlorosilanes, such as dimethyldichlorosilane and trimethylchlorosilane, and methylethoxysilanes, such as dimethylethoxysilane, are preferred. Examples of silicones are alkyl silicone oils, e.g. Silicone oils with C- |. 4 -alkyl or phenyl groups, for example methylphenyl silicone oils or methyl silicone oils, and polymethyl-H-siloxanes. Polydimethylsiloxanes (PDMS) are particularly suitable. Resin-like cross-linked siloxanes can also be used.
Als Lösungsmittel können Wasser und/oder organische Lösungsmittel, wie z.B. Kohlenwasserstoffe, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ether, Ester, höhere Akohole ab Butanol oder die oben genannten Lösungsmittel, verwendet werden. Die hydrophobisierende Substanz bildet in dem Lösungsmittel vorzugsweise eine Lösung oder eine Emulsion/Dispersion, z.B. wässrige Emulsionen. Das Hydrophobiermittel kann neben der hydrophobierenden Substanz und dem Lösungsmittel ferner gegebenenfalls metallische Katalysatoren, Emulgiermittel und/oder Polymere aller Art als Flexibilisatoren enthalten. Das Hydrophobiermittel wird in herkömmlicher Weise auf die hydrophile Schicht aufgebracht. Jedes geeignete Auftragverfahren kann verwendet werden, z.B. Reiben oder die oben genannten Beschichtungsverfahren. Danach erfolgt in der Regel nur eine Trocknung zum Abdampfen des Lösungsmittels. Die Schichtdicke kann z.B. durch die Verdünnung im Lösungsmittel gesteuert werden. Gegebenenfalls kann auch eine Wärmebehandlung zur stärkeren Bindung an die hydrophile Schicht erfolgen. In der Regel ist es aber zweckmäßig, dass die hydrophobisierenden Substanzen keine kovalente Bindung mit den Oberflächengruppen der hydrophilen Schicht eingehen, allerdings ergeben solche Bindungen keine wesentliche Beeinträchtigung.Water and / or organic solvents, such as e.g. Hydrocarbons, chlorinated hydrocarbons, ethers, esters, higher alcohols from butanol or the solvents mentioned above can be used. The hydrophobizing substance preferably forms a solution or an emulsion / dispersion in the solvent, e.g. aqueous emulsions. In addition to the hydrophobizing substance and the solvent, the hydrophobizing agent can also optionally contain metallic catalysts, emulsifying agents and / or polymers of all kinds as flexibilizers. The hydrophobizing agent is applied to the hydrophilic layer in a conventional manner. Any suitable application method can be used, e.g. Rubbing or the above coating processes. After that, there is usually only drying to evaporate the solvent. The layer thickness can e.g. controlled by dilution in the solvent. If necessary, heat treatment can also be carried out for stronger binding to the hydrophilic layer. As a rule, however, it is expedient that the hydrophobizing substances do not form a covalent bond with the surface groups of the hydrophilic layer, but such bonds do not result in any significant impairment.
Das so erhaltene Substrat wird bildmäßig belichtet. Die Strukturierung kann z.B. durch eine Maskentechnik, über holographische Techniken, z.B. Zweiwellenmischen, und durch Laserschreibverfahren erfolgen. Zur Belichtung wird vorzugsweise UV- Licht oder Licht im sichtbaren Bereich verwendet. Bei Verwendung von Laserlicht können kommerziell erhältliche Systeme (z.B. Lasergravurgeräte) verwendet werden. Zweckmäßigerweise wird Laserlicht mit Strahlung im Ultraviolettbereich aber auch im Infrarotbereich (IR- oder UV-Bereich) verwendet. Ein geeigneter Laser ist "der CO2- Laser. Bei photokatalytisch aktiven hydrophilen Schichten werden bevorzugt UV- Laser verwendet. Die Schreibgeschwindigkeit oder die Belichtungsdauer wird der hydrophoben Schichtdicke angepasst und liegt im Bereich von- weniger als 1 s bis zu längeren Belichtungszeiten. Durch die Belichtung der Oberfläche erfolgt eine Zersetzung der hydrophoben Schicht in den bildmäßig belichteten Bereichen, wobei in diesen Bereichen die darunter liegende hydrophile Schicht freigelegt wird. Auf diese Weise wird die gewünschte Struktur auf der Oberfläche gebildet. Bei der Struktur handelt es sich bevorzugt um eine Mikrostruktur, d.h. zumindest in einigen Bereichen werden Strukturen mit Feinheiten im Mikrometerbereich gebildet. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird davon ausgegangen, dass bei der Zersetzung der hydrophoben Schicht die darin befindlichen hydrophobisierenden Substanzen zersetzt, abgedampft oder oxidiert werden. Vorzugsweise findet eine rückstandsfreie Zersetzung statt. Die Zersetzung ist dann am effektivsten, wenn sie durch Photokatalysatoren in der hydrophilen Schicht unterstützt wird, so dass die photokatalytische Zersetzung bevorzugt ist.The substrate thus obtained is exposed imagewise. The structuring can take place, for example, using a mask technique, holographic techniques, for example two-wave mixing, and laser writing processes. UV light or light in the visible range is preferably used for exposure. If laser light is used, commercially available systems (eg laser engraving devices) can be used. Laser light with radiation in the ultraviolet range but also in the infrared range (IR or UV range) is expediently used. A suitable laser is " the CO 2 laser. UV lasers are preferably used in the case of photocatalytically active hydrophilic layers. The writing speed or the exposure time is adapted to the hydrophobic layer thickness and ranges from less than 1 s to longer exposure times. The exposure of the surface causes the hydrophobic layer to decompose in the image-wise exposed areas, the hydrophilic layer underneath being exposed in these areas. In this way, the desired structure is formed on the surface. The structure is preferably a microstructure, ie at least in some areas, structures with subtleties in the micrometer range are formed. Without wishing to be bound by theory, it is assumed that when the hydrophobic layer is decomposed, the hydrophobizing substances therein are decomposed, evaporated or oxidized. Residue-free decomposition preferably takes place. The decomposition is most effective if it is supported by photocatalysts in the hydrophilic layer, so that photocatalytic decomposition is preferred.
Die so erhaltenen Substrate eignen sich hervorragend zum Drucken einer Struktur auf ein Empfangsmedium. Hierbei wird ein Druckmaterial, dass hydrophob oder hydrophil ist, auf das Substrat aufgebracht, wobei sich das Material aufgrund des hydrophilen/hydrophoben Charakters nur auf den hydrophilen/hydrophoben Bereichen der strukturierten Oberfläche des Substrats abscheidet. Natürlich verteilt sich ein hydrophiles Material auf die hydrophilen Bereiche der Oberfläche und ein hydrophobes Material auf die hydrophoben Bereiche. Anschließend wird das mit dem Material beladene Substrat mit einem Empfangsmedium in Kontakt gebracht, wobei zweckmäßigerweise Druck angewendet wird, und dann werden Substrat und Empfangsmedium unter bildmäßiger Übertragung des Materials auf das Empfangsmedium voneinander getrennt.The substrates obtained in this way are outstandingly suitable for printing a structure on a receiving medium. Here, a printing material that is hydrophobic or hydrophilic is applied to the substrate, the material being deposited due to the hydrophilic / hydrophobic character only on the hydrophilic / hydrophobic areas of the structured surface of the substrate. Of course, a hydrophilic material is distributed over the hydrophilic areas of the surface and a hydrophobic material over the hydrophobic areas. The substrate loaded with the material is then brought into contact with a receiving medium, expediently using pressure, and then the substrate and the receiving medium are separated from one another with image-wise transfer of the material to the receiving medium.
Das Druckverfahren kann, abgesehen vom erfindungsgemäßen Substrat, wie bei einem herkömmlichen Flachdruckverfahren durchgeführt werden. Beispiele für Flachdruckverfahren sind die Lithographie und der Offsetdruck. Das Substrat kann z.B. als Druckplatte oder -walze verwendet werden. Das Druckmaterial kann zum Beispiel durch Sprühen, Tauchen, Rakeln, Streichen oder mittels Walzen aufgebracht werden. Mit dem erfinduπgsgemäßen Verfahren ist es möglich, über den Wechsel von Hydrophilie und Hydrophobie eine Übertragung von nahezu beliebigen flüssigen bis pastösen Komponenten zu erhalten. Das Material zum Drucken weist flüssige bis pastöse Konsistenz auf. Es kann sich z.B. um wässrige Lösungen, Suspensionen oder Pasten handeln. Es können die üblichen Materialien, die zum Druck oder zur Übertragung in der Technik bekannt sind, verwendet werden. Es kann sich z.B. um metallhaltige Pasten, keramikhaltige Pasten und halbleiterhaltige Pasten oder entsprechende Suspensionen handeln. Werden die beladenen Oberflächen auf ein Empfangsmedium gedrückt, tritt dieses mit den auf der beladenen Oberfläche befindlichen Komponenten in Wechselwirkung, so dass ein Abbild der Struktur auf dem entsprechenden Empfangsmedium erzeugt werden kann. Das auf das Empfangsmedium übertragene Material kann getrocknet, gehärtet, verdichtet oder in anderer Weise weiterbehandelt werden.Apart from the substrate according to the invention, the printing process can be carried out as in a conventional planographic printing process. Examples of planographic printing processes are lithography and offset printing. The substrate can be used, for example, as a printing plate or roller. The printing material can be applied, for example, by spraying, dipping, knife coating, brushing or by means of rollers. With the method according to the invention, it is possible to obtain a transfer of almost any liquid to pasty components by alternating hydrophilicity and hydrophobicity. The printing material has a liquid to pasty consistency. For example, they can be aqueous solutions, suspensions or pastes. The usual materials known in the art for printing or transmission can be used. It can be, for example, metal-containing pastes, ceramic-containing pastes and semiconductor-containing pastes or corresponding suspensions. If the loaded surfaces are pressed onto a receiving medium, this interacts with the components located on the loaded surface, so that an image of the structure can be produced on the corresponding receiving medium. The material transferred to the receiving medium can be dried, hardened, compressed or further processed in another way.
Das Empfangsmedium kann z. B. ein solches sein, das zum Aufbau mikroelektronischer Schaltungen geeignet ist. Es kann sich z.B. um Kunststoff, z.B. eine Kunststofffolie, Metall, Papier, Glas oder eine keramische Oberfläche handeln. Natürlich sind die Eigenschaften des Empfangsmediums, z.B. bezüglich der Hydrophilie, mit denen des Materials zum Drucken abzustimmen.The receiving medium can e.g. B. be one that is suitable for building microelectronic circuits. For example, around plastic, e.g. a plastic film, metal, paper, glass or a ceramic surface. Of course, the properties of the receiving medium, e.g. regarding the hydrophilicity with which the material for printing is to be coordinated.
Bei Einsatz von photokatalytisch aktiven, hydrophilen Schichten können die freigelegten Bereiche zur Vermeidung von unerwünschten Reaktionen auch mit einer anderen hydrophilen Schicht als Schutzschicht überschichtet werden. Die Immobilisierung bzw. Deponierung des eigentlichen Materials zum Drucken kann dann auf dieser zweiten hydrophilen Schicht erfolgen.When using photocatalytically active, hydrophilic layers, the exposed areas can also be covered with another hydrophilic layer as a protective layer to avoid undesired reactions. The actual material for printing can then be immobilized or deposited on this second hydrophilic layer.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bereits strukturierte Substrate auch umstrukturiert werden können. Dies kann z.B. nach einer Beschädigung oder einer gewünschten Änderung des zu druckenden Musters zweckmäßig sein. So kann man das strukturierte Substrat, das für einen oder mehrere Druckvorgänge verwendet wurde, nach einer groben Reinigung des Systems (zur Entfernung von zurückgebliebenem Druckmaterial) flächenmäßig belichten, so dass es von der hydrophoben Schicht befreit wird. Danach kann eine erneute vollflächige Hydrophobierung erfolgen. Das so regenerierte Substrat steht dann für eine Neustrukturierung mit einem anderen Bildmuster zur Verfügung. Auf diese Weise wird eine beliebig wiederholbare Wiederverwendung möglich. Die Anwendung der Erfindung reicht von- Druckprozessen in der Druckindustrie bis zu einer Transfertechnik, bei der bestimmte Informationen bzw. Strukturen der auf dem Substrat aufgezogenen Materialien übertragen werden. Eine weitere Anwendung ist der Aufbau von Strukturen, insbesondere MikroStrukturen, wie Mikroreaktoren, Tüpfelplatten oder auch Reaktoren für die Kombinatorik, bei denen entsprechende hydrophile oder hydrophobe Bereiche entstehen. Eine weitere Anwendung besteht in der Erzeugung von sehr feinen Strukturen im Nano- oder Mikrometerbereich, bei denen die Hydrophilie oder die Hydrophobie zur Aufnahme von Zellen oder anderen biologischen Komponenten in gewünschten Anordnungen (Arrays) eingesetzt wird. Another advantage of the invention is that already structured substrates can also be restructured. This can be useful, for example, after damage or a desired change to the pattern to be printed. Thus, after a rough cleaning of the system (to remove residual printing material), the structured substrate, which was used for one or more printing processes, can be exposed areally, so that it is freed of the hydrophobic layer. After that, the entire surface can be waterproofed again. The substrate regenerated in this way is then available for restructuring with a different image pattern. In this way, any re-use that can be repeated is possible. The application of the invention ranges from printing processes in the printing industry to a transfer technique in which certain information or structures of the materials grown on the substrate are transferred. Another application is the construction of structures, in particular microstructures, such as microreactors, spot plates or also reactors for combinatorics, in which corresponding hydrophilic or hydrophobic areas are formed. Another application is the production of very fine structures in the nano or micrometer range, in which the hydrophilicity or the hydrophobicity is used to accommodate cells or other biological components in desired arrangements (arrays).

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche aus hydrophilen und hydrophoben Bereichen, bei dem man die Oberfläche eines Substrats, das eine hydrophile Schicht und eine darüber liegende hydrophobe Schicht aufweist, bildmäßig belichtet, wobei die hydrophile Schicht in den belichteten Bereichen durch die bei der Belichtung erfolgende Zersetzung der darüber liegenden hydrophoben Schicht freigelegt wird.1. A method for producing a substrate with a structured surface from hydrophilic and hydrophobic areas, in which the surface of a substrate having a hydrophilic layer and an overlying hydrophobic layer is exposed imagewise, the hydrophilic layer in the exposed areas by the the exposure to decomposition of the overlying hydrophobic layer is exposed.
2. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche nach Anspruch 1 , bei dem die hydrophile Schicht eine hydrophile, photokatalytisch aktive Schicht ist, wobei die hydrophile Schicht in den belichteten Bereichen durch photokatalytische Zersetzung der darüber liegenden hydrophoben Schicht freigelegt wird.2. A method for producing a structured surface substrate according to claim 1, wherein the hydrophilic layer is a hydrophilic, photocatalytically active layer, the hydrophilic layer being exposed in the exposed areas by photocatalytic decomposition of the overlying hydrophobic layer.
3. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Laserlicht belichtet wird.3. A method for producing a substrate with a structured surface according to claim 1 or 2, characterized in that exposure is carried out with laser light.
4. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit UV-Licht, IR- Licht oder Licht im sichtbaren Bereich belichtet wird.4. A method for producing a substrate with a structured surface according to one of claims 1 to 3, characterized in that exposure to UV light, IR light or light in the visible range.
5. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die bildmäßige Belichtung ein Maskenverfahren, ein holographisches Verfahren oder ein Laserschreibverfahren verwendet wird.5. A method for producing a substrate with a structured surface according to one of claims 1 to 4, characterized in that a mask method, a holographic method or a laser writing method is used for the imagewise exposure.
6. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Beschichtungszusammensetzung für die hydrophile Schicht, die vorzugsweise für die Photokatalyse geeignete Materialien oder deren Vorstufen umfasst, auf das Substrat aufbringt und härtet oder verdichtet und die gehärtete oder verdichtete Schicht durch Aufbringen eines Hydrophobiermittels hydropho- bisiert.6. A method for producing a substrate with a structured surface according to one of claims 1 to 5, characterized in that a coating composition for the hydrophilic layer, which preferably comprises materials suitable for photocatalysis or their precursors, is applied to the substrate and cured or compacted and the hardened or densified layer by applying a hydrophobizing agent.
7. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die gehärtete oder verdichtete Schicht vor Aufbringen der hydrophoben Schicht durch Belichtung unter Bildung einer hydrophilen, photokatalytisch aktiven Schicht aktiviert.7. A method for producing a substrate with a structured surface according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the hardened or compacted layer is activated before exposure to the hydrophobic layer by exposure to form a hydrophilic, photocatalytically active layer.
8. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die freigelegte hydrophile, photokatalytisch aktive Schicht mit einer anderen hydrophilen Schicht als Schutzschicht überschichtet.8. A method for producing a substrate with a structured surface according to one of claims 2 to 7, characterized in that the exposed hydrophilic, photocatalytically active layer is covered with another hydrophilic layer as a protective layer.
9. Verfahren zum Drucken eines Materials mit flüssiger bis pastöser Konsistenz, bei dem man a) das Material, das hydrophil oder hydrophob ist, auf ein nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 8 hergestelltes Substrat mit strukturierter Oberfläche aufbringt, wobei es sich entsprechend seiner hydrophilen oder hydrophoben Beschaffenheit auf die hydrophilen Bereiche oder auf die hydrophoben Bereiche verteilt, b) das mit dem Material beladene Substrat mit einem Empfangsmedium in Kontakt bringt und das Material bildmäßig auf das Empfangsmedium überträgt.9. A process for printing a material with a liquid to pasty consistency, in which a) the material, which is hydrophilic or hydrophobic, is applied to a substrate with a structured surface produced by the process of one of claims 1 to 8, it being in accordance with its hydrophilic or hydrophobic nature distributed over the hydrophilic areas or onto the hydrophobic areas, b) brings the substrate loaded with the material into contact with a receiving medium and transfers the material to the receiving medium in an imagewise manner.
10. Verfahren zum Drucken eines Materials nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Empfangsmedium eine MikroStruktur aufgebaut wird.10. A method for printing a material according to claim 9, characterized in that a microstructure is built up on the receiving medium.
11. Verfahren zum Drucken eines Materials nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass man nach ein- oder mehrmaligem Drucken mit dem Substrat gegebenenfalls die Oberfläche zumindest grob von zurückgebliebenem Druckmaterial befreit, die strukturierte Oberfläche flächenmäßig belichtet, um die hydrophobe Schicht durch Zersetzung zu entfernen, und die hydrophile Schicht erneut mit einem Hydrophobiermittel hydrophobiert, so dass das Substrat für die Strukturierung mit einem anderen Bildmuster verwendet werden kann.11. A method for printing a material according to claim 10 or claim 11, characterized in that after printing one or more times with the substrate, if necessary, the surface is at least roughly freed of residual printing material, the structured surface is exposed in terms of area to the hydrophobic layer by decomposition to remove, and hydrophobicizing the hydrophilic layer again with a hydrophobizing agent, so that the substrate can be used for structuring with a different image pattern.
12. Substrat, das eine hydrophile, photokatalytisch aktive Schicht und eine darüber liegende hydrophobe Schicht umfasst.12. Substrate comprising a hydrophilic, photocatalytically active layer and an overlying hydrophobic layer.
13. Substrat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Schicht bildmäßig auf der hydrophilen Schicht angeordnet ist, so dass sich eine strukturierte Oberfläche aus hydrophoben Bereichen und hydrophilen Bereichen ergibt.13. The substrate according to claim 12, characterized in that the hydrophobic layer is arranged imagewise on the hydrophilic layer, so that a structured surface results from hydrophobic areas and hydrophilic areas.
14. Substrat nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophile, photokatalytische aktive Schicht TiO2 oder dotiertes TiO2 umfasst oder aus TiO2 oder dotiertem TiO2 besteht.14. Substrate according to claim 12 or claim 13, characterized in that the hydrophilic, photocatalytic active layer comprises TiO 2 or doped TiO 2 or consists of TiO 2 or doped TiO 2 .
15. Substrat nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Schicht Paraffin, Wachs, Öl, Ölsäure, Fett, eine Zinnorganische Verbindung, eine Metallseife, Fettsäure, Silan, Silicon und/oder Silazan umfasst oder daraus besteht. 15. Substrate according to one of claims 12 to 14, characterized in that the hydrophobic layer comprises or consists of paraffin, wax, oil, oleic acid, fat, an organotin compound, a metal soap, fatty acid, silane, silicone and / or silazane.
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