WO2007131474A1 - Beschichtungsmaterial - Google Patents

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WO2007131474A1
WO2007131474A1 PCT/DE2007/000814 DE2007000814W WO2007131474A1 WO 2007131474 A1 WO2007131474 A1 WO 2007131474A1 DE 2007000814 W DE2007000814 W DE 2007000814W WO 2007131474 A1 WO2007131474 A1 WO 2007131474A1
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coating
nanoparticles
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Stefan Goedicke
Frank Gross
Stefan Sepeur
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Nano-X Gmbh
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    • Y10T428/31663—As siloxane, silicone or silane

Definitions

  • the invention relates to a coating material.
  • EP 0 772 514 A1 and DE 199 58 321 describe structured hydrophobic surfaces with self-cleaning properties (Lotos-Effect®). In practice, however, such surfaces are destroyed over time by environmental influences, abrasion, pollination, oil and grease, etc.
  • photocatalytic surfaces that mostly work on the basis of titanium oxide.
  • those known from the following publications are known: DE 101 05 843 A1, EP 0 850 204 B1, EP 1 132 351 B1, EP 1 608 793 A1, EP 0 944 557 B1, WO 97/23572 A, WO 98/03607 A , WO 99/41322 A.
  • UV radiation and water or moisture to form hydrophilic, ie Water spreading surfaces on the dirt from the water or moisture film infiltrated and removed or washed off. This "photocatalytic effect" needs to be maintained, i. for permanent hydrophilization but UV radiation and moisture.
  • the object of the invention is therefore to provide a coating material with which self-cleaning surfaces can be created even indoors and even in the dark.
  • the coating material contains hydrophilic surface components, which are present in nano- or microstructured or in a combined micro- / nanostructured form.
  • hydrophilic surface components which are present in nano- or microstructured or in a combined micro- / nanostructured form.
  • hydrophilic surface constituents are silanol, carbinol or metal hydroxide groups.
  • the nanostructured hydrophilic surface components have a size of 5 to 150 nm, preferably from 5 to 80 nm.
  • microstructured hydrophilic surface constituents have a size of 0.2 to 50 microns, preferably from 1 to 10 microns.
  • hydrophilic surface components such as silanol, carbinol or metal hydroxide groups in general (Si-OH, C-OH, M-OH, ...)
  • nanostructure or a combined structure in the nano- shows no poisoning of the surface. It shows a self-cleaning effect, i. a permanently hydrophilic surface outdoors even without the use of photocatalytically active titanium dioxide compounds or alternative photocatalytically active oxides (tin oxide, zinc oxide, ).
  • An advantageous development of the invention consists in that the coating material for structuring contains nanoparticles.
  • the nanoparticles are silicon dioxide particles or titanium dioxide particles.
  • the coating contains silver or silver oxide nanoparticles.
  • the coating material is applied to a not yet completely dried dye or paint substrate.
  • substrates of glass, ceramic, glass ceramic, stone, concrete, plaster, natural stone, wood, fabric, fabrics, leather, artificial leather, plastics, metals, semi-metals and substrates are coated with painted surfaces.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • Aerosil 300 (Degussa) are added to 500 g of ethanol and dispersed for 10 minutes with a Turrax at 11000 rpm. 17.8 g of tetraethoxysilane (TEOS) are stirred with 10 g of 0.01 N hydrochloric acid for one hour. The clear solution is added slowly with stirring to the aforementioned dispersion.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • TEOS tetraethoxysilane
  • Dynasylan 4140 polyethersilane from Degussa
  • Example 1 to 3 on inorganic substrates such as glass, ceramic, mineral substrates (plaster, concrete, granite, sandstone, ...) or on polymeric substrates (PVC, lake paint, polyester, polycarbonate, ...) are applied and dried (room temperature up to 500 ° C, depending on max Substrates), so you get a surface that is less polluted in comparison to the uncoated control in the outdoor weathering.
  • inorganic substrates such as glass, ceramic, mineral substrates (plaster, concrete, granite, sandstone, ...) or on polymeric substrates (PVC, lake paint, polyester, polycarbonate, ?”
  • the coating systems can be applied either subsequently (D.I.Y., room temperature drying) or in the industrial production process.
  • Example 1 If the solution from Example 1 is applied to a freshly cleaned car paint and left to dry for 1 hour at room temperature, a fine protective film is obtained. This is not, as known from conventional car polishes, highly water-repellent (pearl effect, formation of large drops), but extremely water spreading (formation of a water film). It can be seen that pollution from the environment, traffic and industry is well washed off by (rain) water and moisture (dew) due to this water-spreading effect known from surfactant-containing cleaning agents.
  • the microstructure or the combined micro / nanostructure supports the infiltration and detachment of the contamination by the water film.
  • a roof tile which was spray-coated with a solution from Example 1 and dried at room temperature also shows less soiling in the outdoor weathering.
  • Kitchen linens coated in accordance with the invention have been found to be easier to clean from food residues such as ketchup, mustard, milk, etc. than conventional (uncoated) kitchen tiles.
  • the coating solution to be patented is applied in a "wet-on-wet process".
  • a coating material which gives the substrate a base for example a paint or a paint color
  • the above-described “hydrophilic layer” to be patented is applied to this color layer.
  • the layer composite is cured at temperatures which are usually provided for the color base without a self-cleaning layer.
  • the temperatures for drying are in this case between room temperature and 250 ° C, preferably between room temperature and 180 ° C and more preferably between 60 ° C and 18O 0 C.
  • the coating material can be used, for example, in the following products:
  • Coolers air conditioners, heat exchangers

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial mit selbstreinigenden Eigenschaften. Um ein Beschichtungsmaterial zu schaffen, mit dem auch im Innenbereich und sogar bei Dunkelheit selbstreinigende Oberflächen geschaffen werden können, wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, daß das Beschichtungsmaterial hydrophile Oberflächenbestandteile enthält, welche in nano- oder mikrostrukturierter oder in einer kombinierten mikro-/nanostrukturierten Form vorliegen. Überraschenderweise hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß die beim Lotos-Effect ® auftretenden Prinzipien nicht nur bei hydrophoben, sondern auch bei hydrophilen Oberflächen wirken.

Description

BESCHREIBUNG
Beschichtungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial.
In der EP O 772 514 Al und der DE 199 58 321 Alsind strukturierte hydrophobe Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften (Lotos-Effect ®) beschrieben. In der Praxis werden solche Oberflächen aber im Laufe der Zeit durch Umwelteinflüsse, Abrieb, Polleneintrag, Öl- und Fetteinwirkung, etc. zerstört.
Es gibt andererseits photokatalytische Oberflächen, die meist auf der Basis von Titanoxid funktionieren. Beispielsweise sind solche aus den folgenden Druckschriften bekannt : DE 101 05 843 Al, EP 0 850 204 Bl, EP 1 132 351 Bl, EP 1 608 793 Al, EP 0 944 557 Bl, WO 97/23572 A, WO 98/03607 A, WO 99/41322 A. In Verbindung mit UV-Strahlung und Wasser bzw. Feuchtigkeit bilden sich hydrophile, d.h. Wasser spreitende Oberflächen, auf den Schmutz von dem Wasser- bzw. Feuchtigkeitsfilm unterwandert und abgelöst bzw. abgewaschen wird. Dieser "photokatalytische Effekt" braucht zur Aufrechterhaltung, d.h. zur dauerhaften Hydrophilierung aber UV-Strahlung und Feuchtigkeit. Im Falle von Titandioxiden der Kristallmodifikation Anatas liegt die UV- Anregung bei ca. 380 nm, daher funktioniert dieser Effekt nur in der Außenanwendung. Für eine Innenanwendung müßten besondere Titandioxid-Modifikationen entwickelt werden, welche auch hinter Fensterglas wirken, d.h. die eine Absorption und Anregung bei einer Wellenlänge >410 nm mit einer guten Quantenausbeute zeigen. Aber mit Sicherheit werden auch diese Modifikationen nicht im Dunkeln wirksam sein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Beschichtungsmaterial zu schaffen, mit dem auch im Innenbereich und sogar bei Dunkelheit selbstreinigende Oberflächen geschaffen werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Beschichtungsmaterial hydrophile Oberflächenbestandteile enthält, welche in nano- oder mikrostrukturierter oder in einer kombinierten mikro-/nanostrukturierten Form vorliegen. Überraschenderweise hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß die beim Lotos-Effect ® auftretenden Prinzipien nicht nur bei hydrophoben, sondern auch bei hydrophilen Oberflächen wirken.
Eine Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die hydrophilen Oberflächenbestandteile Silanol, Carbinol oder Metall-Hydroxid-Gruppen sind.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die nanostrukturierten hydrophilen Oberflächenbestandteile eine Größe von 5 bis 150 nm, bevorzugt von 5 bis 80 nm, aufweisen.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die mikrostrukturierten hydrophilen Oberflächenbestandteile eine Größe von 0,2 bis 50 μm, bevorzugt von 1 bis 10 μm, aufweisen.
Durch Ausbildung einer Schicht mit hydrophilen Oberflächenbestandteilen wie Silanol, Carbinol oder allgemein Metall-Hydroxid-Gruppen (Si-OH, C-OH, M-OH, ...)
> mit Glas- und/oder Polymereigenschaften
> und Ausbildung einer Nanostruktur bzw. einer kombinierten Struktur im Nano- (5 bis 150 nm, bevorzugt 5 bis 80 nm) und Mikrometerbereich (0,2 bis 50 μm, bevorzugt 1 bis 10 μm) zeigt sich keine Vergiftung der Oberfläche. Es zeigt sich eine Selbstreinigungswirkung, d.h. eine dauerhaft hydrophile Oberlfäche im Außenbereich auch ohne den Einsatz photokatalytisch aktiver Titandioxidverbindungen oder alternativer photokatalytisch aktiver Oxide (Zinnoxid, Zinkoxid, ...).
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Beschichtungsmaterial zur Strukturierung Nanopartikel enthält.
Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Nanopartikel Siliziumdioxidpartikel oder Titandioxidpartikel sind.
Ebenso ist es zweckmäßig, daß die Beschichtung Silber- oder Silberoxidnanopartikel enthält. Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zum Aufbringen eines erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials, wobei das Beschichtungsmaterial auf einen noch nicht vollständig getrockneten Färb- oder Lackuntergrund aufgetragen wird.
Es ist zur Erfindung gehörig, daß Substrate aus Glas, Keramik, Glaskeramik, Stein, Beton, Putz, Naturstein, Holz, Gewebe, Textilstoffen, Leder, Kunstleder, Kunststoffe, Metalle, Halbmetalle und Substrate mit lackierten Oberflächen beschichtet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Beispiel 1:
20,8 g Tetraethoxysilan (TEOS) werden mit 10 g 0,01 n Salzsäure eine Stunde lang gerührt. Danach wird mit 500,0 g Demiwasser verdünnt und unter Rühren 80,0 g Kieselsol Levasil 200S (H.C. Starck) zugegeben.
Beispiel 2:
In 500 g Ethanol werden 30 g Aerosil 300 (Degussa) gegeben und 10 min mit einem, Turrax bei 11000 U/min dispergiert. 17,8 g Tetraethoxysilan (TEOS) werden mit 10 g 0,01 n Salzsäure eine Stunde lang gerührt. Die klare Lösung wird langsam unter Rühren zu der vorgenannten Dispersion gegeben.
Beispiel 3:
20,8 g Tetraethoxysilan (TEOS) und 2,0 g Dynasylan 4140 (Polyethersilan der Fa. Degussa) werden mit 10 g 0,01 n Salzsäure eine Stunde lang gerührt. Danach wird mit 500,0 g Demiwasser verdünnt und unter Rühren 80,0 g Kieselsol Levasil 200S (H.C. Starck) zugegeben. Die Lösung wird noch 30 min bei RT gerührt.
Werden die Beschichtungsmaterialien aus den Beispielen 1 bis 3 auf anorganische Substrate wie Glas, Keramik, mineralische Untergründe (Putz, Beton, Granit, Sandstein,...) oder auf polymere Untergründe (PVC, Farblack, Polyester, Polycarbonat,...) aufgetragen und getrocknet (Raumtemperatur bis 500°C, je nach max. Dauergebrauchstemperatur des Substrates), so erhält man eine Oberfläche die im Vergleich zur unbeschichteten Kontrolle in der der Freibewitterung weniger verschmutzt.
Die Beschichtungssysteme können entweder nachträglich (D.I. Y., Raumtemperaturtrocknung) oder im industriellen Fertigungsprozeß aufgetragen werden.
Wird die Lösung aus Beispiel 1 auf einen frisch gereinigten Autolack aufgetragen und 1 Stunde bei Raumtemperatur trocknen gelassen, so erhält man einen feinen Schutzfilm. Dieser ist nicht, wie von herkömmlichen Autopolituren bekannt, stark Wasser abweisend (Perleffekt, Ausbildung großer Tropfen), sondern extrem Wasser spreitend (Ausbildung eines Wasserfilms). Es zeigt sich, dass Immissionen aus Umwelt, Verkehr und Industrie durch diesen von tensidhaltigen Reinigungsmitteln her bekannten Wasserspreitungseffekt gut von (Regen-) Wasser und Feuchtigkeit (Tau) abgewaschen werden. Die Mikrostruktur bzw. die kombinierte Mikro-/Nanostruktur unterstützt dabei die Unterwanderung und Ablösung der Verschmutzung durch den Wasserfilm.
Ein Dachziegel, der mit einer Lösung aus Beispiel 1 sprühbeschichtet und bei RT getrocknet wurde zeigt ebenfalls geringere Anschmutzung in der Außenbewitterung.
Eine ebenso beschichtete PVC-Platte verschmutzt weniger als die unbeschichtete Referenz.
Bei erfindungsgemäß beschichteten Küchenfliesen wurde beobachtet, dass diese sich leichter von Lebensmittelrückständen wie Ketchup, Senf, Milch usw. reinigen lassen als herkömmliche (unbeschichtete) Küchenfliesen.
Überraschenderweise hat sich auch gezeigt, dass konventionelle Farben und Lacke während der Applikation mit selbstreinigenden Eigenschaften ausgestattet werden können, ohne dass eine Modifizierung oder Additivierung der Farbe mit „Selbstreinigungszusätzen" notwendig ist.
Hierbei wird die zu patentierende Beschichtungslösung in einem „Naß-in-naß-Verfahren" aufgetragen. Bei dieser Methode wird zunächst ein dem Untergrund farbgebendes Beschichtungsmittel, z.B. eine Farbe oder eine Lackfarbe, aufgebracht. Auf diese Farbschicht wird unmittelbar nach dem Auftragsprozess oder nach einem kurzen Ablüftprozess die oben beschriebene, zu patentierende „Hydrophilschicht" (Beispiele 1 bis 3) aufgebracht.
Dies kann beispielsweise durch zwei hintereinander geschaltete Sprühprozesse oder die Kombination eines Walz- oder Rakelprozesses mit einem Sprühprozess geschehen. Hierdurch wird eine Durchmischung der beiden Schichtfilme weitgehend verhindert und dafür gesorgt, dass die für die selbstreinigenden Eigenschaften notwendigen Funktionsgruppen (OH- Gruppen, s.o.) bevorzugt an der Grenzfläche zur Luft angereichert werden. Der Farbuntergrund bleibt von seinen Eigenschaften (Haftung, Abrieb, Flexibilität,...) her unverändert und an der (Farb-)Oberfläche werden die selbstreinigenden Funktions- bzw. Aktivgruppen platziert.
Nach dem Naß-in-Naß-Auftrag erfolgt eine Härtung des Schichtverbunds bei Temperaturen, wie sie üblicherweise für den Farbuntergrund ohne Selbstreinigungsschicht vorgesehen ist. Die Temperaturen die für die Trocknung liegen hierbei zwischen Raumtemperatur und 250°C, bevorzugt zwischen Raumtemperatur und 180°C und besonders bevorzugt zwischen 60°C und 18O0C.
Das Beschichtungsmaterial kann beispielsweise bei den folgenden Produkten Anwendung finden :
Wärme- und Kältetechnik:
Kühler, Klimaanlagen, Wärmetauscher
Automobile Anwendungen:
Kühler, Klimaanlage, Fahrzeuglack, Fahrzeugfelgen, Fahrzeugspiegel, Fahrzeugscheiben,
Stoßstange, LKW-Planen,
Infrastruktur:
Verkehrsschilder, Verkehrspiegel, Leitplanken, Lärmschutzwände, Werbetafeln, Plakat,
Namensschilder, Verteilerkästen (Strom, Telefon,...) Bauelemente:
Fensterglas, Fensterprofile, Sonnenschutzlamellen, Markisen, Rollläden, Blenden, Fassadenprofilelemente aus Edelstahl, Aluminium, lackierten Untergrund; Fassadenplatten (aus Beton, Eternit,...), Bodenplatten, Ziegel, Brücken, Lamellen, Fassaden usw.
Haushalt/Garten:
Gartenmöbel, Gartengeräte, Gartenzwerge, Fensterscheiben und Fensterrahmen, Fliesen und Kacheln (Küchen- und Badfliesen), Arbeitsplatten, Küchenspülen, Waschbecken, Bodenbeläge (Linoleum, Kunststoff, Stein,...)
Sonstiges:
Grabsteine, Spielplatzeinrichtungen, Schwimmbäder, Zelte, Solaranlagen und -zellen,
Windkraftanlagen, Flugzeuge, Motorräder, Fahrräder, Sensoren

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Beschichtungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial hydrophile Oberflächenbestandteile enthält, welche in nano- oder mikrostrukturierter oder in einer kombinierten mikro-/nanostrukturierten Form vorliegen.
2. Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophilen Oberflächenbestandteile Silanol, Carbinol oder Metall-Hydroxid-Gruppen sind.
3. Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nanostrukturierten hydrophilen Oberflächenbestandteile eine Größe von 5 bis 150 nm, bevorzugt von 5 bis 80 nm, aufweisen.
4. Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrostrukturierten hydrophilen Oberflächenbestandteile eine Größe von 0,2 bis 50 μm, bevorzugt von 1 bis 10 μm, aufweisen.
5. Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial zur Strukturierung Nanopartikel enthält.
6. Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanopartikel Siliziumdioxidpartikel oder Titandioxidpartikel sind.
7. Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Silber- oder Silberoxidnanopartikel enthält.
8. Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung mit einem Beschichtungsmaterial gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial auf einen noch nicht vollständig getrockneten Färb- oder Lackuntergrund aufgetragen wird. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Substrate aus Glas, Keramik, Glaskeramik, Stein, Beton, Putz, Naturstein, Holz, Gewebe, Textilstoffen, Leder, Kunstleder, Kunststoffe, Metalle, Halbmetalle und Substrate mit lackierten Oberflächen beschichtet werden.
PCT/DE2007/000814 2006-05-17 2007-05-07 Beschichtungsmaterial WO2007131474A1 (de)

Priority Applications (3)

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