DE102006023375A1

DE102006023375A1 - Beschichtungsmaterial

Info

Publication number: DE102006023375A1
Application number: DE200610023375
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Goedicke; Frank Dr. Gross; Stefan Dr. Sepeur
Original assignee: Nano X GmbH
Current assignee: Nano X GmbH
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-11-22
Also published as: WO2007131474A1; US20090263586A1; EP2027215A1; JP2009537639A

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-Effekt<SUP>R</SUP> auftretenden Prinzipien nicht nur bei hydrophoben, sondern auch bei hydrophilen Oberflächen wirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial.
In der EP 0 772 514 A1 und der DE 199 58 321 A1 sind 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 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. 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)

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 Farb- 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 2005 (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.LY., 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 180°C.
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

Beschichtungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial hydrophile Oberflächenbestandteile enthält, welche in nano- oder mikrostrukturierter oder in einer kombinierten mikro-/nanostrukturierten Form vorliegen.
Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophilen Oberflächenbestandteile Silanol, Carbinol oder Metall-Hydroxid-Gruppen sind.
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.
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.
Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial zur Strukturierung Nanopartikel enthält.
Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanopartikel Siliziumdioxidpartikel oder Titandioxidpartikel sind.
Beschichtungsmaterial gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Silber- oder Silberoxidnanopartikel enthält.
Verfahren zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial auf einen noch nicht vollständig getrockneten Farb- 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.