DE102006030054A1

DE102006030054A1 - Bewuchs hemmende Beschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102006030054A1
Application number: DE102006030054A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Michel
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-03
Also published as: US20090169818A1; WO2008000570A1; CN101479351A; KR20090016606A; EP2032665A1; JP2009541544A

Abstract

Bewuchs hemmende Beschichtung, bestehend aus einer harzartigen, nanoskalige hydrophobe Partikel enthaltenden Bindemittelschicht, wobei - die Partikel sich sowohl in der Bindemittelschicht befinden als auch aus ihr herausragen, - das Verhältnis Partikel/Bindemittel 2,5 bis 5 ist und - die Konzentration der Partikel in der Bindemittelschicht 0,01 bis 1 g/m<SUP>2</SUP> ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bewuchs hemmende Beschichtung, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und deren Verwendung.
Das Prinzip von selbstreinigenden Beschichtungen, welche mit der atmosphärischen Luft in Kontakt stehen und nur gelegentlich mit Wasser beaufschlagt werden, ist allgemein bekannt. Diese Beschichtungen müssen zum Erzielen einer guten Selbstreinigung einer Oberfläche neben einer sehr hydrophoben Oberfläche auch eine gewisse Rauhigkeit aufweisen. Eine geeignete Kombination aus Struktur und Hydrophobie macht es möglich, dass schon geringe Mengen bewegten Wassers auf der Oberfläche haftende Schmutzpartikel mitnehmen und die Oberfläche reinigen ( WO 96/04123 ; US3354022 ).
Aus EP-A-933388 ist weiterhin bekannt, dass für solche selbstreinigenden Oberflächen ein Aspektverhältnis von > 1 und eine Oberflächenenergie von weniger als 20 mN/m erforderlich ist. Das Aspektverhältnis ist hierbei definiert als der Quotient von Höhe zur Breite der Struktur. Vorgenannte Kriterien sind in der Natur, beispielsweise im Lotusblatt, realisiert. Die aus einem hydrophoben, wachsartigen Material gebildete Oberfläche der Pflanze weist Erhebungen auf, die einige μm voneinander entfernt sind. Wassertropfen kommen im Wesentlichen nur mit den Spitzen der Erhebungen in Berührung. Solche Wasser abstoßenden Oberflächen sind beispielsweise in EP-A-909747 , WO 00/58410 oder US 5599489 beschrieben.
Ein Bedarf an derart modifizierten Oberflächen besteht nicht nur bei Gegenständen, die von atmosphärischer Luft umgeben sind, sondern im Besonderen auch beim Betrieb von Gegenständen, welche ganz oder teilweise von Wasser umspült werden, um deren Besiedlung mit aquatischen Organismen zu behindern. Dies können beispielsweise Wände, Oberflächen von Behältern, Spundwänden, Buhnen, Pfosten und anderen tragenden Konstruktionen, welche mit Süßwasser oder Meerwasser in länger andauerndem Kontakt stehen sein. Der Besiedlungsdruck unter Wasser ist sehr groß. So sind Larven und Sporen von rund 6000 Arten mariner Lebewesen bekannt, die sich auf festen Oberflächen niederlassen um dort permanent aufzuwachsen.
Die Sekrete der anhaftenden Organismen können die Korrosion der Werkstoffe fördern. Insbesondere wird die Kontur des Schiffskörpers durch den dreidimensional hervorstehenden Bewuchs derart verändert, dass der Strömungswiderstand sich im um durchschnittlich 15 % erhöht, was einen höheren Treibstoffverbrauch zur Folge hat.
Als Abhilfe werden biozide Anstriche aufgetragen um die Larven und Sporen der unerwünschten Organismen fernzuhalten oder abzutöten. Hierzu gehören Überzüge, in denen auslaugbare, für Wasserorganismen giftige Substanzen enthalten sind. Derartige Stoffe können organischer Natur sein, wie beispielsweise chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe wie DDT, oder sie können anorganischer Natur sein wie beispielsweise Kupferoxid oder Kupferthiocyanat, oder es kann sich um metallorganische Stoffe handeln, wie beispielsweise um Alkylborate oder Alkylzinnverbindungen.
Ein Nachteil dieser bioziden Anstriche nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die ausgelaugten Substanzen über lange Zeiträume hinweg das Wasser und die Sedimente der Gewässer verschmutzen und somit unerwünschte schädliche Wirkungen entfalten können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der vorhandene Schutzanstrich in regelmäßigen Zeitabständen entfernt und durch einen neuen Anstrich ersetzt werden muss. Dies führt zu Entsorgungskosten für den anfallenden Sondermüll, zu Materialkosten für den Neuanstrich und zu Lohnkosten.
Zur Vermeidung dieser Nachteile existieren gemäß Stand der Technik Verfahren, welche ohne Giftstoffe aufgrund physikalischer Effekte das unerwünschte Biofouling eindämmen sollen. Dies können Überzüge aus gelartigen Silikonpolymeren auf der Schiffshülle sein oder das Aufbringen eines fellartigen Textilgewebes, dessen Fasern durch Ihre Bewegungen bei langsamer Fahrt die Ansiedlung der Larven verhindern.
Diese letztgenannten Methoden vermeiden zwar giftige Stoffe, sind aber in der Herstellung und Anbringung aufwändig oder von den Materialien her teuer und bleiben daher auf Spezialfälle beschränkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung von Bewuchs hemmenden Beschichtungen bereitzustellen, bei dem die Oberflächen von Gegenständen mit einer Material sparenden, sehr dünnen, im Gebrauch stabilen und dauerhaften Beschichtung ausgerüstet werden können.
Gegenstand der Erfindung ist eine Bewuchs hemmende Beschichtung, bestehend aus einer harzartigen, nanoskalige hydrophobe Partikel enthaltenden Bindemittelschicht, wobei

– die Partikel sich sowohl in der Bindemittelschicht befinden, als auch aus ihr herausragen,
– das Verhältnis Partikel/Bindemittel 2,5 bis 5 ist und
– die Konzentration der Partikel in der Bindemittelschicht 0,01 bis 1 g/m² ist.

Im Sinne der Erfindung bedeutet Bewuchs hemmend, dass die Ansiedlung von Mollusken und großwüchsigen Algen auf der Oberfläche des Gegenstandes reduziert oder ganz vermieden wird.
Die erfindungsgemäße Beschichtung ist eine dauerhafte Beschichtung. Unter dauerhaft ist zu verstehen, dass sich die erfindungsgemäße Beschichtung in strömendem Wasser über einen langen Zeitraum nicht wieder von dem Gegenstand ablösen lässt. Die Nutzungsdauer hängt von der Zusammensetzung des Wassers und der Wassertemperatur ab.
Die Schichtdicke der erfindungsgemäßen Beschichtung kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden. In der Regel beträgt sie, inklusive der aus ihr herausragenden Partikel, 0,1–100 μm.
Die hydrophoben Eigenschaften der nanoskaligen Partikel können inhärent vorhanden sein, wie beispielsweise beim Polytetrafluorethylen (PTFE). Es können aber auch hydrophile Partikel eingesetzt werden, die erst nach einer geeigneten Behandlung hydrophobe Eigenschaften aufweisen.
Als nanoskalige, hydrophobe Partikel können Silikate, Mineralien, Metalloxidpulver, Metallpulver, Pigmente und/oder Polymeren eingesetzt werden.
Bevorzugt können nanoskalige, hydrophobe Metalloxidpartikel eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft können pyrogen hergestellte Metalloxidpartikel eingesetzt werden, die eine BET-Oberfläche von 20 bis 400 m²/g und insbesondere von 35 bis 300 m²/g aufweisen. Pyrogen hergestellte Metalloxidpartikel im Sinne der Erfindung umfassen Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid und/oder Zinkoxid, sowie Mischoxide der vorgenannten Verbindungen.
Unter pyrogen sind durch Flammenoxidation und/oder Flammenhydrolyse erhaltene Metalloxidpartikel zu verstehen. Dabei werden oxidierbare und/oder hydrolysierbare Ausgangstoffe in der Regel in einer Wasserstoff-Sauerstoffflamme oxidiert, beziehungsweise hydrolysiert. Als Ausgangsstoffe für pyrogene Verfahren können organische und anorganische Stoffe eingesetzt werden. Besonders geeignet sind beispielsweise die gut verfügbaren Chloride, wie Siliciumtetrachlorid, Aluminiumchlorid oder Titantetrachlorid. Geeignete organische Ausgangsverbindungen können beispielsweise Alkoholate, wie Si(OC₂H₅)₄, Al(OiC₃H₇)₃ oder Ti(OiPr)₄ sein. Die so erhaltenen Metalloxidpartikel sind weitestgehend porenfrei und weisen auf der Oberfläche freie Hydroxylgruppen auf. In der Regel liegen die pyrogenen Metalloxidpartikel wenigstens teilweise in Form aggregierter Primärpartikel vor. In der vorliegenden Erfindung werden Metalloidoxide, wie beispielsweise Siliciumdioxid, als Metalloxid bezeichnet.
Die pyrogenen Metalloxide erhalten durch Oberflächenmodifizierungsreagentien, die mit aktiven Gruppen an der Oberfläche reagieren, ihre hydrophoben Eigenschaften. Bevorzugt können hierzu die folgenden Silane, einzeln oder als Mischung, eingesetzt werden:
Organosilane (RO)₃Si(C_nH_2n+1) und (RO)₃Si(C_nH_2n-1) mit R = Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, Butyl und n = 1–20.
Organosilane R'_x(RO)_ySi(C_nH_2n+1) und R'_x(RO)_ySi(C_nH_2n-1) mit R = Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, Butyl; R' = Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, Butyl; R' = Cycloalkyl; n = 1–20; x + y = 3, x = 1, 2; y = 1, 2.
Halogenorganosilane X₃Si(C_nH_2n+1) und X₃Si(C_nH_2n-1) mit X = Cl, Br; n = 1–20.
Halogenorganosilane X₂(R')Si(C_nH_2n+1) und X₂(R')Si(C_nH_2n-1) mit X = Cl, Br, R' = Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, Butyl-; R' = Cycloalkyl; n = 1–20
Halogenorganosilane X(R')₂Si(C_nH_2n+1) und X(R')₂Si(C_nH_2n-1) mit X = Cl, Br; R' = Alkyl, wie Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, 1-Propyl-, Butyl-; R' = Cycloalkyl; n = 1–20
Organosilane (RO)₃Si(CH₂)_m-R' mit R = Alkyl, wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-; m = 0,1–20; R' = Methyl, Aryl wie -C₆H₅, substituierte Phenylreste, C₄F₉, OCF₂-CHF-CF₃, C₆F₁₃, OCF₂CHF₂, S_x-(CH₂)₃Si(OR)₃;
Organosilane (R'')_x(RO)_ySi(CH₂)_m-R' mit R'' = Alkyl, x + y = 3; Cycloalkyl, x = 1,2, y = 1,2; m = 0,1 bis 20; R' = Methyl, Aryl, wie C₆H₅, substituierte Phenylreste, C₄F₉, OCF₂-CHF-CF₃, C₆F₁₃, OCF₂CHF₂, S_x-(CH₂)₃Si(OR)₃, SH, NR'R''R''' mit R' = Alkyl, Aryl; R'' = H, Alkyl, Aryl; R''' = H Alkyl, Aryl, Benzyl, C₂H₄NR''''R''''' mit R'''' = H, Alkyl und R''''' = H, Alkyl.
Halogenorganosilane X₃Si(CH₂)_m-R' X = Cl, Br; m = 0,1–20; R' = Methyl, Aryl wie C₆H₅, substituierte Phenylreste, C₄F₉, OCF₂-CHF-CF₃, C₆F₁₃, O-CF₂-CHF₂, S_x-(CH₂)₃Si(OR)₃, wobei R = Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl und x = 1 oder 2, SH.
Halogenorganosilane RX₂Si(CH₂)_mR' X = Cl, Br; m = 0, 1–20; R' = Methyl, Aryl wie C₆H₅, substituierte Phenylreste, C₄F₉, OCF₂-CHF-CF₃, C₆F₁₃, O-CF₂-CHF₂, -OOC(CH₃)C=CH₂, -S_x-(CH₂)₃Si(OR)₃, wobei R = Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl und x = 1 oder 2, SH.
Halogenorganosilane R₂XSiCH₂)_mR' X = Cl, Br; m = 0,1–20; R' = Methyl, Aryl wie C₆H₅, substituierte Phenylreste, C₄F₉, OCF₂-CHF-CF₃, C₆F₁₃, O-CF₂-CHF₂, -S_x-(CH₂)₃Si(OR)₃, wobei R = Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl und x = 1 oder 2, SH.
Silazane R'R₂SiNHSiR₂R' mit R,R' = Alkyl, Vinyl, Aryl.
Cyclische Polysiloxane D3, D4, D5 und ihre Homologen, wobei unter D3, D4 und D5 cyclische Polysiloxane mit 3, 4 oder 5 Einheiten des Typs -O-Si(CH₃)₂ verstanden wird, z.B. Octamethylcyclotetrasiloxan = D4.
Polysiloxane bzw. Silikonöle des Typs
mit R = Alkyl,
R' = Alkyl, Aryl, H
R'' = Alkyl, Aryl
R''' = Alkyl, ArylH
Y = CH₃, H, C_zH_2z+1 mit z = 1–20,
Si(CH₃), Si(CH₃)₂H, Si(CH₃)₂OH, Si(CH₃)₂(OCH₃), Si(CH₃)₂(C_zH_2z+1)
wobei
R' oder R'' oder R''' (CH₂)_z-NH₂ und
z = 1 – 20, m = 0, 1, 2, 3, ... ∞, n = 0, 1, 2, 3, ... ∞, u = 0, 1, 2, 3, ... ∞ ist.
Bevorzugt können als Oberflächenmodifizierungsmittel folgende Stoffe eingesetzt werden: Octyltrimethoxysilan, Octyltriethoxysilan, Hexamethyldisilazan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan, Hexadecyltriethoxysilan, Dimethylpolysiloxan, Nonafluorohexyl-trimethoxysilan, Tridecaflourooctyltrimethoxysilan, Tridecaflourooctyltriethoxysilan.
Besonders bevorzugt können Hexamethyldisilazan Octyltriethoxysilan und Dimethylpolysiloxane eingesetzt werden.

Geeignete hydrophobe, pyrogene Metalloxide können beispielsweise aus der Tabelle genannten AEROSIL^®- und AEROXIDE^®-Typen (alle Degussa) ausgewählt werden. Tabelle: Hydrophobe Metalloxide

Typ	BET-Oberfläche [m²/g]	Trocknungsverlust [Gew.-%]	pH	Kohlenstoffgehalt [Gew.-%]
AEROSIL^®
R 972	110 ± 20	≤ 0,5	3,6–4,4	0,6–1,2
R 974	170 ± 20	≤ 0,5	3,7–4,7	0,7–1,3
R 104	150 ± 25	–	≥ 4,0	1,0–2,0
R 106	250 ± 30	–	≥ 3,7	1,5–3,0
R 202	100 ± 20	≤ 0,5	4,0–6,0	3,5–5,0
R 805	150 ± 25	≤ 0,5	3,5–5,5	4,5–6,5
R 812	260 ± 30	≤ 0,5	5,5–7,5	2,0–3,0
R 816	190 ± 20	≤ 1,0	4,0–5,5	0,9–1,8
R 7200	150 ± 25	≤ 1,5	4,0–6,0	4,5–6,5
R 8200	160 ± 25	≤ 0,5	≥ 5,0	2,0–4,0
R 9200	170 ± 20	≤ 1,5	3,0–5,0	0,7–1,3
AEROXIDE^®
TiO₂ T805	45 ± 10	–	3,0–4,0	2,7–3,7
TiO₂ NKT90	50–75	–	3,0–4,0	2,0–4,0
Alu C 805	100 ± 15	–	3,0–5,0	–

Die harzartige Bindemittelschicht der erfindungsgemäßen Beschichtung ist vorzugsweise ein hydrophobes synthetisches Polymer oder eine Abmischung aus solchen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung, bei dem eine Zubereitung enthaltend nanoskalige hydrophobe Partikel sowie gegebenenfalls Füllstoffe und Pigmente und wenigstens ein Bindemittel auf zumindest eine Oberfläche eines Gegenstandes aufgebracht und anschließend gehärtet wird.
Die Bindemittel können lufttrocknend sein, sie können radikalisch durch Peroxide oder durch Kondensationsreaktion beziehungsweise Additionsreaktion chemisch vernetzend sein oder sie können durch Strahlen, beispielsweise Licht oder ultraviolette Strahlung vernetzend eingestellt sein.
Als Bindemittel können eingesetzt werden Monomere, niedermolekulare Präpolymere, hochmolekulare Polymere, und Gemische hieraus. So können beispielsweise eingesetzt werden: Acryloylmorpholin, Methylacrylat, Ethylacrylat, Ethylcarbitolacrylat, 1,6-Hexandiolacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat, Isobornylacrylat, Butylacrylat, Isobutylacrylat, tert. Butylacrylat, Cyclohexylacrylat, Dipentaerythroltetraacrylat und seine ethoxylierten beziehungsweise, propoxylierten Derivate, Hexylacrylat, Neopentylacrylat, Ethylenglykolacrylat, Triethylenglycolacrylat, Trimethylolpropantriacrylat und seine ethoxylierten beziehungsweise propoxylierten Derivate, Octylacrylat, Pentaerythrittetraacrylat, Phenoxyethylacrylat, Isooctylacrylat, Isobornylmethacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Neopentylglykolacrylat, Isopropylmethacrylat, Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Triethylenglycoldimethacrylat, Hexylmethacrylat, Octlylmethacrylat, Pentaerythrittetramethacrylat, Isooctylmethacrylat, Neopentylglykolmethacrylat, Styrol, Methylstyrol, Cyclopentadien, Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinylcaprolactam und die aus den genannten Monomeren hergestellten Copolymeren und/oder Caprolactam.
Daneben können als Bindemittel Epoxydharze, epoxidierte Novolackharze, Polyesterharze, Silikonharze, Vinylesterharze, Isocyanatharze, und deren Vernetzer, beziehungsweise Härterkomponenten, ausgewählt aus Aminen, Amiden, Carbonsäureanhydriden, Mercaptanen, Polyolen, Peroxiden und deren Katalysatoren, ausgewählt aus Verbindungen von Elementen der 1. bis 4. Hauptgruppe sowie deren Nebengruppen und der achten Nebengruppe verwendet werden.
Als Photoinitiatoren können alle gebräuchlichen Systeme verwendet werden, insbesondere Acetophenon, organisch substituierte Phosphinoxide, Bisacylphosphinoxide, wie z.B. Irgacure 801, Irgacure 2005, Oximester, Thiazoliumsalze, Thioetherketone, Triphenylsulfoniumhexafluoroantimonate sowie auch nanopartikuläre Halbleiter vom Typ Metalloxid bzw. Metallsulfid, wie beispielsweise ZnO oder CdS.
Zusätzlich kann die Zubereitung noch gebräuchliche Füllstoffe enthalten. Dazu gehören Füllstoffe aus natürlich vorkommender Lagerstätten, wie beispielsweise Talkum, Glimmermehl, Graphit, Kieselgur, Kaolin, Calciumcarbonat, Calciumsilikat, Quarzmehl, Schwerspat oder die Füllstoffe können synthetisch hergestellt sein, wie beispielsweise nassgefällte Kieselsäure, Natrium-Aluminiumsilikat, Aluminiumoxidhydrat, Carbon Black, Glasmehl, Glashohlkugeln. Ferner können enthalten sein natürliche oder synthetische Kurzfasern, wie beispielsweise Zellulosefasern, Wollastonit, Polypropylenfasern, Polyamidfasern.
Die Füllstoffe und Fasern können oberflächenmodifiziert sein um eine chemische Funktionalität oder eine Kompatibilisierung mit dem Bindemittel zu erreichen. Zur Oberflächenmodifikation geeignet sind die oben angeführten Oberflächenmodifizierungsmittel.
Die Füllstoffe können ganz oder teilweise durch Pigmente ersetzt werden, sofern eine Farbgebung der Bewuchs hemmenden Schicht angestrebt wird.
Zusätzlich können Verbindungen von Metallen der Gruppe Ib, III oder IV des Periodensystems, beispielsweise deren Oxide, Hydroxide, Oxychloride, Acetate, Maleate, Stearate enthalten sein. Eine Vielzahl solcher bioziden Stoffe ist bekannt und wird zur Herstellung biostatischer Oberflächen verwendet. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Beschichtung kann die Wirksamkeit derartiger Biozide erhöht sein, so dass deren Konzentration gegenüber dem Stand der Technik verringert werden kann.
Die Zubereitung kann weiterhin ein leichtflüchtiges Lösemittel enthalten, in dem das Bindemittel gelöst vorliegt. Das leichtflüchtige Lösungsmittel wird nach dem Aufbringen der Zubereitung entfernt. Das Entfernen des leichtflüchtigen Lösungsmittels erfolgt durch Verdampfung bzw. Verflüchtigung, wobei das Verdampfen bzw. Verflüchtigen durch den Einsatz erhöhter Temperaturen, durch Luftzug oder durch den Einsatz von Unterdruck bzw. Vakuum beschleunigt werden kann. Unter leichtflüchtig ist zu verstehen, dass innerhalb von 24 Stunden bei 25°C wenigstens 95% des Lösungsmittels verdampft sind.
Der Anteil der eingesetzten nanoskaligen, hydrophoben Partikel in der Zubereitung beträgt vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der festen und flüssigen Bestandteile der Zubereitung. Besonders bevorzugt ist ein Bereich von 1 bis 10 Gew.-%.
Als leichtflüchtige Lösemittel in diesem Sinne kann die Zubereitung einen oder mehrere bei Normalbedingungen flüssige Kohlenwasserstoffe, Ester und Ketone und Alkohole mit einem Siedebereich von 36°C bis 240°C, bevorzugt von 120°C bis 200°C, allein oder in Abmischung miteinander, enthalten.
Der Anteil dieser Verbindungen in der Zubereitung beträgt vorzugsweise bis zu 99 Gew.-% der Gesamtmenge der flüssigen und festen Bestandteile der Zubereitung. Besonders bevorzugt ist ein Bereich von 80 bis 98 Gew.-%.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Zubereitung weiterhin ein Treibgas, beispielsweise ein Butan/Propan-Gemisch, enthalten. In einem Druckgasbehälter untergebracht ist diese Form der Zubereitung zum Aufsprühen auf die Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes geeignet.
Die Konzentration an hydrophoben Partikeln, bezogen auf das Gesamt-Flüssigkeitsvolumen im Druckbehälter beträgt 1 bis 200 g/l, bevorzugt 10 bis 50 g/l.
Das Aufbringen der Zubereitung auf zumindest eine Oberfläche eines Gegenstandes kann auf jede dem Fachmann bekannte Weise erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Zubereitung durch Tauchen des Gegenstandes in die Zubereitung, durch Pinselauftrag, durch Aufrollen mittels Fellrolle oder durch Aufsprühen der Zubereitung auf den Gegenstand.
Das Versprühen der Zubereitung kann bevorzugt mit einem Druck von 1 bis 5 bar erfolgen.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Gegenstände, die auf zumindest einer Oberfläche mit einer Bewuchs hemmenden Beschichtung ausgerüstet sind, hergestellt werden.
Der zu beschichtende Gegenstand kann beispielsweise aus Metall, Kunststoff, Holz, Keramik oder Glas bestehen.
Die erfindungsgemäße Beschichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Mikrorauhigkeit aufweist, die ihr, an der Luft betrachtet, ein mattes Aussehen verleiht, und dass sie von Wasser zunächst nicht vollständig benetzt wird. Vielmehr besteht zunächst an der Oberfläche des Gegenstandes eine ternäre Phasengrenze fest/flüssig/gasförmig. Diese geht nach einer gewissen Verweilzeit, die unter anderem vom hydrostatischen Druck abhängt und deren Dauer Stunden bis Tage beträgt, die für die Erfindung jedoch nicht maßgeblich ist, in einen vollständig benetzten Zustand über. Es existiert danach lediglich eine Phasengrenze festflüssig. Sie bleibt fortan bestehen, auch wenn der beschichtete Gegenstand zeitweise in Kontakt mit einer Gasphase, z.B. Luft, gebracht wird. Dies unterscheidet die erfindungsgemäße Beschichtung sowohl von einer üblichen Beschichtung als auch von einer ideal superhydrophoben Beschichtung.
Die erfindungsgemäße Beschichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass sie in strömendem Wasser, bei mechanischer Bearbeitung wie Reiben, oder Hochdruck-Wasserstrahl dauerhaft auf dem Gegenstand haftet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtung zur Bewuchs hemmenden Ausrüstung von mit Wasser in Kontakt stehenden Oberflächen.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise Gegenstände aller Art mit einer Bewuchs hemmenden, physiologisch unbedenklichen, dauerhaften Schicht ausgerüstet werden können.
Beispiele:
Beispiel 1: 100 g eines Polyacrylat-Binders auf Basis Isobutylmethacrylat und längerkettigen Methacrylaten werden in 500 g handelsüblicher sog. „Nitroverdünnung" klumpenfrei eingerührt, worauf eine klare Lösung entsteht.
In diese Lösung werden unter Rühren 130 g AEROSIL R 812S portionsweise zugegeben. Wenn das Pulver klumpenfrei eingearbeitet ist, wird durch weiteres Rühren noch 10 Minuten bei 3000 UpM homogenisiert. Danach wird mit 1000 g „Nitroverdünnung" aufgelackt.
Nach Aufbringen auf eine Oberfläche und Verdampfen des Lösungsmittels bildet sich eine dauerhafte Wasser abweisende Schicht.
Beispiel 2: 100 g eines Polyacrylat-Binders auf Basis Isobutylmethacrylat und längerkettigen Methacrylaten werden in 500 g „Nitroverdünnung" klumpenfrei eingerührt, worauf eine klare Lösung entsteht. Danach werden unter Rühren 130 g AEROSIL R 8200 zugegeben. Wenn die Zubereitung klumpenfrei eingearbeitet ist, wird durch weiteres Rühren noch 10 Minuten bei 3000 UpM homogenisiert. Mit weiteren 780 g „Nitroverdünnung" wird aufgelackt. Nach Aufbringen auf eine Oberfläche und Verdampfen des Lösungsmittels bildet sich eine permanent haftende Wasser abweisende Schicht.
Testverfahren: Die Zubereitungen der Beispiele 1 und 2 werden abschnittsweise auf den Unterwasser-Rumpf eines Segelbootes aufgetragen. Die Auftragsmenge ist so bemessen, dass durchschnittlich so eingestellt, dass im Durchschnitt 0,25 g des hydrophobierten Siliciumdioxides/m² beschichteter Fläche vorliegen. Die Beschichtungen der Bespiele 1 und 2 sind nach dem vollständigen Trocknen bei atmosphärischen Bedingungen vollständig wasserabweisend. Das Boot wird zu Wasser gelassen und verbleibt 3,5 Monate im Wasser der Ostsee. Nach dieser Zeit wird es an Land gehievt und auf Bewuchs durch Meeresorganismen untersucht.
Es ist festzustellen, dass die gesamte behandelte Fläche voll benetzt ist. Die Zonen, welche mit den Zubereitungen der Beispiele 1 und 2 beschichtet wurden, wiesen den üblichen Bewuchs auf, wie er auch an Booten gleicher Größe zu sehen war, welche die gleiche Zeit in den gleichen Gewässern verbracht hatten. Jedoch erforderte die Entfernung des Bewuchses einen geringeren Kraftaufwand und nur ein Viertel der Zeit im Vergleich zu der Reinigung von Oberflächen, die lediglich den üblichen Antifouling-Anstrich aufwiesen.

Claims

Bewuchs hemmende Beschichtung bestehend aus einer harzartigen, nanoskalige hydrophobe Partikel enthaltenden Bindemittelschicht, wobei – die Partikel sich sowohl in der Bindemittelschicht befinden, als auch aus ihr herausragen, – das Verhältnis Partikel/Bindemittel 2,5 bis 5 ist und – die Konzentration der Partikel in der Bindemittelschicht 0,01 bis 1 g/m² ist.
Bewuchs hemmende Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Bindemittelschicht, inklusive der aus ihr herausragenden Partikel, 0,1–100 μm ist.
Bewuchs hemmende Beschichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoskaligen, hydrophoben Partikel eine BET-Oberfläche von 10 bis 400 m²/g aufweisen.
Bewuchs hemmende Beschichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel pyrogen hergestellte Metalloxidpartikel sind.
Verfahren zur Herstellung der Bewuchs hemmenden Beschichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zubereitung enthaltend nanoskalige hydrophobe Partikel und wenigstens ein Bindemittel auf zumindest eine Oberfläche eines Gegenstandes aufgebracht und anschließend gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an nanoskaligen, hydrophoben Partikel 0,5 bis 15 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der festen und flüssigen Bestandteile der Zubereitung, beträgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zubereitung ein Treibgas enthält.
Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Zubereitung durch Aufsprühen auf die Basisschicht erfolgt.
Verwendung der Beschichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 4 zur biostatischen Ausrüstung von mit Wasser in Kontakt stehenden Oberflächen.