DE102006044312A1 - Process for coating surfaces and use of the process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen sowie die Verwendung des Verfahrens. Um ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen zu schaffen, mit dem sich die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung sowohl gezielt einstellen lassen als auch bei nachlassender Wirkung wiederherstellen lassen, wird im Rahmen der Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen: - Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche, wobei das Beschichtungsmaterial nanoskalige, anregbare Katalysatoren enthält; - Anregung der Katalysatoren durch den Aufbau eines Energiegradienten innerhalb des aufgebrachten Beschichtungsmaterials. Es hat sich im Rahmen der Erfindung überraschend gezeigt, dass durch den Aufbau eines Energiegradienten innerhalb der Beschichtung, welcher sich aufgrund des Lambert-Beer'schen Gesetzes ergibt, sich die gewünschten Eigenschaften (z.B. der Kratzfestigkeit) innerhalb des Beschichtungsmaterials gezielt einstellen lassen.The invention relates to a method for coating surfaces and the use of the method. In order to provide a method for coating surfaces, with which the desired properties of the coating can both be set in a targeted manner and also be restored if the effect decreases, a method for coating surfaces with the following method steps is proposed in the context of the invention: application of a coating material on the surface, the coating material containing nanoscale, excitable catalysts; - Excitation of the catalysts by the construction of an energy gradient within the applied coating material. Within the scope of the invention, it has surprisingly been found that by setting up an energy gradient within the coating, which results from the Lambert-Beer law, the desired properties (for example scratch resistance) within the coating material can be set in a targeted manner.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen sowie die Verwendung des Verfahrens.The The invention relates to a method for coating surfaces and the use of the method.
Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen, insbesondere mit nanoskaligem Beschichtungsmaterial, sind aus dem Stand der Technik in großer Zahl bekannt und werden in vielen Anwendungsgebieten, beispielsweise als kratzfeste Beschichtungen oder als selbstreinigende Beschichtungen eingesetzt.method for coating surfaces, especially with nanoscale coating material, are from the State of the art in great Number known and used in many application areas, for example as scratch-resistant coatings or as self-cleaning coatings used.
Im Allgemeinen vermindert sich jedoch durch die Bewitterung der hiermit geschaffenen Beschichtungen im Laufe der Zeit die gewünschte Eigenschaft, beispielsweise die Kratzfestigkeit oder die selbstreinigende Wirkung. Eine Reaktivierung dieser gewünschten Eigenschaften ist nicht möglich, so daß nach einiger Zeit eine erneute Beschichtung vorgenommen werden muß.in the Generally, however, diminishes by the weathering of hereby coatings created over time the desired property, For example, the scratch resistance or the self-cleaning effect. A reactivation of these desired Properties is not possible so that after some time a re-coating must be made.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen zu schaffen, mit dem sich die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung sowohl gezielt einstellen lassen als auch bei nachlassender Wirkung wiederherstellen lassen.task The invention thus provides a method for coating surfaces create the desired Both properties of the coating can be set specifically as well as diminishing effect.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- – Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche, wobei das Beschichtungsmaterial nanoskalige, anregbare Katalysatoren enthält;
- – Anregung der Katalysatoren durch den Aufbau eines Energiegradienten innerhalb des aufgebrachten Beschichtungsmaterials.
- - Applying a coating material to the surface, wherein the coating material contains nanoscale, excitable catalysts;
- - Excitation of the catalysts by the construction of an energy gradient within the applied coating material.
Es hat sich im Rahmen der Erfindung überraschend gezeigt, daß durch den Aufbau eines Energiegradienten innerhalb der Beschichtung, welcher sich aufgrund des Lambert-Beer'schen Gesetzes ergibt, sich die gewünschten Eigenschaften (z.B. der Kratzfestigkeit) innerhalb des Beschichtungsmaterials gezielt einstellen lassen. Durch den Energiegradienten wird innerhalb des Beschichtungsmaterials ein Eigenschaftsgradient erreicht, d.h. dem Energiegradienten entsprechend wird auf die Eigenschaften des Beschichtungsmaterials Einfluß genommen. So ist es beispielsweise möglich, daß an der Außenseite das Beschichtungsmaterial durch das Aufbringen von Energie spröde wird, wobei diese Eigenschaft zum Inneren des Beschichtungsmaterials hin abnimmt und im Inneren das Beschichtungsmaterial flexibel ist. Analog kann bei einem beidseitigen Aufbringen der Energie das Beschichtungsmaterial an der Außenseite elektrisch leitfähig sein, während der Kernbereich isolierende Eigenschaften aufweist.It has been found in the context of the invention surprisingly that by the construction of an energy gradient within the coating, which is based on Lambert-Beer's law, yourself the desired ones Properties (e.g., scratch resistance) within the coating material can be set specifically. Through the energy gradient is within of the coating material reaches a property gradient, i. According to the energy gradient is on the properties of the coating material Influence. For example, it is possible that on the outside that Coating material becomes brittle by the application of energy, this property points towards the interior of the coating material decreases and inside the coating material is flexible. Analogous For a two-sided application of energy, the coating material on the outside electrically conductive be while the core region has insulating properties.
Bei Nachlassen der gewünschten Eigenschaften kann durch erneuten Aufbau eines Energiegradienten die gewünschte Eigenschaft wiederhergestellt werden. Es ergibt sich über die Schichtdicke der Oberflächenbeschichtung ein dem Energiegradient entsprechender Gradient der jeweils gewünschten Eigenschaften. Je nach Schichtdicke der Beschichtung und der Eindringtiefe der aufgebrachten Energie kann auf die Eigenschaften der Beschichtung eingewirkt werden.at Easing the desired Properties can be achieved by rebuilding an energy gradient the desired Property to be restored. It turns out over the Layer thickness of the surface coating a gradient corresponding to the energy gradient of the respectively desired Properties. Depending on the layer thickness of the coating and the penetration depth The applied energy can affect the properties of the coating be acted.
Die zu beschichtenden Oberflächen können aus einer Vielzahl von Materialien bestehen, beispielsweise aus Metall, Glas, Keramik, Holz, Kunststoffen, natürlichen oder synthetischen Geweben.The to be coated surfaces can out a variety of materials, such as metal, Glass, ceramics, wood, plastics, natural or synthetic Tissues.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Katalysatoren durch elektromagnetische Wellen oder mechanisch anregbar sind, und insbesondere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Ceroxid, Titandioxid, Indiumzinnoxid (ITO), Antimonzinnoxid (ATO), fluordotiertes Zinnoxid (FTO), Wolframoxid, Eisenoxiden, Vanadiumoxide, Halbleitern, piezoelektrischen Stoffen und kristallinen organischen Polymeren.It is within the scope of the invention that the catalysts by electromagnetic Waves or mechanically excitable, and in particular are selected from the group consisting of cerium oxide, titanium dioxide, indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), tungsten oxide, iron oxides, Vanadium oxides, semiconductors, piezoelectric materials and crystalline organic polymers.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Beschichtungsmaterial ein organisches, anorganisches oder organisch-anorganisches nanoskaliges Beschichtungsmaterial ist, welches von 0,5 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise von 2 bis 60 Gew.-% nanoskalige, anregbare Katalysatoren enthält.According to the invention, it is provided that the coating material an organic, inorganic or organic-inorganic nanoscale coating material which is from 0.5 to 90% by weight, preferably from 2 to 60% by weight contains nanoscale, excitable catalysts.
Ausbildungen der Erfindung besteht darin, daß das organische Beschichtungsmaterial ein auf Epoxy-, Polyurethan-, Nitrocellulose-, Polyester-, Styrol-, Acrylat-, Methacrylat-, Melamin-, Phenolharz- oder Polycarbonat-Verbindungen basierendes Beschichtungsmaterial ist.training the invention is that the organic coating material based on epoxy, polyurethane, nitrocellulose, Polyester, styrene, acrylate, methacrylate, melamine, phenolic resin or Polycarbonate-based coating material.
Die Erfindung kann auch dahingehend ausgebildet sein, daß das anorganische Beschichtungsmaterial ein auf Silanen, wie Tetraethoxysilan (TEOS), oder Silikonen basierendes Beschichtungsmaterial ist.The Invention may also be designed so that the inorganic Coating material on silanes, such as tetraethoxysilane (TEOS), or silicone based coating material.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das organisch-anorganische Beschichtungsmaterial ein organisch modifiziertes Sol-Gel-Beschichtungsmaterial ist.A another embodiment the invention is that the organic-inorganic coating material an organically modified sol-gel coating material is.
Bei solchen organisch-anorganischen Beschichtungsmaterialien kann zudem durch den Aufbau des Energiegradienten innerhalb des aufgebrachten Beschichtungsmaterials ein gezielter Abbau der organischen Bestandteile in der Matrix dieses organisch-anorganischen Beschichtungsmaterials erfolgen.at Such organic-inorganic coating materials can also by building up the energy gradient within the applied Coating material a targeted degradation of the organic components in the matrix of this organic-inorganic coating material respectively.
Zur Erfindung gehörig ist auch, daß die Anregung der Katalysatoren durch elektromagnetische Bestrahlung des aufgebrachten Beschichtungsmaterials, insbesondere durch UV-, IR-, Mikrowellen-, Gamma-, Röntgen- oder Laserbestrahlung, durch mechanische Beaufschlagung, insbesondere Druck, Zug oder Spannung oder durch chemische Beaufschlagung, insbesondere Gas- oder Flüssigkeitsbeaufschlagung erfolgt.to Invention belongs is also that the Excitation of the catalysts by electromagnetic radiation the applied coating material, in particular by UV, IR, microwave, gamma, x-ray or laser irradiation, by mechanical loading, in particular Pressure, tension or tension or by chemical action, in particular Gas or liquid feed he follows.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Beschichtungsmaterial naßchemisch, insbesondere durch Sprühen, Tauchen, Fluten, Rollen, Streichen, Drucken, Schleudern, Rakeln oder aber durch Verdampfen im Vakuum auf ein Substrat aufgetragen wird.It is provided according to the invention, that this Coating material wet-chemical, especially by spraying, Diving, flooding, rolling, painting, printing, spinning, squeegeeing or by evaporation in a vacuum on a substrate.
Ebenfalls ist es zweckmäßig, daß das Beschichtungsmaterial nach dem Auftragen bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 1.200°C, vorzugsweise von Raumtemperatur bis 250°C gehärtet wird, wobei das Härten vorzugsweise thermisch, mit Mikrowellenstrahlung oder UV-Strahlung erfolgt.Also it is expedient that the coating material after application at temperatures from room temperature to 1200 ° C, preferably from room temperature to 250 ° C hardened being, with hardening preferably thermally, with microwave radiation or UV radiation he follows.
Bereits im Rahmen dieser Aushärtung kann der Energiegradient in der aufgetragenen Beschichtung aufgebaut werden, so daß kein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist.Already in the context of this curing The energy gradient can be built up in the applied coating so that no additional Operation is required.
Schließlich liegt auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von kratzresistenten, selbstreinigenden, UV- und bewitterungsstabilen, tribologischen, korrosionsresistenten, elektrisch leitfähigen, magnetischen, flammgeschützten, IR-absorbierenden und -reflektierenden oder bioziden Schichten, Antireflexschichten sowie als hochtemperaturfeste Druckfarben, insbesondere Siebdruckfarben im Rahmen der Erfindung.Finally lies also the use of the inventive method for the production scratch-resistant, self-cleaning, UV and weathering resistant, tribological, corrosion-resistant, electrically conductive, magnetic, flame-retardant, IR-absorbing and reflective or biocidal layers, antireflection layers and as high temperature resistant inks, especially screen inks in the context of the invention.
Somit sind vielfältige Anwendungen, beispielsweise im Bausektor (Bautenschutz, Fassadenbeschichtung, etc.), im Automobilbereich, bei Flugzeugen und Schiffen und in der Energietechnik (Solarzellen, Windkraftanlagen, etc.) möglich.Consequently are diverse Applications, for example in the construction sector (building protection, facade coating, etc.), in the automotive sector, in aircraft and ships and in the Energy technology (solar cells, wind turbines, etc.) possible.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.following The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.
Beispiel 1:Example 1:
Es werden 27 g GPTES (Glycidyloxypropyltriethoxysilan) mit 10 g TEOS (Tetraethoxysilan) und 20 g Ethanol gemischt. Zu dem Gemisch werden unter Rühren 5 g einer 0,1%igen wässrigen HCl-Lösung (Salzsäure) gegeben. Das Gemisch wird bei Raumtemperatur ca. 30 min gerührt. Zu dem Hydrolysat werden 3 g acetatstabilisiertes CeO2 (30 Gew.-% in Wasser, Partikelgröße ca. 5 nm) gegeben. Nach der Zugabe von 0,5 Gew.-% des Verlaufsmittels Byk 306 (Byk Chemie) wird die Lösung auf Polycarbonat geflutet. Die Härtung erfolgt in einem Umlufttrockenschrank bei 125°C für 1 h. Die Schichtdicke der gehärteten Beschichtung beträgt ca. 5 μm.27 g of GPTES (glycidyloxypropyltriethoxysilane) are mixed with 10 g of TEOS (tetraethoxysilane) and 20 g of ethanol. To the mixture are added with stirring 5 g of a 0.1% aqueous HCl solution (hydrochloric acid). The mixture is stirred at room temperature for about 30 min. 3 g of acetate-stabilized CeO 2 (30% by weight in water, particle size about 5 nm) are added to the hydrolyzate. After the addition of 0.5% by weight of the leveling agent Byk 306 (Byk Chemie), the solution is flooded on polycarbonate. Hardening takes place in a convection oven at 125 ° C for 1 h. The layer thickness of the cured coating is about 5 microns.
Nach 500 h Belastung im QUV-Test (UVA-340 Fluoreszenzlampen, Fa. Q-Panel) bildet sich innerhalb der Beschichtung ein CeO2-Gradient aus.After 500 h exposure in the QUV test (UVA-340 fluorescent lamps, Q-Panel), a CeO 2 gradient forms within the coating.
Beispiel 2:Example 2:
50,4 g Bisphenol A und 74 g Isocyanatopropyltriethoxysilan (ICTES) werden mit 1-Methoxy-2-propanol gemischt. Danach wird das Gemisch. in einem geeigneten Gefäß mit 0,08 g Dibutylzinn versetzt und für 30 min auf 150°C erhitzt. Zu dem Gemisch wird unter Rühren 10 g Phenyltriethoxysilan zugegeben. Danach wird das Gemisch mit 8 g 10%iger Ameisensäure versetzt und über Nacht gerührt. Anschließend wird das Gemisch mit 10 g Titanoxid-Sol (TKD 701, Fa. TAYCA) versetzt und ca. 1 h gerührt. Die Lösung wird mit 1% Byk 301 versetzt und auf ein Stahlblech mit einer Polyesterlackierung (Schichtdicke ca. 45 μm) gesprüht. Danach wird das Blech bei 150°C für 20 min im Trockenschrank gehärtet. Die Schichtdicke der Beschichtung sollte im Bereich von 2–5 μm liegen.50.4 g bisphenol A and 74 g isocyanatopropyltriethoxysilane (ICTES) with 1-methoxy-2-propanol mixed. After that, the mixture becomes. in a suitable vessel with 0.08 g dibutyltin and for 30 minutes at 150 ° C heated. 10 g of phenyltriethoxysilane are added to the mixture with stirring. Thereafter, the mixture is treated with 8 g of 10% formic acid and overnight touched. Subsequently The mixture is mixed with 10 g of titanium oxide sol (TKD 701, Fa. TAYCA) and stirred for about 1 h. The solution is mixed with 1% Byk 301 and onto a steel sheet with a polyester coating (layer thickness approx. 45 μm) sprayed. Thereafter, the sheet at 150 ° C. for 20 hardened in a drying oven. The layer thickness of the coating should be in the range of 2-5 microns.
Nach Auslagerung der Proben für 300 h in die Freibewitterung (Ausrichtung 45° Süd, Mitteleuropa) entsteht ein TiO2-Gradient in der Schicht mit einer stark hydrophilen Oberfläche. Die TiO2-Konzentration nimmt zur Oberfläche (Grenzfläche Luft-Beschichtung) hin zu.After outsourcing the samples for 300 h in the outdoor weathering (orientation 45 ° South, Central Europe) creates a TiO 2 gradient in the layer with a highly hydrophilic surface. The TiO 2 concentration increases towards the surface (air-coating interface).
Beispiel 3:Example 3:
15 g MTEOS (Methyltriethoxysilan), 3,26 g Al-Acetylacetonat (Sigma Aldrich) und 5,81 g ITO-Sol (Nordmann & Rassmann) werden in 10 g Ethanol und 5 g GPTES (Glycidyloxypropyltriethoxysilan) vorgelegt und 5 min gerührt. Anschließend werden 0,1 g HNO3 zugegeben und das Gemisch mindestens 4 h gerührt. Danach ist das Sol beschichtungsfähig und wird auf Floatglas durch Fluten aufgetragen und bei 100°C für 1 h getrocknet.15 g MTEOS (methyltriethoxysilane), 3.26 g Al acetylacetonate (Sigma Aldrich) and 5.81 g of ITO sol (Nordmann & Rassmann) are dissolved in 10 g of ethanol and 5 g of GPTES (glycidyloxypropyltriethoxysilane) are introduced and 5 stirred for a few minutes. Subsequently 0.1 g of HNO 3 is added and the mixture is stirred for at least 4 h. After that the sol is coatable and is applied to float glass by flooding and dried at 100 ° C for 1 h.
Nach IR-Bestrahlung der Proben für 0,5 h entsteht ein ITO-Gradient in der Beschichtung. Die ITO-Konzentration nimmt zur Oberfläche (Grenzfläche Luft-Beschichtung) hin zu.To IR irradiation of the samples for 0.5 h gives rise to an ITO gradient in the coating. The ITO concentration takes to the surface (Interfacial Air coating) towards.
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Inventor name: GROSS, FRANK, DR., 66663 MERZIG, DE Inventor name: SEPEUR, STEFAN, DR., 66787 WADGASSEN, DE Inventor name: LARYEA, NORA, DR., 66113 SAARBRUECKEN, DE Inventor name: MOENKEMEYER, MELANIE, 66287 QUIERSCHIED, DE |
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Effective date: 20140320 |