DE102011003619A1

DE102011003619A1 - Mehrschicht-Lacksystem zur Erzeugung von mehrschichtigen Oberflächenbeschichtungen für die Verhinderung eines Bewuchses durch Bewuchsorganismen

Info

Publication number: DE102011003619A1
Application number: DE201110003619
Authority: DE
Inventors: Stephan Nowak; Gerhard Rother; Dr. Homann Malte; Stefan Sandrock; Eva-Maria Scharf
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2012-08-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Mehrschicht-Lacksystem zur Erzeugung von mehrschichtigen elektrisch leitfähigen Oberflächenbeschichtungen mit denen ein Bewuchs einer Oberfläche durch Bewuchsorganismen verhindert werden kann, sowie eine aus dem Mehrschicht-Lacksystem hergestellte mehrschichtige, elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Mehrschicht-Lacksystem zur Erzeugung von mehrschichtigen elektrisch leitfähigen Oberflächenbeschichtungen mit denen ein Bewuchs einer Oberfläche durch Bewuchsorganismen verhindert werden kann, sowie eine aus dem Mehrschicht-Lacksystem hergestellte mehrschichtige, elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung.
Der Bewuchs von Oberflächen, die zumindest teilweise für längere Zeit mit wässrigen Medien, insbesondere mit Meerwasser in Kontakt kommen, durch Algen, Bakterien, weitere Mikroorganismen oder Schalentiere oder ähnliche Lebewesen stellt ein wesentliches Problem dar, dass in der Vergangenheit insbesondere durch die Verwendung von bioziden Stoffen gelöst werden sollte.
Vorgenannte Algen, Bakterien, weitere Mikroorganismen oder Schalentiere oder ähnliche Lebewesen werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Bewuchsorganismen genannt. Weitere Mikroorganismen sind beispielsweise Pilze, Schimmel oder Amöben. Eine besondere Vielzahl dieser Lebewesen ist insbesondere im Meerwasser in großer Zahl anzutreffen. Solche werden im Zuge der vorliegenden Erfindung auch als marine Bewuchsorganismen bezeichnet, wobei die vorliegende Erfindung, wie nachstehend beschrieben nicht auf den Einsatz in Meeresumgebungen beschränkt ist.
In Bezug auf Meerwasser als Umgebungsmedium der vorgenannten Oberflächen ist insbesondere die Beschichtung von Schiffsoberflächen mit geeigneten Beschichtungsmitteln ein intensiv untersuchtes technisches Gebiet.
Wie zuvor dargelegt wurde in der Vergangenheit der Problematik des Bewuchses insbesondere der Schiffsoberflächen, die mit Meerwasser in Kontakt kommen, entgegnet, indem auf diese Oberflächen Beschichtungen aufgetragen wurden, die Bestandteile aufwiesen, die für die betreffenden marinen Bewuchsorganismen tödlich oder zumindest wachstumshemmend wirkten. Beispielsweise wurde lange Zeit Tributylzinn als Bestandteil von Schiffsrumpfanstrichen verwendet, dass allerdings nicht nur auf die gewünschten marinen Bewuchsorganismen tödlich wirkte, sondern auch auf andere Meeresbewohner, sowie teilweise auf die Menschen, die mit dem mit Tributylzinn in Kontakt kamen negative Auswirkungen hatte. Mittlerweile ist die Verwendung von Tributylzinn als Bestandteil von Schiffsanstrichen aber verboten. Ersatzweise werden andere, weniger toxische Stoffe verwendet. Beispiele solcher Stoffe sind etwa Zusammensetzungen, die biozid wirkende Cu⁺-Ionen freisetzen. Auch diese sind als solche biozid wirksam und damit generell als toxisch anzusehen, allerdings ist die negative Wirkung auf Wirbeltiere und insbesondere Menschen geringer als im Fall von vorgenanntem Tributylzinn.
Allen vorgenannten Bestandteilen von Oberflächenbeschichtungen ist es aber gemein, dass diese eine toxische Wirkung haben müssen, um die gewünschte Wirkung gegenüber den marinen Bewuchsorganismen zu erzielen. Es ist im Zweifel nur eine Frage Dosierung und Expositionszeit, bis die toxische Wirkung auch für andere Lebewesen, als die marinen Bewuchsorganismen eintritt. Daher stehen alle bioziden Bestandteile von Schiffsanstrichen unter anhaltender Kritik.
Ein zusätzliches Problem dieser Biozide enthaltenden Anstriche entsteht dadurch, dass die genannten Biozide in die Umgebung des Schiffsrumpfes ins Wasser abgegeben werden, und sich dort anreichern können, wenn es sich um unbewegtes Wasser handelt. Insbesondere in Hafenbecken führt dies zu einer starken Belastung des Wassers und des sich in Hafenbecken ablagernden Schlammes.
In anderen Zusammenhängen, d. h. bei anderen wässrigen Umgebungen als der marinen Umgebung, muss vielfach auf den Einsatz von vorgenannten bioziden Wirkstoffen gänzlich verzichtet werden, da das dortige Wasser nachfolgend mindestens mittelbar für den Verzehr des Menschen vorgesehen ist.
Ein typisches Problem ist etwa der Bewuchs von Rohrleitungen, insbesondere Trinkwasserrohrleitungen, mit Algen oder anderen Bewuchsorganismen von innen. Hier kann eine biozide Beschichtung des Rohrleitungsinneren aus gesundheitlichen Gründen für den Menschen überhaupt nicht vorgenommen werden, so dass das Wasser üblicherweise im Vorfeld vollständig von diesen Mikroorganismen befreit werden muss, um einen späteren Bewuchs zu verhindern. Dies ist aufwändig und teuer.
Eine alternative, weit verbreitete Technologie, die eine Verminderung des Bewuchses von Oberflächen erzielen kann ist die Verwendung von Oberflächenbeschichtungen, die besondere, physikalische Oberflächeneigenschaften aufweisen. Solche Oberflächenbeschichtungen mit besonderen physikalischen Oberflächeneigenschaften sind beispielsweise Schiffsanstriche mit niedriger Oberflächenenergie, wie etwa Anstriche umfassend fluorierte Kohlenwasserstoffe oder umfassend Silikone.
Nachteil solcher Technologien ist aber, dass wenn erst einmal ein erster Bewuchs, etwa ermöglicht durch eine schadhafte Stelle der Oberflächenbeschichtung, stattgefunden hat, dass diese Oberflächenbeschichtung im Weiteren keine Mittel bereitstellt mit denen ein weiterer Bewuchs verhindert werden könnte. Diese Oberflächenbeschichtungen sind passiv. Eine Reaktivierung der Wirksamkeit der Oberflächenbeschichtung nach dieser Technologie ist nur möglich, indem die beschichtete Oberfläche gereinigt und neu beschichtet wird.
Noch ein alternatives Wirkprinzip zur chemischen Abtötung von Bewuchsorganismen ist deren Inaktivierung durch Veränderung der Umgebung in direkter Nähe zur zu schützenden Oberfläche, ohne dass hierdurch ein biozider Stoff eingesetzt werden muss.
So beschreiben Tadashi Matsunaga et al. in „Prevention of marine biofouling using a conductive paint electrode", Biotech. Bioeng.59(3) (1998) 374–378, dass Oberflächenbeschichtungen bestehend aus Polyurethanen, sowie Ruß und Graphit als Mittel gegen den Bewuchs von Oberflächen mit Bewuchsorganismen verwendet werden können, wenn an diese Spannung angelegt wird.
Die Tatsache, dass solche Oberflächenbeschichtungen herstellbar sind bestätigen auch Seyed Azim et al. in „Studies an graphite based conductive paint coatings", Progress in Organic Coatings 55 (2006) 1–4, die Oberflächenbeschichtungen beschreiben, welche aus Epoxy-Polymeren, die mit Polyaminen vernetzt werden, sowie Graphit und Ruß bestehen, die gegenüber den reinen Oberflächenbeschichtungen aus Epoxy-Polymeren, die mit Polyaminen vernetzt werden eine vorteilhafte Leitfähigkeit aufweisen.
Sowohl Seyed Azim et al. als auch Tadashi Matsunaga et al. offenbaren keine mehrschichtigen Oberflächenbeschichtungen, wobei die Schichten unterschiedliche Funktion und/oder Zusammensetzung haben.
Im europäischen Patent EP 1570010 B1 wird ein Aufbau aus Einzelfolien beschrieben, der als stark leitfähige Unterschicht eine gelochte Graphitfolie und als weniger leitfähige Deckschicht ein Polyurethan enthält. Ein Mehrschicht-Lacksystem wird nicht offenbart.
In der US 2004/0241433 A1 werden „Antifouling-Klebebänder” beschrieben, die aus einer „Antifouling-Schicht”, einer Stützschicht und einer Klebeschicht bestehen. Gemäß der US 2004/0241433 A1 ist der wesentliche Vorteil solcher Bänder, dass die Notwendigkeit zum vergleichsweise aufwändigen Aufbringen und gegebenenfalls vorherigen Entfernen der vorherigen Schicht in Ersatz durch ein Aufkleben und Abreißen der „Antifouling-Klebebänder” entfällt.
Die in der US 2004/0241433 A1 beschriebenen „Antifouling-Tape” weisen in der „Antifouling-Schicht” stets eine „Antifouling-Komponente” auf, die auf die marinen Bewuchsorganismen toxisch wirkt, oder die „Antifouling-Schicht” ist von Ihrer Oberfläche so gestaltet, dass die marinen Bewuchsorganismen auf dieser nicht gut haften können.
In jedem Fall offenbart die US 2004/0241433 A1 nicht die Möglichkeit einer „Antifouling-Schicht” mit elektrischer Leitfähigkeit.
Die nach den vorstehenden Dokumenten des Standes der Technik zur Verfügung stehenden Materialien und Methoden zur Verhinderung eines Bewuchses durch Bewuchsorganismen weisen demnach entweder den Nachteil auf, dass sie kein komplettes Lacksystem zur Erzeugung einer entsprechenden Schutzschicht offenbaren und/oder dass sie auf Wirkmechanismen zurückgreifen müssen, die entweder eine Verhinderung des Bewuchses nicht oder nur mit Mitteln erreichen, die bereits allgemein als nachteilig erkannt worden sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik und den hierin gefundenen Mängeln, besteht also die Aufgabe ein Mittel bereitzustellen, dass einen Schutz vor Bewuchs mit Bewuchsorganismen genauso gut oder sogar besser zu verhindern, wie dies nach dem Stand der Technik möglich ist, dass aber nicht die sonstigen nachteiligen Effekte auf die Umwelt aufweist, die bereits seit langem bekannt sind.
Es wurde nun als erster Gegenstand dieser Erfindung überraschend gefunden, dass eine Mehrschicht-Lacksystem umfassend mindestens zwei Lackzusammensetzungen, dadurch gekennzeichnet, dass

a) eine gegebenenfalls dritte Lackzusammensetzung aus einer oder mehreren Diaminkomponenten, einer oder mehreren Isocyanatkomponenten und gegebenenfalls einem Entschäumer in einem organischen Lösungsmittel besteht,
b) die zweite Lackzusammensetzung entweder aus einer Lösung eines oder mehrer Zuschlagsstoffe gemäß der nachstehenden ersten Lackzusammensetzung in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser besteht, oder aus einer nachstehenden ersten Lackzusammensetzung mit einem Anteil an Zuschlagsstoff größer als in der nachstehenden ersten Lackzusammensetzung besteht
c) die erste Lackzusammensetzung aus einer oder mehreren Diaminkomponenten, einer oder mehreren Isocyanatkomponenten, einem Zuschlagsstoff im Anteil von bis zu 60 Gew.-% ausgewählt aus der Liste bestehend aus Ruß, Graphit, Graphitpartikel, Graphen, Kohlenstoffnanoröhrchen, elektrisch leitfähiges Polymer, Metallpartikel und Mischungen der vorgenannten, sowie gegebenenfalls einem Entschäumer in einem organischen Lösungsmittel besteht,

Das erfindungsgemäße Mehrschicht-Lacksystem ist vorteilhaft, weil durch die mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei Lackzusammensetzungen nach deren Auftrag auf eine Oberfläche in der Reihenfolge der Lackzusammensetzungen eine mehrschichtige Oberflächenbeschichtung erzeugt werden kann, in der jede Schicht dieser mehrschichtigen Oberflächenbeschichtung eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweist. Mit diesem Mehrschicht-Lacksystem wird also Oberflächebeschichtung erhältlich, die in Ihren Teilschichten geeignete Leitfähigkeiten aufweist, die es erlauben in gezielter Weise durch Anlegen von Potentialen einen Bewuchs zu verhindern.
Die Nummerierung der Lackzusammensetzungen beschreibt demzufolge auch die Reihenfolge der durch diese Lackzusammensetzungen erzeugten Schichten auf der Oberfläche und zwar in der Reihenfolge von Außen hin zu der beschichteten Oberfläche. Demnach ist die zweite und gegebenenfalls dritte Schicht gebildet durch die entsprechende Lackzusammensetzung jeweils zumindest teilweise bedeckt durch eine Schicht hergestellt aus der ersten Lackzusammensetzung.
Die in den vorstehend beschriebenen Lackzusammensetzungen enthaltenen Zuschlagsstoffe sind bevorzugt Ruß und/oder Graphit bzw. Graphitpartikel.
Besonders bevorzugt ist der Zuschlagsstoff Graphitpartikel.
Ist Graphit als Zuschlagsstoff in der ersten Lackzusammensetzung enthalten, so liegt der Anteil des Graphit an der ersten Lackzusammensetzung bevorzugt im Bereich von 10 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bei etwa 33 +/–2Gew.-%.
Besteht die zweite Lackzusammensetzung aus den Stoffen der ersten Lackzusammensetzung, so beträgt der Anteil der Zuschlagsstoffe an der zweiten Lackzusammensetzung bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%.
Die in den Lackzusammensetzungen enthaltnen Diaminkomponenten reagieren mit der ebenso vorhandenen mindestens einen Isocyanatkomponente im Sinne einer Vernetzungsreaktion zu Polyurethan. Hierbei können beide Komponenten, d. h. die mindestens eine Diaminkomponente und die mindestens eine Isocyanatkomponente, gegebenenfalls bereits als pre-polymere Erscheinungsformen eingesetzt werden.
Die in dem erfindungsgemäßen Mehrschicht-Lacksystem verwendeten, bzw. in der erfindungsgemäßen Lackzusammensetzungen verwendeten Isocyanatkomponenten bzw. Diaminkomponenten sind bevorzugt solche, die im Mittel mindestens zwei reaktive Gruppen pro Molekül aufweisen. Besonders bevorzugt weist mindestens eine der Komponenten im Mittel mehr als zwei reaktive Gruppen auf.
Die Diaminkomponenten sind bevorzugt solche mit 1 bis 10 Wiederholungseinheiten, wobei jede der Wiederholungseinheiten mindestens eine funktionelle Gruppe in Form eines sekundären Amins aufweist.
Bevorzugte Diaminkomponenten sind Aspartatkomponenten, d. h. Diaminkomponenten mit Aspartatstruktur.
Werden Diaminkomponenten mit Aspartatstruktur verwendet, so kommt es im Sinne der vorgenannten Vernetzungsreaktion zur Bildung einer Sonderform des Polyurethan, nämlich zur Ausbildung einer Polyureastruktur. Diese Polyureastruktur ist besonders vorteilhaft, weil sie noch besser für die Anwendung im wässrigen Milieu geeignet, ist als dies für Polyurethan bereits der Fall ist.
Insbesondere neigen solche Polyureastrukturen bei Kontakt mit Wasser weniger zum quellen und sind auch geringfügig abriebfester als klassische Polyurethanstrukturen.
Besonders bevorzugte Aspartatkomponenten sind insbesondere solche mit 1 bis 10 Wiederholungseinheiten, wobei jede der Wiederholungseinheiten eine Aspartatgruppe aufweist.
Insbesondere bevorzugt sind Diaminkomponenten in Form von Aspartatkomponenten, wie sie durch die Firma Bayer MaterialScience AG unter der Produktlinie Desmophen^®NH vertrieben werden.
Ebenfalls bevorzugt sind mehrfach funktionelle Diaminkomponenten bzw. Aspartatkomponenten, in denen eine aromatische Gruppe enthalten ist.
Insbesondere bevorzugt sind doppelfunktionelle Diaminkomponenten, wie sie durch die Fa. Albemarle unter der Produktlinie Ethacure^® vertrieben werden.
Die in dem Mehrschicht-Lacksystem enthaltenen Isocyanatkomponenten sind bevorzugt solche mit aliphatischen Polyisocyanatkomponenten.
Insbesondere bevorzugte Isocyanatkomponenten sind jene, wie sie durch die Firma Bayer MaterialScience AG unter der Produktlinie Desmodur^®N vertrieben werden.
Im erfindungsgemäßen Mehrschicht-Lacksystem liegen in dem Fall in dem mehr als eine Diaminkomponente bzw. Aspartatkomponente in den jeweiligen Lackzusammensetzungen vorhanden sind, diese üblicherweise in einem Massenverhältnis von etwa 1:1 vor.
Die Lackzusammensetzungen des erfindungsgemäßen Mehrschicht-Lacksystems enthalten die Diaminkomponenten bzw. Aspartatkomponenten und die Isocyanatkomponenten üblicherweise im Massenverhältnis im Bereich von 1:1 bis 1:4, bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 1:2, besonders bevorzugt von etwa 1:1,5.
Die Lackzusammensetzungen des erfindungsgemäßen Mehrschicht-Lacksystems enthalten die Diaminkomponenten bzw. Aspartatkomponenten und die Isocyanat-Präpolymeren üblicherweise im stöchiometrischen Verhältnis im Bereich von 1:1 bis 1:1.5, (NH:NCO), bevorzugt von etwa 1:1,2.
Die Entschäumer sind solche, wie sie dem Fachmann auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik allgemein bekannt sind. Bevorzugte Entschäumer sind silikonhaltige Entschäumer.
Ein besonders bevorzugter Entschäumer ist jener, wie er durch die Firma BYK Chemie GmbH unter dem Produktnamen BYK^®A 530 vertrieben wird.
Solche Entschäumer sind in den Lackzusammensetzungen des erfindungsgemäßen Mehrschicht-Lacksystems üblicherweise in einem Anteil im Bereich von 0,01 bis 2 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt zu einem Anteil von etwa 0,5 Gew.-% vorhanden.
Organische Lösungsmittel, die im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind jene ausgewählt aus der Liste bestehend aus Estern, Ketonen und aromatischen Kohlenwasserstoffen.
Üblichweise sind solche Lösungsmittel sind in den Lackzusammensetzungen in einem Anteil im Bereich von 10 bis 500 g/l, bevorzugt im Bereich von 10 bis 350 g/l, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 250 g/l vorhanden.
Wie im Zusammenhang mit der nachstehend beschriebenen Oberflächenbeschichtung dargestellt dient die gegebenenfalls vorhandene dritte Schicht der elektrischen Isolation der mehrschichtigen elektrisch leitfähigen Oberflächenbeschichtungen gegenüber der Oberfläche, auf der diese aufgebracht wird.
Demnach kann auf die Anwesenheit einer dritten Lackszusammensetzung in dem erfindungsgemäßen Mehrschicht-Lacksystem verzichtet werden, wenn die hiermit zu beschichtende Oberfläche bereits aufgrund ihrer Materialeigenschaften nicht dafür geeignet ist, das durch das Anlegen eines Potentials an die gebildete mehrschichtige elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung ein Stromfluss über die beschichtete Oberfläche erzeugt wird.
Dies ist nicht gewünscht, weil die Oberfläche nach Beschichtung und Inbetriebnahme der Oberflächenbeschichtung durch Anlegen eines Potentials immer noch ohne Bedenken berührbar sein soll, bzw. gegebenenfalls mit der Oberfläche in Kontakt stehende Gegenstände (etwa elektronische Einrichtungen) durch die Inbetriebnahme der Oberflächenbeschichtung in Ihrer Funktion nicht beeinträchtigt werden sollen.
Ist die zu beschichtende Oberfläche aber aus einem Material mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 10³ Ω·mm²/m oder weniger, wie beispielsweise Stahl oder andere metallische Werkstoffen, so ist die Anwesenheit einer dritten Lackzusammensetzung, wie vorstehend beschrieben bevorzugt, um die vorgenannte elektrische Isolation mit dieser gegenüber der Oberfläche zu erhalten.
Allerdings kann es auch in Fällen, in denen die zu beschichtende Oberfläche einen ausreichen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist vorteilhaft sein die dritte Lackzusammensetzung in dem erfindungsgemäßen Mehrschicht-Lacksystem vorzusehen, weil diese in jedem Fall als Ausgleichsschicht und gegebenenfalls Haftschicht gegenüber der zu beschichtenden Oberfläche in Bezug auf die darüber liegenden Schichten wirkt.
In Fällen, in denen also die zweite Lackzusammensetzung nicht gut auf der Oberfläche haftet und/oder die Oberfläche wesentliche Unrauhigkeiten aufweist, ist also das Vorsehen mindestens einer dritten Lackzusammensetzung bevorzugt auch wenn die Oberfläche einen ausreichen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist.
Hinsichtlich der verbesserten Haftung der gebildeten Oberflächenbeschichtung ist das Vorsehen der dritten Lackzusammensetzung insbesondere bevorzugt, wenn die zweite Lackzusammensetzung aus einer Lösung eines oder mehrer Zuschlagsstoffe gemäß der nachstehenden ersten Lackzusammensetzung in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser besteht, da diese üblicherweise schlechter auf Oberflächen haftet, als die vorstehend beschriebene dritte Lackzusammensetzung.
In einer alternativen Ausführungsform des vorliegenden Mehrschicht-Lacksystems können die einzelnen Lackzusammensetzungen auch nicht getrennt von einander vorliegen, sondern diese liegen als eine Gesamtmischung vor, die sich bei Auftragen auf eine Oberfläche selbst organisiert, indem sich ein Gradient an Zusammensetzungen über die Schichtdicke ausbildet. Dies wird im Zusammenhang mit der im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung detaillierter beschrieben.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine mehrschichtige elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtungen umfassend mindestens zwei Schichten, wobei die Oberflächenbeschichtung erhalten wird durch ein Auftragen, in dem

a) zunächst gegebenenfalls eine dritte Lackzusammensetzung aus einer oder mehreren Diaminkomponenten, einer oder mehreren Isocyanatkomponenten und gegebenenfalls einem Entschäumer in einem organischen Lösungsmittel auf die Oberfläche aufgetragen wird, so dass sich eine dritte Schicht ausbildet,
b) hiernach eine zweite Lackzusammensetzung bestehend entweder aus einer Lösung eines oder mehrer Zuschlagsstoffe gemäß der ersten Lackzusammensetzung für die nachstehende erste Schicht in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser, oder aus einer nachstehenden ersten Lackzusammensetzung mit einem Anteil an Zuschlagsstoff größer als in der nachstehenden ersten Lackzusammensetzung für die nachstehende erste Schicht aufgetragen wird, so dass sich eine zweite Schicht ausbildet und
c) hiernach eine erste Lackzusammensetzung bestehend aus einer oder mehreren Diaminkomponenten, einer oder mehreren Isocyanatkomponenten, einem Zuschlagsstoff im Anteil von bis zu 60 Gew.-% ausgewählt aus der Liste bestehend aus Ruß, Graphit, Graphitpartikel, Graphen, Kohlenstoffnanoröhrchen, elektrisch leitfähiges Polymer, Metallpartikel und Mischungen der vorgenannten, sowie gegebenenfalls einem Entschäumer in einem organischen Lösungsmittel, aufgetragen wird, so dass sich eine erste Schicht ausbildet

Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass sie im Leuchtbakterientest gemäß DIN 38412, Teil 34 und im Fischeitest gemäß DIN 38415-6 keine biozide Wirkung aufweiset.
Die gemäß vorgenanntem ausgebildete mehrschichtige Oberflächenbeschichtung umfasst damit eine erste, äußere und im Wesentlichen polymere Schicht mit einer in Normalenrichtung zu dieser ersten Schicht gemessenen elektrischen Leitfähigkeit im Bereich von 0,1 S–10 S.
Des weiteren umfasst die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung dann eine zweite Schicht, die zwischen zwei Punkten in der Ebene dieser zweiten Schicht, die 0,5 ≤ x ≤ 5 cm von einander beabstandet sind, eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die mindestens zwei Größenordnungen größer ist als jene der ersten Schicht, wenn diese in analoger Weise hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit in Ihrer Ebene untersucht wird.
Die gegebenenfalls vorhandene eine dritte Schicht, die ebenfalls im Wesentlichen aus einem Polymer aufgebaut ist und die in Kontakt mit der beschichteten Oberfläche steht, weist in Normalerrichtung zu besagter Oberfläche eine elektrische Leitfähigkeit auf, die mindestens sechs Größenordnungen geringer ist als jene der ersten Schicht, wenn diese – wie zuvor beschrieben – ebenso in Normalerrichtung hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit vermessen wird.
Die in der vorstehend beschriebenen Oberflächenbeschichtung verwendeten Lackzusammensetzungen sind jene, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mehrschicht-Lacksystem beschrieben wurden. Demgemäß ist im Zuge der erfindungsgemäßen Oberflachenbeschichtung die Verwendung der dort als bevorzugt beschriebenen Ausführungsformen der Lackzusammensetzungen hier ebenso und aus den gleichen Gründen bevorzugt.
Die erste und die dritte Schicht sind – wie vorstehend erklärt – im Wesentlichen aufgebaut aus Polyurethan, bzw. bevorzugt Polyurea mit dem vorstehend benannten Vorteil. Dies gilt auch für die zweite Schicht, wenn diese aus einer ersten Lackzusammensetzung mit einem Anteil an Zuschlagsstoff größer als in der ersten Lackzusammensetzung besteht.
Die erfindungsgemäße mehrschichtige elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil durch die mindestens drei Schichten unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit in den vorgenannten Bereichen ein Verbund ausgebildet wird, bei dem die erste, im Wesentlichen polymere Schicht mit dem wässrigen Milieu in Kontakt kommt, durch dieses aber nicht, wie im Fall anderer Materialien angegriffen wird, weil sich ein Polyurethan bzw. Polyurea ausbildet, das hiergegen widerstandsfähig ist.
Des Weiteren ist es somit möglich mittels der zweiten Schicht, die dann als Kontaktelektrode für die erste Schicht dient, auf der Oberfläche der ersten Schicht ein elektrisches Potenzial gegenüber einer entfernt gelegenen Elektrode auf einem Referenzpotenzial zu erzeugen.
Die dritte Schicht hingegen bildet in diesem Zusammenhang einen Isolator, so dass die mittels der zweiten Schicht an die erste Schicht angelegte Spannung nicht auch auf die mit der Oberflächenbeschichtung geschützte Oberfläche angelegt wird und kein elektrischer Stromfluss durch die zu schützende Oberfläche erfolgen kann. Wie bereits vorstehend erklärt wirkt die dritte Schicht auch als Haftschicht für die zweite Schicht, sowie gegebenenfalls als Ausgleichsschicht.
Die Leitfähigkeiten der ersten Schicht im Bereich der vorgenannten Werte stellen sicher, dass zum einen ein genügender Stromfluss über die erste Schicht stattfindet, um einen biologischen Bewuchs zu verhindern, gleichzeitig aber der Stromfluss über dieser erste Schicht nicht so groß wird, dass es an der Oberfläche der ersten Schicht, die in Kontakt mit wässrigem Milieu steht, zu einer elektrolytischen Reaktion kommt. Darüber hinaus wird durch die Begrenzung der Leitfähigkeit nach unten sichergestellt, dass es nicht zu einer übermäßigen Alterung der mehrschichtigen Oberflächenbeschichtung durch Erwärmung oder elektrolytische Zersetzung kommt.
Durch das Verhältnis der Leitfähigkeit der zweiten Schicht zu jener der ersten Schicht wird gleichsam sichergestellt, dass die zweite Schicht ihrer Aufgabe als homogener Stromverteiler für die erste Schicht nachkommen kann. Das Verhältnis kann in einfacher Weise erzielt werden, indem Dicke und spezifische Leitfähigkeit der ersten und zweiten Schicht entsprechend gewählt werden.
Durch die erfindungsgemäßen Materialien oder Materialkombinationen aus denen die erste und die zweite Schicht bestehen ist zumindest die spezifische Leitfähigkeit dieser Schichten in gewissen Bereichen determinert, so dass eine weitere Anpassung der Leitfähigkeit alleinig über die Dicke der Schichten erfolgen kann.
Das Verhältnis der Leitfähigkeit der dritten Schicht zu jener der ersten Schicht stellt sicher, dass es zu keinem Stromfluss auf die Oberfläche unter der dritten Schicht kommt, die gegen einen biologischen Bewuchs geschützt werden soll.
Idealerweise beträgt der Stromfluss über die Oberfläche der ersten Schicht homogen im Bereich von 0,1 mA/m² bis 100 mA/m², wenn eine Spannung im Bereich von 0,1 bis 20 V gegen eine zweite erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung in Wasser angelegt wird.
Das Auftragen der zweiten Lackzusammensetzung gemäß dem Schritt b) zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung kann in der Ebene dieser Schicht zweidimensional strukturiert erfolgen oder nicht. Bevorzugt erfolgt das Auftragen dieser Schicht zweidimensional strukturiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Auftragen der zweiten Lackzusammensetzung gemäß dem Schritt b), so dass eine in der Ebene der Oberflächenbeschichtung zweidimensionale, unterbrochene Struktur erhalten wird.
Durch diese bevorzugte Ausführungsform berühren sich die durch die erste Lackzusammensetzung ausgebildete erste Schicht und die durch die dritte Lackzusammensetzung ausgebildete dritte Schicht stellenweise in den Unterbrechungen der vorgenannten unterbrochenen Struktur der durch die zweite Lackzusammensetzung ausgebildeten zweiten Schicht.
Innerhalb dieser bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Auftragen zweiten Lackzusammensetzung gemäß dem Schritt b), so dass eine in der Ebene der Oberflächenbeschichtung bevorzugt so, dass eine Mehrzahl von Stegen in der zweiten Schicht ausgebildet werden.
Besonders bevorzugt werden diese Stege so ausgebildet, dass sie jeweils nicht breiter als 5 mm, ganz besonders bevorzugt nicht breiter als 1 mm sind.
Die gerade beschriebenen Stege können über ihre gesamte Länge oder auch nur abschnittsweise geradlinig, gewinkelt, gezackt und/oder ausgebildet werden. Bevorzugt werden die Stege abschnittsweise geradlinig, gewinkelt, gezackt und/oder gebogen ausgebildet.
Sind die Stege abschnittsweise geradlinig, gewinkelt, gezackt und/oder gebogen ausgeführt, so werden bevorzugt keine geradlinigen Strukturen ausgebildet, die länger als 10 mm, besonders bevorzugt nicht länger als 3 mm sind.
Innerhalb der Ausführungsform, in der das Auftragen zweiten Lackzusammensetzung gemäß dem Schritt b) so erfolgt, dass die ausgebildete zweite Schicht eine unterbrochenen Struktur aufweist und sich somit die erste Schicht und die dritte Schicht stellenweise in den Unterbrechungen berühren, können die Stellen, an denen sich die erste und dritte Schicht berühren, eine reguläre Form haben – z. B. rund, oval, polygonal, quadratisch – oder eine irreguläre Form aufweisen – z. B. ohne erkennbares Wiederholungsmuster gezackt. Diese Stellen können gleich groß oder verschieden groß sein. Die Stellen können relativ zueinander regulär oder irregulär angeordnet sein. D. h. die Stellen können ein erkennbares Widerholungsmuster über die Schichten aufweisen, oder nicht.
Bevorzugt sind die Berührungsstellen der ersten und der dritten Schicht in keiner Abmessung größer als 10 mm.
Das Auftragen der zweiten Lackzusammensetzung kann, wenn es so ausgeführt wird dass unterbrochene Strukturen erhalten werden, so ausgeführt werden, dass Stege unterschiedlicher Dicke und/oder Breite ausgebildet werden. Bevorzugt wird dieses Auftragen so ausgeführt, dass mindestens einen Steg erzeugt wird, der gegenüber den übrigen Stegen durch eine erhöhte Dicke und/oder Breite gekennzeichnet ist.
Solche Stege der unterbrochenen Struktur der zweiten Schicht bilden dann Abschnitte mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit. Diese Abschnitte sind besonders vorteilhaft, weil solche Stege als Stromverteiler innerhalb der zweiten Schicht wirken können, die geeignet sind, elektrische Potenzialdifferenzen in der Fläche der Oberflächenbeschichtung auszugleichen bzw. zu minimieren.
Durch die Anordnung gemäß der gerade beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Schicht in der Ebene der Oberflächenbeschichtung eine Struktur auf, die so gestaltet ist dass sie mehrere größere Bereiche aufweist, die durch die vorgenannten Stege einer erhöhten Dicke und/oder Breite gut elektrisch leitend miteinander verbunden sind, während die mehreren solcher Bereiche dagegen nicht gut elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist jeder solche Bereich mindestens 0,5 m² groß, besonders bevorzugt ist jeder solche Bereich mindestens 2 m² groß.
Auch wenn die Dicken der einzelnen Schichten der Oberflächenbeschichtung frei bestimmbar sind, so ist es dennoch üblich, dass die Lackkomponenten so aufgetragen werden, dass die gesamte Oberflächenbeschichtung nicht dicker ist als 1 mm.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung ist die Oberfläche der ersten Schicht besonders glatt und weist einen Ra-Wert von unter 100 μm, bevorzugt einen Ra-Wert von unter 10 μm, besonders bevorzugt unter 1 μm auf. (Rauheitskennwerte gemäß DIN EN ISO 4287).
Besonders glatte Oberflächen bedingen später, wenn die mehrschichtige Oberflächenbeschichtung etwa auf ein Schiff aufgetragen wird, einen besonders geringen Reibungswiderstand des Schiffes gegenüber dem Wasser in dem es sich bewegt, was wiederum einen verringerten Kraftstoffbedarf zur Folge hat. In dieser bevorzugten Weiterentwicklung kann somit durch das elektrische Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung ein Bewuchs dauerhaft verhindert werden, zugleich kann aber durch die erhaltene besonders glatte Oberfläche des Schiffes dessen Kraftstoffbedarf verringert werden.
Das Auftragen gemäß a), b) und c) bezogen auf die erfindungsgemäße Oberflachenbeschichtung kann mit dem Fachmann allgemein bekannten Methoden erfolgen. Als nicht abschließende Beispiele für solche Methoden seien etwa das Gießen, Rakeln, Spritzen, Rollen, Drucken oder Streichen genannt.
Das Trocknen zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung erfolgt üblicherweise durch ein thermisches Trocknen. Dieses kann durch Heißluft oder durch Bestrahlung mit Infrarotlicht, aber auch durch genügend langes Warten bei Umgebungstemperatur erfolgen.
Es ist aber auch möglich ein Vakuumtrocknen oder eine Kombination aus thermischen und Vakuumtrocknen einzusetzen.
Das thermische Trocknen erfolgt üblicherweise bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 120°C bei Umgebungsdruck (1013 hPa). Es ist allerdings in Abhängigkeit von der Oberfläche, die mit Beschichtung versehen werden soll die Temperatur so zu wählen, dass die Oberfläche durch das Trocknen nicht beschädigt oder zerstört wird.
Wird beispielsweise handelsübliches Polystyrol als Oberfläche zur Beschichtung verwendet, so sind Temperaturen von 70°C und darüber zu vermeiden.
Das Trocknen wird üblicherweise über einen Zeitraum von 4–10 Minuten ausgeführt. Beim thermischen Trocknen innerhalb der vorstehend beschriebenen Temperaturbereiche ist bei Vorsehen einer Trocknungstemperatur am unteren Ende des vorstehenden Bereiches eine längere Trocknungszeit vorzusehen und umgekehrt. Beim Trocknen ohne Erhöhung der Temperatur kann die Trocknungszeit bis zu mehrere Stunden oder Tagen betragen.
Dies ist unter anderem Abhängig vom gewünschten Trocknungsgrad der Oberflächenbeschichtung. Trocknungsgrade werden durch den Fachmann auf dem Gebiet der Lacktechnik üblicherweise gem. DIN 51350 ausgedrückt. In dieser Norm wird zwischen sieben Trocknungsgraden unterschieden. Die wesentlichen drei davon die in der Praxis häufig benutzt werden, sind in Reihenfolge der Trockenheit der Oberflächenbeschichtung, die eine Funktion sowohl des Abdampfens des Lösungsmittels, wie auch des Vernetzungsgrades ist, T5, T3 und T1.
Soll beispielsweise bei Umgebungstemperatur und unter Umgebungsdruck ein Trocknungsgrad der Oberflächenbeschichtung von T5 erzielt werden, so sind Trocknungszeiten im Bereich von Tagen durchaus üblich. Diese können durch Verringerung von Druck oder Erhöhung der Trocknungstemperatur entsprechend verringert werden.
Für kleine zu beschichtende Oberflächen (bis zu 10 m²) wird bevorzugt ein thermisches Trocknen bei etwa 40°C–60°C für etwa 5 Minuten ausgeführt, gefolgt von einer Bestrahlung mit einer Infrarot-Strahlungsquelle für etwa 1 Minute.
Das Trocknen bewirkt, dass die Isocyanatkomponenten und die Diaminkomponenten bzw. Aspartatkomponenten der Lackzusammensetzungen miteinander als Polyurethan bzw. Polyurea vernetzen, was zu den besonders vorteilhaften Schichten der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung führt.
In noch einer bevorzugten Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung ist deren erste Schicht mit einer Strukturierung versehen.
Diese Strukturen der Oberflächenbeschichtung können allgemein bekannte Strukturen sein, die eine Anhaftung von Bewuchsorganismen behindern.
Da die erste Schicht der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Oberflächenbeschichtung jene ist, die mit dem wässrigen Umfeld in unmittelbaren Kontakt kommt, kann somit eine noch bessere Wirksamkeit der hergestellten Oberflächenbeschichtung gegen den Bewuchs durch Bewuchsorganismen erreicht werden.
Möglichkeiten eine solche Struktur zu erzeugen sind allgemein bekannt. Als ein Beispiel sei etwa dass Aufpressen einer strukturieren Oberfläche genannt.
Solche Oberflächenstrukturen auf der ersten Schicht führen gegebenenfalls dazu, dass etwaige durch die o. g. verringerten Rauhigkeiten erzielten Vorteile wegfallen, wenn eine Strukturierung vorgesehen ist, die im Wesentlichen orthogonal zur Bewegungsrichtung des wässrigen Milieus gegenüber der Oberfläche ausgestaltet ist. Umgekehrt, kann aber auch ein Zusammenwirkung der Vorteile des noch weiter verringerten Bewuchses mit verringertem Strömungswiderstand erreicht werden, wenn gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung die Strukturierung in Richtung der Strömungsrichtung des umgebenden wässrigen Milieus aufgeprägt wird und zugleich dennoch die vorstehend beschriebenen Rauhigkeiten der Oberfläche eingestellt werden.
Die vorteilhafte Wirkung im Sinne des geringeren Reibungswiderstandes ist nicht auf die Kraftstoffersparnis von Schiffen als Oberflächen beschränkt. Beispielsweise tritt dieser Vorteil auch auf, wenn Rohrleitungen von Innen mit der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Oberflächenbeschichtung beschichtet werden. Hier kann eine dauerhafte Energieersparnis für die verwendeten Förderorgane (Pumpen) erzielt werden, die zum einen durch den vorgenannten geringeren Reibungswiderstand des Wassers an der Rohrinnfläche, zum anderen durch den nicht eintretenden Bewuchs der Rohrinnfläche bedingt ist, was eine Querschnittsverengung und damit erhöhten Druckverlust zur Folge haben würde.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung zur Verhinderung eines Bewuchses durch Bewuchsorganismen.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die vorstehend beschriebene Oberflächenbeschichtung, wenn man eine Spannung an diese Oberflächenbeschichtung anlegt, das Anhaften von Bewuchsorganismen verhindert oder mindestens minimiert.
Es hat sich insbesondere im Unterschied zur Offenbarung der EP 1 570 010 B1 gezeigt, dass die erfindungsgemäße mehrschichtige Oberflächenbeschichtung in der Lage ist, die Bewuchsverhinderung mittels oberflächennaher pH-Änderung zu realisieren und damit bei entsprechender Ansteuerung als effektiver Bewuchsschutz fungiert.
Noch ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Verhinderung des Bewuchses durch Bewuchsorganismen auf einer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche an mindestens zwei räumlich getrennten Abschnitten mit einer erfindungsgemäßen mehrschichtigen Oberflächenbeschichtung beschichtet wird und an diese Abschnitte eine elektrische Spannung angelegt wird.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verhinderung des Bewuchses durch Bewuchsorganismen auf einer Oberfläche wird bevorzugt die Spannung mit alternierender Polung angelegt, so dass zwischen einer negativen und positiven Polung der Oberflächenbeschichtungsoberfläche gewechselt wird.
Durch das Anlegen einer Spannung an die Folie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verhinderung eines Bewuchses durch Bewuchsorganismen auf einer Oberfläche, kommt es an der Folienoberfläche zur Veränderung des pH-Wertes des Wassers in einem Nahbereich zur Folienoberfläche. Diese Veränderung des pH-Wertes und insbesondere die zeitlich variierende Veränderung durch Anlegen einer alternierenden Spannung gemäß der bevorzugten Verfahrensführung ist für die Bewuchsorganismen üblicherweise eine lebensfeindliche Veränderung der Umgebung, so dass hierdurch ein Bewuchs verhindert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und Abbildungen näher erläutert, ohne sie jedoch hierdurch darauf zu beschränken.
1a zeigt schematisch in Projektionsansicht den Aufbau einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung gemäß Beispiel 1 aufgebracht auf einer Oberfläche eines vor biologischem Bewuchs zu schützenden Gegenstandes bestehend aus einer ersten Schicht (1) mit einer elektrischen Leitfähigkeit in Normalenrichtung zwischen 0,1 S und 10 S, einer zweiten Schicht (2) mit einer elektrischen Leitfähigkeit etwa 10³ S (gemessen zwischen zwei Punkten eines Abstandes von ~2 cm in der Schichtebene) einer dritten Schicht (3) mit einer elektrischen Leitfähigkeit in Normalenrichtung von etwa 10^–8 S, und die Oberfläche (4) auf die sie aufgebracht ist.
1b zeigt schematisch in Projektionsansicht den Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung, bei der statt einer einzelnen ersten Schicht (1) eine Kombination aus zwei Unterschichten (1a) und (1b) als erste Schicht verwendet wird. Die Schichten (1a) und (1b) können aus unterschiedlichen Materialien bestehen und auch unterschiedliche Oberflächeneigenschaften haben.
2 zeigt schematisch in Seitenansicht den Aufbau einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung zusammen mit einem elektrischen Kontaktpunkt (21) in Form eines Kontaktes mit elektrisch leitfähigem Klebstoff oder einer Lötverbindung in elektrisch leitender Verbindung mit der zweiten Schicht (2) und einem daran angeschlossenen Kontaktkabel (22). Die zum Wasser hin gewandte Seite des Kontaktpunktes (21) und der zweiten Schicht (2) ist durch eine Abdichtung (11) aus einem Dichtmaterial, die an die erste Schicht (1) anschließt vor Wasser und somit vor einem Kurzschluss geschützt.
3a zeigt schematisch eine Aufsicht auf eine unterbrochene Struktur der zweiten Schicht (2) aufgedruckt auf die dritte Schicht (3). Die auf den Zweischichtverbund aus dritter (3) und zweiter Schicht (2) aufgebrachte erste Schicht (1) ist hier nicht dargestellt. Die erste Schicht (1) und die dritte Schicht (3) berühren sich an den Unterbrechungen (31), die hier als reguläre, sich wiederholende Strukturen gleichseitiger Dreiecke ausgeführt sind. Die Stege (32) der zweiten Schicht (2) sind als gerade Linien, die sich unter einem Winkel von 60° kreuzen ausgeführt. Weiter weist diese erfindungsgemäße mehrschichtige Oberflächenbeschichtung einen ersten Steg (33) und zwei zweite Stege (34) auf, die gegenüber den übrigen Stegen (32) durch eine erhöhte Dicke und Breite gekennzeichnet sind. Die Stege (32, 33 und 34) bestehen aus Silber und sind auf die dritte Schicht (3) aufgedruckt worden. Die zweite Schicht (2) ist wiederum über einen Kontakt (23) elektrisch leitfähig an ein Kontaktkabel (22) angeschlossen.
3b zeigt schematisch eine Aufsicht auf eine unterbrochene Struktur der zweiten Schicht (2) aufgedruckt auf die dritte Schicht (3) ähnlich zu jener in der 3a. Im Unterschied zu der Oberflächenbeschichtung gemäß 3a sind die Stege (32) hier als reguläre Sechsecke ausgeführt.
3c zeigt schematisch eine Aufsicht auf eine unterbrochene Struktur der zweiten Schicht (2) aufgedruckt auf die dritte Schicht (3) ähnlich zu jener in der 3a und der 3b. Im Unterschied zu jenen sind die Stege (32), sowie der erste Steg (33) einer erhöhten Dicke und Breite hier in irregulärer Form vorgesehen.
4 zeigt schematisch eine Aufsicht auf zwei unterbrochene Strukturen der zweiten Schicht (2) aufgedruckt auf die erste Schicht (1). Die beiden unterbrochenen Strukturen bilden zusammen die zweite Schicht (2). Die jeweiligen einzelnen unterbrochenen Strukturen der zweiten Schicht (2) sind jeweils analog zu jener der 3a aufgebaut. Zwischen den beiden einzelnen unterbrochenen Strukturen befindet sich eine weitere den Unterbrechung (40). Damit kann die erste unterbrochene Struktur der zweiten Schicht (2) als Gegenelektrode zum Anlegen einer Spannung mit alternierender Polung gegenüber der anderen unterbrochenen Struktur der zweiten Schicht wirken, da erste (1) und dritte Schicht (3), die sich im Bereich (40) berühren genügend beabstandet und genügend niedrig elektrisch leitfähig sind, um einen Kurzschlussstrom zu verhindern.
Beispiele:
Beispiel 1: Herstellen einer ersten erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung

Für die Herstellung einer ersten Lackzusammensetzung (1) einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung wurde eine Zusammensetzung nach der folgenden Rezeptur gemäß Tabelle 1 hergestellt. Tabelle 1: Rezeptur der Lackkomponente (1) gemäß Bsp. 1

Komponente	Produkt	Funktion	Gew.-%
Aspartat	Desmophen^® NH1220	Bindemittel	9,36
Aspartat	Desmophen^® NH1420	Bindemittel	9,36
Additiv	BYK^® A 530	Entschäumer	0,45
	1-Methoxy-2-Propylacetat	Lösemittel	30,30
Graphit	Graphit V-Cond 20/96	Leitfähigkeitsadditiv	22,30
Isocyanat-Härter	Desmodur^® N 3800	Härter/Vernetzer	28,23

Zur Herstellung der dritten Lackzusammensetzung (3) wurde die Zusammensetzung gemäß Tabelle 2 verwendet: T abelle 2: Rezeptur der Lackkomponente (3) gemäß Bsp. 1

Komponente	Produkt	Funktion	Gew.-%
Aspartat	Desmophen^® NH1220	Bindemittel	15,47
Aspartat	Desmophen^® NH1420	Bindemittel	15,47
Additiv	BYK^® A 530	Entschäumer	0,80
	Xylol	Lösemittel	19,24
Isocyanat-Harter	Desmodur^® N 3800	Härter/Vernetzer	49,01

Die dritte Lackzusammensetzung (3) wurde auf eine Stahlplatte als Oberfläche aufgespritzt. Diese dritte Schicht der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung wurde thermisch für 30 min bei 60°C gehärtet.
In einem Siebdruckverfahren wurde dann eine zweite Lackzusammensetzung (2) in Form eines hexagonalen Wabenmusters bestehend aus einer Silbertinte (Fa. DuPont 9145) auf die Schicht der dritten Lackzusammensetzung (3) aufgedruckt. Mit der Hand wurden zur späteren Kontaktierung am Rand breitere Linien der gleichen Silbertinte aufgetragen.
Abschließend wurde die Rezeptur der ersten Lackzusammensetzung (1) in zwei Gängen aufgespritzt und die resultierende Oberflächenbeschichtung in einem Trockenofen thermisch für 30 min bei 60°C gehärtet, wobei hierbei Teilbereiche der breiten Randlinien der zweiten Schicht ausgespart wurden, um unten genannte Kontaktierung zu erlauben.
Die so erhaltene Oberflächenbeschichtung wurde auf Ihre Oberflächenrauhigkeit untersucht und es wurde gemäß DIN EN ISO 4287 eine Oberflächenrauhigkeit Ra von ~0,5 μm gefunden.
Für die späteren Versuche gemäß dem Beispiel 4 wurde die Oberflächenbeschichtung an den breiten Randlinien der zweiten Schicht mit einem elektrisch leitfähigen Kupferklebeband, das auch mit einer elektrisch leitfähigen Klebschicht versehen ist („Electrical Tape” der Fa. 3M) kontaktiert.
Beispiel 2: Herstellen einer zweiten erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung

Es wurde analog zu Beispiel 1 verfahren, mit den Unterschieden, dass die erste Lackzusammensetzung (1) eine Zusammensetzung gemäß Tabelle 3 aufwies und die dritte Lackzusammensetzung (3) eine Zusammensetzung gemäß Tabelle 4 aufwies. Tabelle 3: Rezeptur der Lackkomponente (1) gemäß Bsp. 2 Komponente Produkt Funktion Gew.-%

Isocyanat-Härter	Desmodur^® N 3800	Bindemittel/Harter	30,64
Isocyanat-Härter	Desmodur^® XP 2679, 80%	Bindemittel/Härter	7,66
Additiv	BYK^® 530	Entschäumer	0,45
	1-Methoxy-2-Propylacetat	Lösemittel	29,17
Additiv	Printex^® XE 2		0,67
	Graphit V-Cond 20/96	Leitfähigkeitsadditiv	22,56
Diamin	Ethacure^® 100	Vernetzer	8,85

Tabelle 4: Rezeptur der Schicht (3) gemäß Bsp. 2 Komponente Produkt Funktion Gew.-%

Aspartat	Desmophen^® NH1220	Bindemittel	15,47
Aspartat	Desmophen^® NH1420	Bindemittel	15,47
Additiv	BYK^® A 530	Entschäumer	0,80
	Xylol	Lösemittel	19,24
Isocyanat-Härter	Desmodur^® N 3800	Härter/Vernetzer	49,01

Beispiel 3: Herstellen einer dritten erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung

Es wurde analog zu Beispiel 1 verfahren, mit den Unterschieden, dass die erste Lackzusammensetzung (1) eine Zusammensetzung gemäß Tabelle 5 aufwies und die dritte Lackzusammensetzung (3) eine Zusammensetzung gemäß Tabelle 6 aufwies. Tabelle 5: Rezeptur der Lackkomponente (1) gemäß Bsp. 3

Komponente	Produkt	Funktion	Gew.-%
Isocyanat-Härter	Desmodur^® N 3800	Bindemittel/Härter	30,24
Isocyanat-Härter	Desmodur^® XP 2679, 80%	Bindemittel/Härter	7,56
Additiv	BYK^® 530	Entschäumer	0,48
	1-Methoxy-2-Propylacetat	Lösemittel	28,55
Additiv	Printex^® XE 2		0,66
	Graphit V-Cond 20/96	Leitfähigkeitsadditiv	22,49
Diamin	Ethacure^® 420	Vernetzer	1
Diamin	Ethacure^® 100	Vernetzer	9,02

Tabelle 6: Rezeptur der Lackkomponente (3) gemäß Bsp. 3

Komponente	Produkt	Funktion	Gew.-%
Aspartat	Desmophen^® NH1220	Bindemittel	15,47
Aspartat	Desmophen^® NH1420	Bindemittel	15,47
Additiv	BYK^® A 530	Entschäumer	0,80
	Xylol	Lösemittel	19,24
Isocyanat-Härter	Desmodur^® N 3800	Härter/Vernetzer	49,01

Beispiel 4: Test der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichung auf Wirksamkeit gegen den Bewuchs durch Bewuchsorganismen
Mehrere Stücke der Stahlplatten mit erfindungsgemäßer Oberflächenbeschichtung, die nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, wurden an einem Schwimmkörper angebracht und in Wasser gehängt.
Die Stücke hatten dabei jeweils die Abmessungen von ca. 80 cm mal 30 cm. Die Wände des Schwimmkörpers bestanden aus Edelstahl, versehen mit einem Epoxidharz-Korrosionsschutzlack.
Die elektrischen Anschlüsse der Stücke wurden durch Anschluss von Kabeln an die angebrachten Klebebänder vorgenommen. Diese Anschlüsse, sowie die Klebebänder wurden mittels einer Silikondichtmasse gegen den Einfluss von Wasser von außen geschützt. Zugleich fixierte diese Dichtmasse die angeschlossenen Kabel an den Klebebändern.
Jeweils zwei der wie beschrieben applizierten Stücke (nachstehend F1 und F2) wurden mit einem elektrischen Steuergerät verbunden. Dieses steuerte die beschichteten Stücke gemäß der zeitlichen Sequenz nach Tabelle 7 an. Tabelle 7: Zeitliche Sequenz der Ansteuerung der Stücke F1 und F2 gemäß Beispiel 4

Schritt Nr. Zeit Polung F1 Polung F2

1 4 min positiv negativ

2 2 min stromlos stromlos

3 4 min negativ positiv

4 20 min stromlos stromlos
An Schritt 4 anschließend startete die Sequenz wieder mit Schritt 1.
Das Steuergerät regelte dabei die anliegende Spannung stets so nach, dass bei nicht stromloser Polung durch die Flächen der Stücke ein Stromfluss von ungefähr 10 mA/m² sichergestellt wird. Bei nicht stromloser Polung lag dabei an den Flächen eine Spannung zwischen 0 V und 20 V an.
Während 12 Monaten des Betriebs dieses Systems nach der beschriebenen Weise trat an den Flächen zu keinem Zeitpunkt biologischer Bewuchs auf.
Die Oberflächenbeschichtung auf den Stücken wurden unabhängig von vorgenannter Untersuchung auch einem Leuchtbakterientest gemäß DIN 38412, Teil 34 und einem Fischeitest gemäß DIN 38415-6 unterzogen. In keinem der beiden Tests wurde eine biozide Wirkung nachgewiesen. D. h. die Verhinderung des Bewuchses resultiert alleine aus der pH-Änderung in unmittelbarer Nähe der Oberfläche nach Anlagen der o. g. Spannung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1570010 B [0016]
US 2004/0241433 A1 [0017, 0017, 0018, 0019]
EP 1570010 B1 [0105]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Tadashi Matsunaga et al. in „Prevention of marine biofouling using a conductive paint electrode”, Biotech. Bioeng.59(3) (1998) 374–378 [0013]
Seyed Azim et al. in „Studies an graphite based conductive paint coatings”, Progress in Organic Coatings 55 (2006) 1–4 [0014]
Seyed Azim et al. [0015]
Tadashi Matsunaga et al. [0015]
DIN 38412 [0058]
DIN 38415-6 [0058]
DIN EN ISO 4287 [0085]
DIN 51350 [0093]
DIN EN ISO 4287 [0122]
DIN 38412 [0134]
DIN 38415-6 [0134]

Claims

Mehrschicht-Lacksystem umfassend mindestens zwei Lackzusammensetzungen, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine gegebenenfalls dritte Lackzusammensetzung aus einer oder mehreren Diaminkomponenten, einer oder mehreren Isocyanatkomponenten und gegebenenfalls einem Entschäumer in einem organischen Lösungsmittel besteht, b) die zweite Lackzusammensetzung entweder aus einer Lösung eines oder mehrer Zuschlagsstoffe gemäß der nachstehenden ersten Lackzusammensetzung in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser besteht, oder aus einer nachstehenden ersten Lackzusammensetzung mit einem Anteil an Zuschlagsstoff größer als in der nachstehenden ersten Lackzusammensetzung besteht c) die erste Lackzusammensetzung aus einer oder mehreren Diaminkomponenten, einer oder mehreren Isocyanatkomponenten, einem Zuschlagsstoff im Anteil von bis zu 60 Gew.-% ausgewählt aus der Liste bestehend aus Ruß, Graphit, Graphitpartikel, Graphen, Kohlenstoffnanoröhrchen, elektrisch leitfähiges Polymer, Metallpartikel und Mischungen der vorgenannten, sowie gegebenenfalls einem Entschäumer in einem organischen Lösungsmittel besteht.
Mehrschicht-Lacksystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die dritte Lackzusammensetzung umfasst.
Mehrschicht-Lacksystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Diaminkomponenten der jeweiligen Lackzusammensetzungen eine Aspartatstruktur aufweist.
Mehrschicht-Lacksystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Isocyanatkomponenten der jeweiligen Lackzusammensetzungen eine aliphatische Polyisocyanatkomponente ist.
Mehrschichtige elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtungen umfassend mindestens zwei Schichten, wobei die Oberflächenbeschichtung erhalten wird durch ein Auftragen, in dem a) zunächst gegebenenfalls eine dritte Lackzusammensetzung aus einer oder mehreren Diaminkomponenten, einer oder mehreren Isocyanatkomponenten und gegebenenfalls einem Entschäumer in einem organischen Lösungsmittel auf die Oberfläche aufgetragen wird, so dass sich eine dritte Schicht ausbildet, b) hiernach eine zweite Lackzusammensetzung bestehend entweder aus einer Lösung eines oder mehrer Zuschlagsstoffe gemäß der ersten Lackzusammensetzung für die nachstehende erste Schicht in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser, oder aus einer nachstehenden ersten Lackzusammensetzung mit einem Anteil an Zuschlagsstoff größer als in der nachstehenden ersten Lackzusammensetzung für die nachstehende erste Schicht aufgetragen wird, so dass sich eine zweite Schicht ausbildet und c) hiernach eine erste Lackzusammensetzung bestehend aus einer oder mehreren Diaminkomponenten, einer oder mehreren Isocyanatkomponenten, einem Zuschlagsstoff im Anteil von bis zu 60 Gew.-% ausgewählt aus der Liste bestehend aus Ruß, Graphit, Graphitpartikel, Graphen, Kohlenstoffnanoröhrchen, elektrisch leitfähiges Polymer, Metallpartikel und Mischungen der vorgenannten, sowie gegebenenfalls einem Entschäumer in einem organischen Lösungsmittel, aufgetragen wird, so dass sich eine erste Schicht ausbildet, wobei zwischen den Schritten a) und b), sowie b) und c) jeweils ein Reaktionsschritt oder Trockenschritt vorgesehen ist.
Mehrschichtige elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie die dritte Schicht umfasst.
Mehrschichtige elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine in Normalenrichtung zu dieser ersten Schicht gemessenen elektrischen Leitfähigkeit im Bereich von 0,1 S–10 S aufweist, die zweite Schicht, zwischen zwei Punkten in der Ebene dieser zweiten Schicht, die 0,5 ≤ x ≤ 5 cm von einander beabstandet sind, eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die mindestens zwei Größenordnungen größer ist als jene der ersten Schicht, wenn diese in analoger Weise hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit in Ihrer Ebene untersucht wird und dass die dritte Schicht, in Normalerrichtung eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die mindestens sechs Größenordnungen geringer ist als jene der ersten Schicht in Normalenrichtung.
Mehrschichtige elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht eine in der Ebene der Oberflächenbeschichtung zweidimensionale, unterbrochene Struktur aufweist.
Verwendung der Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, zur Verhinderung eines Bewuchses durch Bewuchsorganismen.
Verfahren zur Verhinderung des Bewuchses durch Bewuchsorganismen auf einer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche an mindestens zwei räumlich getrennten Abschnitten mit einer Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8 beschichtet ist und an diese Abschnitte eine elektrische Spannung angelegt wird.