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DE10325768A1 - Coating system for glass surfaces, process for its production and its application - Google Patents

Coating system for glass surfaces, process for its production and its application Download PDF

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DE10325768A1
DE10325768A1 DE2003125768 DE10325768A DE10325768A1 DE 10325768 A1 DE10325768 A1 DE 10325768A1 DE 2003125768 DE2003125768 DE 2003125768 DE 10325768 A DE10325768 A DE 10325768A DE 10325768 A1 DE10325768 A1 DE 10325768A1
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DE
Germany
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tio
coating
coating system
silane
layer
Prior art date
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Application number
DE2003125768
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German (de)
Inventor
Martina Dr. Hüber
Bernd Dr. Proft
Martin Dehnen
Petra Grünberg
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Chemetall GmbH
Venator Germany GmbH
Original Assignee
Sachtleben Chemie GmbH
Chemetall GmbH
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Publication date
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Priority to EP04739582A priority patent/EP1651581A2/en
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Abstract

Beschrieben wird ein Beschichtungssystem, enthaltend TiO2 und eine auf Silanen und/oder Siloxanen basierende Beschichtung. Die Herstellung des Beschichtungssystems erfolgt dadurch, dass auf ein Substrat eine TiO2-Beschichtung und anschließend eine Silanbeschichtung aufgebracht wird. Verwendung findet das Beschichtungssystem bei der Herstellung "selbstreinigender" bzw. pflegeleichter Oberflächen (z. B. Glasoberflächen) und der Erzeugung von Oberflächen mit schaltbaren hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften, z. B. bei der Herstellung von Druckplatten oder Trommeln, die mit UV-Strahlung beschrieben werden.A coating system containing TiO 2 and a coating based on silanes and / or siloxanes is described. The coating system is produced by applying a TiO 2 coating to a substrate and then a silane coating. The coating system is used in the production of "self-cleaning" or easy-care surfaces (e.g. glass surfaces) and the production of surfaces with switchable hydrophobic and hydrophilic properties, e.g. B. in the production of printing plates or drums, which are described with UV radiation.

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungssystem für Glasoberflächen, ein Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Anwendung.The The invention relates to a coating system for glass surfaces Process for its production and use.

Zur Veredelung von Glasoberflächen (z.B. von Floatglas, von vorgespanntem, teilvorgespanntem, gehärtetem oder gebogenem Glas) werden auf Silanen und/oder Siloxanen basierende Lösungen eingesetzt, mit denen die Glasoberfläche beschichtet wird. In der Patentschrift EP 0783464 B1 ist eine solche Mischung zum Behandeln von siliciumhaltigen Substraten beschrieben. Diese Mischung wird auch unter dem Namen Crystal Guard® vertrieben. Durch das Aufbringen von Crystal Guard® auf eine Glasoberfläche verändert sich deren Oberflächeneigenschaften: Die Glasoberfläche wird wasserabweisend (hydrophob). Dies äußert sich darin, dass sich auf der Glasoberfläche befindliches Wasser zu Tropfen zusammenzieht, so dass es leichter abperlen kann. Beim Abperlen nimmt das Wasser Schmutzpartikel auf und trägt diese ab. Die Anschmutzung der Glasoberfläche wird dadurch reduziert. Aufgrund der veränderten Oberflächeneigenschaften lässt sich das Glas ferner leichter reinigen ("easy-to-clean"-Effekt). Weiterhin wird die Glasoberfläche durch die in der EP 0783464 B1 beschriebene Mischung vorteilhafter Weise dauerhaft vor Glaskorrosion geschützt.Solutions based on silanes and / or siloxanes with which the glass surface is coated are used to refine glass surfaces (eg float glass, tempered, partially tempered, hardened or curved glass). In the patent EP 0783464 B1 describes such a mixture for treating silicon-containing substrates. This mixture is also sold under the name Crystal Guard ® . Applying Crystal Guard ® to a glass surface changes its surface properties: The glass surface becomes water-repellent (hydrophobic). This manifests itself in the fact that water on the glass surface contracts into drops so that it can roll off more easily. When it rolls off, the water picks up and removes dirt particles. Soiling of the glass surface is reduced. Due to the changed surface properties, the glass is also easier to clean ("easy-to-clean" effect). Furthermore, the glass surface by the in the EP 0783464 B1 described mixture advantageously permanently protected from glass corrosion.

Von Nachteil bei dieser Art der Beschichtung ist, dass kleinere Wassertropfen auf der Glasoberfläche haften bleiben und nach dem Eintrocknen Flecken hinterlassen.Of The disadvantage of this type of coating is that smaller drops of water stick to the glass surface stick and leave stains after drying.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, das bekannte Beschichtungssystem zu verbessern und insbesondere ein Beschichtungssystem zu entwickeln, das über "selbstreinigende" Eigenschaften verfügt und das sich in einfacher Weise auf eine Glasoberfläche aufbringen lässt.task of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art Technology to overcome to improve the known coating system and in particular to develop a coating system which has "self-cleaning" properties and which is simple Way on a glass surface can be applied.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Beschichtungssystem, welches TiO2 (bevorzugt in der Anatasform) und eine auf Silanen und/oder Siloxanen basierende Beschichtung enthält.The object is achieved by a coating system which contains TiO 2 (preferably in the anatase form) and a coating based on silanes and / or siloxanes.

Überraschend wurde gefunden, dass das Auftragen einer auf Silanen und/oder Siloxanen basierenden Beschichtung, wie z.B. Crystal Guard®, auf einen fotokatalytisch aktivierbare Titandioxid-Beschichtung unerwartete Eigenschaften der Beschichtungskombination hervorruft.Surprisingly, it was found that the application of a based silanes and / or siloxanes coating such as Crystal Guard ®, unexpected to a photocatalytically activable titanium dioxide coating properties of the coating combination causes.

Fotokatalytisch aktive Titandioxid-Beschichtungen sind bekannt dafür, dass sie die fotokatalytische Aktivität nach Aktivierung durch UV-Licht entfalten und hydrophile Eigenschaften aufweisen. Aufgrund der fotokatalytischen Aktivität werden organische Verbindungen, wie z.B. Schmutz, abgebaut. Fotokatalytisch aktive TiO2-Beschichtungen haben demnach "selbstreinigende" Eigenschaften. Erfolgt keine weitere Aktivierung der TiO2-Beschichtung durch UV-Licht, gehen die fotokatalytische Aktivität und somit sowohl die Schmutz abbauenden Eigenschaften als auch die hydrophilen Eigenschaften verloren. Die Beschichtung zeigt dann keine Wirkung mehr.Photocatalytically active titanium dioxide coatings are known to develop photocatalytic activity after activation by UV light and to have hydrophilic properties. Due to the photocatalytic activity, organic compounds such as dirt are broken down. Accordingly, photocatalytically active TiO 2 coatings have "self-cleaning" properties. If there is no further activation of the TiO 2 coating by UV light, the photocatalytic activity and thus both the dirt-degrading properties and the hydrophilic properties are lost. The coating then has no effect.

In der Kombination von TiO2 und einer auf Silanen und/oder Siloxanen basierenden Beschichtung, wie sie das erfindungsgemäße Beschichtungssystem darstellt, führt eine Aktivierung der fotokatalytischen Eigenschaften der TiO2-Beschichtung durch UV-Licht entgegen den Erwartungen eben nicht zum fotokatalytischen Abbau der Silan- oder Siloxan-Schicht. Vielmehr ändern sich bei Bestrahlung mit UV-Licht die Eigenschaften des ursprünglich hydrophoben "easy-to-clean"-Beschichtungssystems: Der im nicht aktivierten Zustand vorhandene hydrophobe Charakter geht verloren und die hydrophilen Eigenschaften der TiO2-Beschichtung dominieren. Weiterhin ist das Beschichtungssystem insgesamt nach Aktivierung durch UV-Licht fotokatalytisch aktiv, so dass die Schmutz abbauende Eigenschaften dieses Systems hervortreten.In the combination of TiO 2 and a coating based on silanes and / or siloxanes, as represented by the coating system according to the invention, activation of the photocatalytic properties of the TiO 2 coating by UV light, contrary to expectations, does not lead to photocatalytic degradation of the silane. or siloxane layer. Rather, the properties of the originally hydrophobic "easy-to-clean" coating system change when irradiated with UV light: the hydrophobic character that is present in the non-activated state is lost and the hydrophilic properties of the TiO 2 coating dominate. Furthermore, the coating system as a whole is photocatalytically active after activation by UV light, so that the dirt-degrading properties of this system emerge.

Überraschend wurde weiter gefunden, dass sich das Beschichtungssystem reversibel verhält, wenn keine weitere Aktivierung durch UV-Licht erfolgt: Das Beschichtungssystem verliert die hydrophilen Eigenschaften, wird hydrophob und ist auch nicht mehr fotokatalytisch Schmutz abbauend. Es treten wieder die "easy-to-clean"-Eigenschaften auf. Erneute Bestrahlung durch UV-Licht führt wiederum zu einer hydrophilen und fotokatalytisch aktiven Beschichtung, und so fort.Surprised it was further found that the coating system is reversible behave if there is no further activation by UV light: the coating system loses the hydrophilic properties, becomes hydrophobic and is also no longer photocatalytically degrades dirt. The "easy-to-clean" properties appear again. Repeated exposure to UV light again leads to a hydrophilic one and photocatalytically active coating, and so on.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Beschichtungssystems besteht darin, dass sowohl die Eigenschaften der TiO2-Beschichtung als auch die Eigenschaften der auf Silanen und/oder Siloxanen basierenden Beschichtung gezielt eingestellt werden können, oder anders ausgedrückt, durch UV-Licht gezielt "geschaltet" werden können.The advantage of the coating system according to the invention is that both the properties of the TiO 2 coating and the properties of the coating based on silanes and / or siloxanes can be set in a targeted manner, or in other words can be “switched” in a targeted manner by UV light.

Das erfindungsgemäße Beschichtungssystem enthält bevorzugt TiO2 mit einer mittleren Korngröße (Partikelgröße) d50 von 1 bis 100 nm, besonders bevorzugt von 5 bis 20 nm, wobei die Schichtdicke der TiO2-Schicht bevorzugt 1 bis 1000 nm, bevorzugt 5 bis 100 nm und ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 nm beträgt.The coating system according to the invention preferably contains TiO 2 with an average grain size (particle size) d 50 of 1 to 100 nm, particularly preferably of 5 to 20 nm, the layer thickness of the TiO 2 layer preferably 1 to 1000 nm, preferably 5 to 100 nm and is very particularly preferably 10 to 50 nm.

Die auf Silanen und/oder Siloxanen basierenden Beschichtung enthält über Si-O-Si Bindungen verknüpfte Silane, bzw. Siloxane, die ein zwei- oder dreidimensionales Netzwerk bilden. Bevorzugt enthält die Silanschicht ein oder mehrere Fluorosilane. Beispiele für Fluorosilane sind Tridecafluorotetrahydrooctyltrihydroxysilan CF3-(CF2)5-(CH2)2-Si(OH)3 und Perfluorodecyltrihydroxysilan CF3-(CF2)7-(CH2)2-Si(OH)3.The coating based on silanes and / or siloxanes contains silanes or siloxanes linked via Si-O-Si bonds, which form a two- or three-dimensional network. The silane layer preferably contains one or more fluorosilanes. Examples of fluorosilanes are tridecafluorotetrahydrooctyltrihydroxysilane CF 3 - (CF 2 ) 5 - (CH 2 ) 2 -Si (OH) 3 and perfluorodecyltrihydroxysilane CF 3 - (CF 2 ) 7 - (CH 2 ) 2 -Si (OH) 3 .

Beim erfindungsgemäßen Beschichtungssystem sind die TiO2-Beschichtung und die Silanbeschichtung über Si-O-Ti Bindungen miteinander vernetzt. Ist das Substrat Si-haltig (z.B. Glas, Keramik oder Email), ist das Beschichtungssystem mit dem Substrat ebenfalls über Si-O-Si oder Si-O-Ti Bindungen verknüpft. Ist das Substrat nicht Si-haltig, kann das Beschichtungssystem z.B. durch physikalische Wechselwirkung an das Substrat gebunden sein.In the coating system according to the invention, the TiO 2 coating and the silane coating are cross-linked via Si-O-Ti bonds. If the substrate contains Si (eg glass, ceramic or enamel), the coating system is also linked to the substrate via Si-O-Si or Si-O-Ti bonds. If the substrate does not contain Si, the coating system can be bound to the substrate, for example by physical interaction.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungssystems kann wie folgt durchgeführt werden: Auf die zu beschichtende Oberfläche wird Titandioxid in Sol-Form gegeben. TiO2-Sol besteht aus TiO2-Kristallen, die kleiner als 1 μm sind und entweder ladungs- oder sterisch stabilisiert sind. Die Sole können in organischen oder anorganischen Medien hergestellt werden. Z. B. wird ein wässriges TiO2-Sol mit einer mittleren Partikelgröße von d50 von 5 bis 100 nm, bevorzugt d50 von 10 bis 50 nm und besonders bevorzugt d50 von 15 bis 30 nm (gemessen mit Photonenkorrelationsspektroskopie, PCS) in HNO3 mit einem pH von 0,5 bis 2, bevorzugt von 0,8 bis 1,7 und besonders bevorzugt von 1 bis 1,2 und einer Feststoffkonzentration von 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt von 2 bis 20 Gew.-% und besonders bevorzugt von 4 bis 15 Gew.-% auf die Glasoberfläche gegeben. Die Herstellung des wässrigen TiO2-Sols erfolgt in bekannter Weise und ist z.B. beschrieben in Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, Verlag Chemie, Weinheim, 8. Auflage, Band Titan (41, 1951, S. 100).A method for producing the coating system according to the invention can be carried out as follows: titanium dioxide in sol form is added to the surface to be coated. TiO 2 sol consists of TiO 2 crystals that are smaller than 1 μm and are either charge or sterically stabilized. The brine can be produced in organic or inorganic media. For example, an aqueous TiO 2 sol with an average particle size of d 50 from 5 to 100 nm, preferably d 50 from 10 to 50 nm and particularly preferably d 50 from 15 to 30 nm (measured with photon correlation spectroscopy, PCS) is included in HNO 3 a pH of 0.5 to 2, preferably from 0.8 to 1.7 and particularly preferably from 1 to 1.2 and a solids concentration of 1 to 30% by weight, preferably from 2 to 20% by weight and particularly preferably from 4 to 15 wt .-% added to the glass surface. The aqueous TiO 2 sol is prepared in a known manner and is described, for example, in Gmelin's manual of inorganic chemistry, Verlag Chemie, Weinheim, 8th edition, volume Titan (41, 1951, p. 100).

Alternativ kann das saure TiO2-Sol mit einer organischen Säure (z.B. Zitronensäure) versetzt werden (z.B. 1 Gewichtsteil Säure auf 3 Gewichtsteile TiO2). Die Mischung wird dann unter Rühren mit wässriger Ammoniaklösung (z.B. ca. 25 %) auf einen bevorzugten pH-Wert von 5 bis 8, besonders bevorzugt von 6 bis 8, eingestellt.Alternatively, the acidic TiO 2 sol can be mixed with an organic acid (for example citric acid) (for example 1 part by weight of acid to 3 parts by weight of TiO 2 ). The mixture is then adjusted to a preferred pH of 5 to 8, particularly preferably 6 to 8, with stirring with aqueous ammonia solution (for example about 25%).

Das Aufbringen des TiO2-Sols auf die zu beschichtende Oberfläche kann z.B. durch Sprühen, Tauchen oder Aufwalzen erfolgen. Die TiO2-Beschichtung härtet bei Raumtemperatur. Bevorzugt wird die TiO2-Schicht nach dem Auftrag bei 100 bis 800 °C, besonders bevorzugt bei 250 bis 500 °C und ganz besonders bevorzugt bei 275 bis 325 °C getempert, wobei die Temperaturen bevorzugt zwischen einer Minute und zwei Stunden, besonders bevorzugt zwischen 15 und 60 Minuten und ganz besonders bevorzugt zwischen 30 und 45 Minuten gehalten werden. Dies erhöht die Abriebfestigkeit der TiO2-Schicht.The TiO 2 sol can be applied to the surface to be coated, for example by spraying, dipping or rolling. The TiO 2 coating hardens at room temperature. The TiO 2 layer is preferably annealed after application at 100 to 800 ° C., particularly preferably at 250 to 500 ° C. and very particularly preferably at 275 to 325 ° C., the temperatures preferably being between one minute and two hours, particularly preferably between 15 and 60 minutes and most preferably between 30 and 45 minutes. This increases the abrasion resistance of the TiO 2 layer.

Alternativ kann die TiO2-Schicht durch Magnetron-Sputtern erzeugt werden. Dabei wird ein Niedertemperaturplasma in einem Edelgas (meist Argon) benutzt, um ein Targetmaterial (hier Titan) abzutragen und auf einem gegenüberliegenden Substrat in Gegenwart von Sauerstoff (dieser wird dem Sputtergas Argon zugemischt) abzuscheiden, wobei sich eine Schicht aus TiO2 bildet. Die TiO2-Schicht kann auch aus organischen Solen oder aus Precursor-Verbindungen (z.B. Ti-Alkoholaten) abgeschieden werden.Alternatively, the TiO 2 layer can be produced by magnetron sputtering. A low-temperature plasma in an inert gas (usually argon) is used to remove a target material (here titanium) and to deposit it on an opposite substrate in the presence of oxygen (this is mixed with the sputtering gas argon), forming a layer of TiO 2 . The TiO 2 layer can also be deposited from organic sols or from precursor compounds (for example Ti alcoholates).

Auf der so erzeugten transparenten Schicht aus TiO2 wird in bekannter Weise eine weitere Schicht, welche auf Silanen und/oder Siloxanen basiert, aufgebracht.A further layer, which is based on silanes and / or siloxanes, is applied in a known manner to the transparent layer of TiO 2 thus produced.

Dazu kann z.B. eine Mischung, welche drei Komponenten A, B und C und ein gegenüber diesen Komponenten inertes Lösungsmittel enthält, auf die mit TiO2 beschichtete Oberfläche aufgebracht werden.For this purpose, for example, a mixture which contains three components A, B and C and a solvent which is inert to these components can be applied to the surface coated with TiO 2 .

Dabei enthält die Komponente A mindestens ein Polysiloxan, welches Si-H-Bindungen enthält und durch die allgemeinen Formeln

Figure 00050001
widergegeben wird, wobei R ein Alkylrest mit 1 bis 12 C-Atomen und/oder ein nicht substituierter oder substituierter Phenylrest ist, wobei die Reste R teilweise durch Wasserstoff ersetzt sind und wobei n in der Formel I eine Zahl von 2 bis 50 und in der Formel II eine Zahl von 4 bis 50 ist. Bevorzugt wird ein lineares Polysiloxan mit einer Molmasse von 350 bis 15000 eingesetzt.Component A contains at least one polysiloxane which contains Si-H bonds and the general formulas
Figure 00050001
is reproduced, where R is an alkyl radical having 1 to 12 carbon atoms and / or an unsubstituted or substituted phenyl radical, where the radicals R are partially replaced by hydrogen and where n in the formula I is a number from 2 to 50 and in the Formula II is a number from 4 to 50. A linear polysiloxane with a molecular weight of 350 to 15000 is preferably used.

Die Komponente B enthält mindestens ein bi-, tri- oder tetrafunktionelles Silan mit der allgemeinen Formel R'zSiR''4_z IIIwobei R' ein nicht substituierter oder substituierter Alkylrest mit 1 bis 12 C-Atomen, ein Cycloalkylrest mit 5 bis 6 C-Atomen, ein nicht substituierter oder substituierter Phenylrest und/oder ein Vinylrest ist, wobei R'' ein Alkoxy- oder ein CH3COO- oder ein Isocyanid-Rest oder ein Halogenid ist sowie als funktioneller Rest wirkt, wobei der Alkylteil des Alkoxyrestes 1 bis 12 C-Atome hat und wobei z eine Zahl von 0 bis 2 ist. Als bifunktionelles Silan kann z.B. ein Dialkyldialkoxysilan, ein Dicycloalkyldialkoxysilan, ein Diphyenyldialkoxysilan, ein Dialkyldiacetoxysilan, ein Diphenyldiacetoxysilan, ein Vinylmethyldialkoxysilan, ein Vinylmethyldiacetoxysilan oder ein Fluoralkylbialkoxysilan eingesetzt werden. Als trifunktionelles Silan kann z.B. ein Monoalkyltrialkoxysilan, ein Monocycloalkyltrialkoxysilan, ein Monophenyltrialkoxysolan, ein Monoalkyltriacetoxysilan, ein Monocycloalkyltriacetoxylilan, ein Monophenylacetoxysilan, ein Vinyltrialkoxysilan, ein Vinyltriacetoxysilan oder ein Fluoralkyltrialkoxysilan eingesetzt werden. Die Komponente B kann zusätzlich ein Disiloxan und/oder ein monofunktionelles Silan (z.B. Fluoralkylmonoalkoxysilan) enthalten.Component B contains at least one bi-, tri- or tetrafunctional silane with the general formula R ' z SiR'' 4 _ z III where R 'is an unsubstituted or substituted alkyl radical having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl radical having 5 to 6 carbon atoms, an unsubstituted or substituted phenyl radical and / or a vinyl radical, where R''is an alkoxy or a CH 3 is COO or an isocyanide radical or a halide and acts as a functional radical, the alkyl part of the alkoxy radical having 1 to 12 carbon atoms and z being a number from 0 to 2. A dialkyldialkoxysilane, a dicycloalkyldialkoxysilane, a diphyenyldialkoxysilane, a dialkyldiacetoxysilane, a diphenyldiacetoxysilane, a vinylmethyldialkoxysilane, a vinylmethyldiacetoxanialysiloxysiloxysilane, or a fluoromethyldialkoxysilane or fluoroxysilane. The trifunctional silane that can be used is, for example, a monoalkyltrialkoxysilane, a monocycloalkyltrialkoxysilane, a monophenyltrialkoxysolane, a monoalkyltriacetoxysilane, a monocycloalkyltriacetoxylilane, a monophenylacetoxysilane, a vinyltrialkoxysilane, vinylanilylanilane, a vinyl. Component B can additionally contain a disiloxane and / or a monofunctional silane (for example fluoroalkylmonoalkoxysilane).

Die Komponente C enthält mindestens eine (bevorzugt wasserfreie) organische (auch chlorierte) oder anorganische Säure (wie z.B. Chlorsulfonsäure, Benzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, Essigsäure, Chloressigsäure, Dichloressigsäure, Trichloressigsäure, Ameisensäure, Chlorameisensäure, Glutarsäure, Maleinsäure) oder anstelle der Säure einen Katalysator, z.B. Amine, Metallsalze von organischen Säuren (wie Dibutylzinndilaureat (DBTL) oder Dibutylzinndiacetat (DBTA)), Organozinnverbindungen, Titansäureester und quarternäre Ammoniumsalze,The Component C contains at least one (preferably anhydrous) organic (also chlorinated) or inorganic acid (such as chlorosulfonic acid, benzenesulfonic, p-toluenesulfonic acid, Acetic acid, Chloroacetic acid, dichloroacetic trichloroacetic formic acid, Chloroformate, glutaric, maleic acid) or instead of the acid a catalyst, e.g. Amines, metal salts of organic acids (such as Dibutyltin dilaurate (DBTL) or dibutyltin diacetate (DBTA)), organotin compounds, Titansäureester and quaternaries Ammonium salts,

Als inerte Lösungsmittel werden bevorzugt eingesetzt Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 12 C-Atomen, Ketone oder bei Normalbedingung flüssige Carbonsäureester. Beispiele sind: Methyl,- Ethyl- oder Butylacetat, n-Hexan, n-Heptan, Isooctan, Cyclohexan, Pentan, Toluol, Xylol, Aceton oder Methylethylketon, oder Mischungen dieser Stoffe.As inert solvents hydrocarbons with 5 to 12 carbon atoms are preferably used, Ketones or, under normal conditions, liquid carboxylic acid esters. Examples are: methyl, ethyl or butyl acetate, n-hexane, n-heptane, Isooctane, cyclohexane, pentane, toluene, xylene, acetone or methyl ethyl ketone, or mixtures of these substances.

Bei manchen Silanen können auch Alkohole als inerte Lösungsmittel eingesetzt werden. Dies ist gegebenenfalls in Vorversuchen zu ermitteln. Bevorzugt werden als alkoholische Lösungsmittel Methanol, Ethanol oder Propanol (alle Isomeren) eingesetzt.With some silanes, alcohols can also be used as inert solvents. If necessary, this should be determined in preliminary tests. Preferred alcoholic solvents are methanol, etha nol or propanol (all isomers) used.

Einige der hier beschriebenen Silan/Siloxan-haltigen Mischungen sind ebenfalls in der EP 0783464 B1 beschrieben, und auf diese Veröffentlichung wird hier ausdrücklich Bezug genommen.Some of the silane / siloxane-containing mixtures described here are also in the EP 0783464 B1 and this publication is expressly referred to here.

Die Schicht, welche auf Silanen und/oder Siloxanen basiert, kann auch folgendermaßen erzeugt werden: Eine Mischung, welche die oben beschriebenen Komponenten B und C und ein gegenüber diesen Komponenten inertes Lösungsmittel enthält, wird auf die mit TiO2 beschichtete Oberfläche aufgebracht.The layer, which is based on silanes and / or siloxanes, can also be produced as follows: A mixture which contains components B and C described above and a solvent which is inert to these components is applied to the surface coated with TiO 2 .

Bevorzugt wird die Silan- und/oder Siloxan-haltige Mischung in einer Menge von mindestens 15 g/m2 auf die Oberfläche aufgetragen, besonders bevorzugt in einer Menge von 25 bis 35 g/m2. Die bevorzugte Konzentration der Summe der oben beschriebenen Komponenten A, B und C beträgt 0,01 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%., und ganz besonders bevorzugt 1 bis 8 Gew.-%; der Rest ist in der Regel Lösungsmittel.The silane and / or siloxane-containing mixture is preferably applied to the surface in an amount of at least 15 g / m 2 , particularly preferably in an amount of 25 to 35 g / m 2 . The preferred concentration of the sum of components A, B and C described above is 0.01 to 15% by weight, particularly preferably 0.5 to 10% by weight, and very particularly preferably 1 to 8% by weight; the rest is usually solvent.

Nach dem Auftragen auf das Substrat bildet sich eine Schicht durch eine fortschreitende Polymerisation und/oder Vernetzung der Komponenten A und B, bzw. der Komponente B, wobei Si-O-Si Bindungen ausgebildet werden. Zur TiO2-Schicht werden Si-O-Ti Bindungen ausgebildet. Zusätzlich wird die sich bildende Schicht bei einer Glasoberfläche über Si-O-Si-Bindungen, bzw. über Si-O-Ti Bindungen mit dem Substrat verankert. Nach einer Reaktionszeit von 15 bis 60 Minuten (bei Raumtemperatur) kann nicht reagierte Silan/Siloxanmischung mit Hilfe eines Lösungsmittels und gegebenenfalls eines Tuches wieder von der Oberfläche abgetragen werden, falls eine klar durchsichtige Oberfläche gewünscht ist. Wird die Vernetzung bei höheren Temperaturen (z.B. 50 bis 80 °C) durchgeführt, kann nicht reagierte Silan/Siloxanmischung bereits nach 1 bis 10 Minuten entfernt werden. Die Silan/Siloxanmischung kann nach dem Auftrag auf das mit TiO2 beschichtete Substrat auch einpoliert werden. Ein Abtragen nicht reagierter Mischung ist dann zur Erzielung einer klar durchsichtigen Oberfläche nicht notwendig. Bevorzugt wird die fertig beschichtete Oberfläche für 1 bis 5 Stunden bei 50 bis 150 °C nachbehandelt. So wird die Nachvernetzung beschleunigt.After application to the substrate, a layer is formed by progressive polymerization and / or crosslinking of components A and B or component B, with Si-O-Si bonds being formed. Si-O-Ti bonds are formed to the TiO 2 layer. In addition, the layer which is formed is anchored to the substrate on a glass surface via Si-O-Si bonds or via Si-O-Ti bonds. After a reaction time of 15 to 60 minutes (at room temperature), the unreacted silane / siloxane mixture can be removed from the surface again using a solvent and, if necessary, a cloth, if a clear, transparent surface is desired. If the crosslinking is carried out at higher temperatures (for example 50 to 80 ° C.), the unreacted silane / siloxane mixture can be removed after only 1 to 10 minutes. The silane / siloxane mixture can also be polished after application to the substrate coated with TiO 2 . Removing unreacted mixture is then not necessary to achieve a clear, transparent surface. The finished coated surface is preferably aftertreated at 50 to 150 ° C. for 1 to 5 hours. This accelerates post-networking.

Das Beschichtungssystem kann auch dadurch hergestellt werden, dass ein TiO2-Sol mit einer Mischung aus den Komponenten A, B und C oder mit einer Mischung aus den Komponenten B und C gemischt wird und dieses Gemisch anschließend auf das Substrat aufgebracht wird. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen der Gesamtmischung auf das Substrat innerhalb von 24 Stunden, besonders bevorzugt innerhalb von 12 Stunden nach dem Mischen.The coating system can also be produced by mixing a TiO 2 sol with a mixture of components A, B and C or with a mixture of components B and C and then applying this mixture to the substrate. The entire mixture is preferably applied to the substrate within 24 hours, particularly preferably within 12 hours after the mixing.

Das Beschichtungssystem kann diskrete TiO2- und Silanschichten enthalten, oder das Beschichtungssystem kann eine Schicht enthalten, bei der TiO2 und Silan in einer Schicht gemischt sind.The coating system may include discrete TiO 2 and silane layers, or the coating system may include a layer in which TiO 2 and silane are mixed in one layer.

1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Beschichtungssystem auf einer Glasoberfläche mit einer diskreten TiO2-Schicht, auf der eine vernetzte Silanschicht aufgebracht ist. Die Silanschicht enthält hier wasserabstoßende Gruppen, z.B. perfluorierte Alkane, geradkettige und verzweigte substituierte und nicht substituierte Alkane. Der Rest R in 1 ist bevorzugt der Methyl- oder der Etylrest. 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Beschichtungssystem auf einem Substrat (welches nicht zwangsläufig ein Si-haltiges Substrat sein muss) mit einer diskreten TiO2-Schicht, auf der ebenfalls eine Silanschicht aufgebracht ist. 1 shows an exemplary and schematic of a coating system on a glass surface with a discrete TiO 2 layer on which a cross-linked silane layer is applied. The silane layer here contains water-repellent groups, for example perfluorinated alkanes, straight-chain and branched substituted and unsubstituted alkanes. The rest R in 1 is preferably the methyl or the ethyl radical. 2 shows an example and schematic of a coating system on a substrate (which does not necessarily have to be a Si-containing substrate) with a discrete TiO 2 layer, on which a silane layer is also applied.

Verwendung findet das erfindungsgemäße Beschichtungssystem bei der Herstellung "selbstreinigender", bzw. pflegeleichter Oberflächen, z.B. "selbstreinigender" Glas-, Email- und Keramikoberflächen, insbesondere Floatglasoberflächen und temperaturbehandelte Glasflächen. Das Beschichtungssystem ist im Innen- wie im Außenbereich einsetzbar. Bevorzugte Anwendungen sind im Fassadenbereich, Sanitärbereich, Küchenbereich, auf Fliesen, auf Gewächshäusern und bei der Fahrzeugverglasung. Als weitere Materialien, deren Oberflächen mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungssystem versehen werden können, sind zu nennen: Architekturmaterialien (z.B. Stein, Beton, Glas, Baukeramik: Fliesen) Duschkabinen, Küchenspülen, Kunststoffe (z.B. Polycarbonat, Polymethylmetacrylat, Polypropylen, Kühlschrankinnenverkleidungen), sogenannte weiße Ware (Außenseite), Holz und Gewebe (z.B. Duschvorhänge), Gartenmöbel und Markisen. Hervorzuheben sind weiterhin die antibakteriellen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Beschichtung. Verwendung findet die Beschichtung daher auch auf Oberflächen, bei denen es auf Keimfreiheit oder Keimarmut ankommt.use finds the coating system according to the invention in the production of "self-cleaning" or easier to care for Surfaces, e.g. "self-cleaning" glass, enamel and Ceramic surfaces, especially float glass surfaces and heat treated glass surfaces. The coating system can be used both indoors and outdoors. preferred Applications are in the facade area, sanitary area, kitchen area, on tiles Greenhouses and in vehicle glazing. As further materials, whose surfaces with the coating system according to the invention can be provided to be mentioned: architectural materials (e.g. stone, concrete, glass, Building ceramics: tiles) shower cubicles, kitchen sinks, plastics (e.g. polycarbonate, Polymethyl methacrylate, polypropylene, refrigerator cladding), so-called white Goods (outside), Wood and fabric (e.g. shower curtains), garden furniture and awnings. The antibacterial should also be emphasized Properties of the coating according to the invention. The coating is therefore also used on surfaces who are concerned about sterility or poverty.

Weiterhin findet das erfindungsgemäße Beschichtungssystem Verwendung bei der Erzeugung von Oberflächen mit schaltbaren hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften. Diese Oberflächen können z.B. in der Druckindustrie eingesetzt werden zur Herstellung von Druckplatten oder Trommeln, die mit UV-Strahlung beschrieben werden und ihren polaren Zustand an den belichteten Stellen ändern, um dann die Druckfarbe nur dort aufzunehmen. Gelöscht wird die Information auf den Platten oder Trommeln durch eine Dunkellagerung. Danach sind die Platten oder Trommeln wieder verwendbar.Furthermore, the coating system according to the invention is used in the production of surfaces with switchable hydrophobic and hydrophilic properties. These surfaces can be used, for example, in the printing industry for the production of printing plates or drums with UV radiation be described and change their polar state at the exposed areas in order to then only take up the printing ink there. The information on the plates or drums is deleted by storing them in the dark. The plates or drums can then be used again.

Der Vorteil der mit dem erfindungsgemäßem Beschichtungssystem versehenen Oberflächen liegt in einer erleichterten Reinigung und Pflege dieser Oberflächen. Anschmutzungen der Oberfläche werden verringert, zurückgedrängt und zum Teil ganz verhindert. Die Gebrauchsmenge von herkömmlichen Reinigungsmitteln wird dadurch verringert. Das Beschichtungssystem schützt auch dauerhaft allgemein vor Korrosion und speziell vor Glaskorrosion.The Advantage of those provided with the coating system according to the invention surfaces lies in easier cleaning and care of these surfaces. soiling the surface are reduced, pushed back and partly completely prevented. The usage amount of conventional This reduces cleaning agents. The coating system protects also generally permanent against corrosion and especially against glass corrosion.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.The The invention is explained in more detail below with the aid of examples.

Beispiel 1: Herstellung eines Beschichtungssystems auf einer Glasoberfläche (ohne Wärmebehandlung der fertigen Beschichtung)Example 1: Production of a coating system on a glass surface (without heat treatment the finished coating)

Eine Fensterglasscheibe aus Floatglas wurde mit einem wässrigen Titandioxid-Sol (salpetersauer, pH = 1,2) mit einer Konzentration von 6 Gew.-% TiO2 benetzt und mit einem Rakel abgestreift. Die Nasschichtdicke betrug 15 μm. Die Scheibe wurde 30 Minuten bei 300 °C getempert.A window glass pane made of float glass was wetted with an aqueous titanium dioxide sol (nitric acid, pH = 1.2) with a concentration of 6% by weight of TiO 2 and wiped off with a doctor blade. The wet layer thickness was 15 μm. The disc was annealed at 300 ° C for 30 minutes.

Die Silan-Siloxan-haltige Mischung wurde folgendermaßen hergestellt: 200 g Wasserstoff-Methylpolysiloxan mit einer Molmasse von ca. 2000, 100 g Phenyltrimethoxysilan, 5 g Dimethlydiethoxysilan, 45 g Isobutyltrimethoxysilan und 280 g Octyltriethoxysilan wurden mit 62 g Trichloressigsäure vermischt. Die Mischung wurde unter ständigem Rühren auf 60 bis 65 °C erhitzt und ca. 15 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Nach Abkühlung der Mischung auf ca. 30 °C wurden nacheinander 50 ml Isopropanol und 500 ml Heptan zugesetzt. Die Lösung wurde danach mit Heptan verdünnt, bis sie eine Trockensubstanz-Konzentration von 4 bis 8 Gew.-% hatte.The Mixture containing silane-siloxane was prepared as follows: 200 g of hydrogen-methylpolysiloxane with a molecular weight of approx. 2000, 100 g phenyltrimethoxysilane, 5 g of dimethyl diethoxysilane, 45 g of isobutyltrimethoxysilane and 280 g Octyltriethoxysilane was mixed with 62 g trichloroacetic acid. The mixture was kept under constant stir to 60 to 65 ° C heated and held at this temperature for about 15 minutes. To cooling down the mixture to approx. 30 ° C 50 ml of isopropanol and 500 ml of heptane were added in succession. The solution was then diluted with heptane, until it had a dry matter concentration of 4 to 8% by weight.

Anschließend wurde diese Mischung gleichmäßig auf die mit TiO2 beschichtete Fensterglasscheibe aufgesprüht und mit einem Tuch gleichmäßig verteilt. Nach Abdampfen des Lösungsmittels (ca. 30 Minuten) befand sich auf der TiO2-Schicht ein festhaftender, dünner, ausgehärteter Harzfilm mit hydrophoben Eigenschaften. Die überschüssige Silan/Siloxanmischung wurde anschließend mit Isopropanol und einem Tuch abgetragen.This mixture was then sprayed evenly onto the window glass pane coated with TiO 2 and evenly distributed with a cloth. After evaporation of the solvent (approx. 30 minutes) there was a firmly adhering, thin, hardened resin film with hydrophobic properties on the TiO 2 layer. The excess silane / siloxane mixture was then removed with isopropanol and a cloth.

Beispiel 2: Herstellung eines Beschichtungssystems auf einer Glasoberfläche (mit Wärmebehandlung der fertigen Beschichtung)Example 2: Production of a coating system on a glass surface (with heat treatment the finished coating)

Eine Glasscheibe wurde analog Beispiel 1 beschichtet. Die so mit TiO2 und Silan/Siloxan beschichtete Glasscheibe wurde anschließend für 2 Stunden im Trockenschrank bei 90 °C nachbehandelt, um die Vernetzung zu vervollständigen.A glass pane was coated as in Example 1. The glass pane coated with TiO 2 and silane / siloxane in this way was then aftertreated for 2 hours in a drying cabinet at 90 ° C. in order to complete the crosslinking.

Claims (14)

Beschichtungssystem, enthaltend TiO2 und eine auf Silanen und/oder Siloxanen basierenden Beschichtung.Coating system containing TiO 2 and a coating based on silanes and / or siloxanes. Beschichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die TiO2-Partikel in der Beschichtung eine mittlere Korngröße d50 von 1 bis 100 nm haben.Coating system according to claim 1, characterized in that the TiO 2 particles in the coating have an average grain size d 50 of 1 to 100 nm. Beschichtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die TiO2-Partikel in der Beschichtung eine mittlere Korngröße d50 von 5 bis 20 nm haben.Coating system according to claim 2, characterized in that the TiO 2 particles in the coating have an average grain size d 50 of 5 to 20 nm. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der TiO2-Schicht 1 bis 1000 nm beträgt.Coating system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the layer thickness of the TiO 2 layer is 1 to 1000 nm. Beschichtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der TiO2-Schicht 5 bis 100 nm beträgt.Coating system according to claim 4, characterized in that the layer thickness of the TiO 2 layer is 5 to 100 nm. Beschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die TiO2-Beschichtung und die Silanbeschichtung über Si-O-Ti Bindungen miteinander vernetzt sind.Coating system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the TiO 2 coating and the silane coating are cross-linked via Si-O-Ti bonds. Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Substrat eine TiO2-Beschichtung und anschließend eine Silanbeschichtung aufgebracht wird.Method for producing a coating system, characterized in that a TiO 2 coating and then a silane coating are applied to a substrate. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die TiO2-Beschichtung durch Aufbringen eines TiO2-Sols und anschließender Trocknung erfolgt.A method according to claim 7, characterized in that the TiO 2 coating is carried out by applying a TiO 2 sol and subsequent drying. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgebrachte TiO2-Sol bei erhöhten Temperaturen getrocknet (getempert) wird.A method according to claim 8, characterized in that the applied TiO 2 sol is dried (tempered) at elevated temperatures. Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass ein TiO2-Sol mit einer Mischung aus einem Silan und einem Katalysator und gegebenenfalls einem Siloxan gemischt wird und dieses Gemisch auf das Substrat aufgebracht und getrocknet wird.A method for producing a coating system, characterized in that a TiO 2 sol is mixed with a mixture of a silane and a catalyst and optionally a siloxane, and this mixture is applied to the substrate and dried. Verwendung des Beschichtungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Herstellung "selbstreinigender", bzw. pflegeleichter Oberflächen.Use of the coating system according to one of the Expectations 1 to 6 for the production of "self-cleaning" or easier to care for Surfaces. Verwendung des Beschichtungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Herstellung korrosionsgeschützer Oberflächen.Use of the coating system according to one of the Expectations 1 to 6 for the manufacture of corrosion protection Surfaces. Verwendung des Beschichtungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Erzeugung von Oberflächen mit schaltbaren hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften.Use of the coating system according to one of the Expectations 1 to 6 for the creation of surfaces with switchable hydrophobic and hydrophilic properties. Verwendung des Beschichtungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Herstellung von Druckplatten oder Trommeln, die mit UV-Strahlung beschrieben werden und ihren polaren Zustand an den belichteten Stellen ändern.Use of the coating system according to one of the Expectations 1 to 6 for the production of printing plates or drums, which are described with UV radiation and change their polar state in the exposed areas.
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