DE19935326A1 - Use of self-organizing coatings based on fluorine-free polyfunctional organosilanes for the production of ultra-hydrophobic coatings - Google Patents
Use of self-organizing coatings based on fluorine-free polyfunctional organosilanes for the production of ultra-hydrophobic coatingsInfo
- Publication number
- DE19935326A1 DE19935326A1 DE1999135326 DE19935326A DE19935326A1 DE 19935326 A1 DE19935326 A1 DE 19935326A1 DE 1999135326 DE1999135326 DE 1999135326 DE 19935326 A DE19935326 A DE 19935326A DE 19935326 A1 DE19935326 A1 DE 19935326A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coatings
- mixtures
- alkyl
- fluorine
- ultra
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D183/14—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/48—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
- C08G77/50—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms by carbon linkages
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/48—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
- C08G77/56—Boron-containing linkages
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/48—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
- C08G77/58—Metal-containing linkages
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D4/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond ; Coating compositions, based on monomers of macromolecular compounds of groups C09D183/00 - C09D183/16
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Mischungen auf Basis fluorfreier polyfunktioneller Organosilane zur Herstellung ultrahydrophober, selbstorganisierender Beschichtungen sowie durch deren Verwendung hergestellte Hybridmaterialien.The present invention relates to the use of mixtures based on fluorine-free polyfunctional organosilanes for the production of ultrahydrophobic, self-organizing coatings and to hybrid materials produced by their use.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung auf Basis fluorfreier polyfunktio neller, selbstorganisierender Organosilane, hergestellter Hybridmaterialien zur Herstellung ultrahydrophober Beschichtungen.The present invention relates to the use based on fluorine-free polyfunction neller, self-organizing organosilanes, manufactured hybrid materials for Production of ultra-hydrophobic coatings.
In der DE-A 196 03 242, DE-A 196 03 241 und WO 94/06807 sind zahlreiche polyfunktionelle Organosilane beschrieben, aus welchen über einen Sol-Gel-Prozeß anorganisch-organische Hybridmaterialien herstellbar sind. Diese Materialien können z. B. zur Beschichtung von Oberflächen eingesetzt werden. Diese Beschichtungen zeichnen sich z. B. durch excellente Lösemittelfestigkeit und gute mechanische Ver schleißfestigkeit bei gleichzeitige Elastizität aus.DE-A 196 03 242, DE-A 196 03 241 and WO 94/06807 are numerous described polyfunctional organosilanes, from which a sol-gel process inorganic-organic hybrid materials can be produced. These materials can e.g. B. can be used for coating surfaces. These coatings stand out z. B. by excellent solvent resistance and good mechanical Ver wear resistance with simultaneous elasticity.
In vielen Fällen ist zusätzlich eine Hydrophobierung der Substrate notwendig, so daß beispielsweise das Material durch eine wasserabweisende Oberfläche vor Witte rungseinflüssen geschützt wird. Eine deutliche Verbesserung der wasserabweisenden Eigenschaften der Substrate kann dadurch erzielt werden, indem man zusätzlich zu einer hydrophoben Beschichtung eine geeignete Strukturierung in das hydrophobe Beschichtungssystem einbringt. Durch die Kombination von chemischer Hydropho bie und physikalischer Strukturierung können Randwinkel von Wassertröpf chen/Substrat größer 160° erreicht werden. Ferner sind bei solchen ultraphoben Oberflächen Abrollwinkel der Wassertröpfchen/Substrat kleiner 10° zu beobachten, welche dadurch gleichzeitig einen Reinigungseffekt gegenüber Schmutzpartikeln aufweisen, die an den abrollenden Wassertropfen anhaften.In many cases it is also necessary to render the substrates hydrophobic, so that for example, the material with a water-repellent surface in front of Witte influences is protected. A significant improvement in water repellency Properties of the substrates can be achieved by adding in addition to a suitable structure in the hydrophobic Introduces coating system. Through the combination of chemical hydropho bie and physical structuring can make contact angles of water droplets Chen / substrate greater than 160 ° can be reached. Furthermore, such are ultraphobic Observe surface roll angle of water droplets / substrate less than 10 °, which at the same time has a cleaning effect on dirt particles have, which adhere to the rolling water drops.
In den bisher bekannten ultrahydrophoben Beschichtungssystemen kommen fluorhaltige Verbindungen zum Einsatz, die dadurch die notwendige Hydrophobie des Beschichtungssystems gewährleisten, zum anderen aber schlechte Lösemittelbeständigkeiten oder Verschleißfestigkeiten aufweisen. In the previously known ultrahydrophobic coating systems fluorine-containing compounds are used, which provides the necessary hydrophobicity of the coating system, but also bad Have solvent resistance or wear resistance.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Verwendung von Mischungen auf Basis monomerer polyfunktioneller Organosilane, die eine genügend hohe chemische Hydrophobie aufweisen, so daß durch geeignete Strukturierung der ultraphobe Effekt erzielt werden kann ohne daß notwendiger Weise der Zusatz einer fluorhaltigen Komponente zur Mischung erfolgen muß, zur Herstellung ultrahydrophober Be schichtungen.The object of the present invention was therefore to use mixtures Basis of monomeric polyfunctional organosilanes, which have a sufficiently high chemical Have hydrophobicity, so that the ultraphobic effect by suitable structuring can be achieved without the need to add a fluorine-containing Component must be mixed to produce ultrahydrophobic Be layers.
Überraschend wurde nun gefunden, daß die Aufgabe mit der erfindungsgemäßen Verwendung von Mischungen aus monomeren polyfunktionellen Organosilanen und Füllstoffen mit geeigneter Oberflächenstruktur in einem sich selbstorganisierendem System gelöst werden kann.Surprisingly, it has now been found that the task with the invention Use of mixtures of monomeric polyfunctional organosilanes and Fillers with a suitable surface structure in a self-organizing System can be solved.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher die Verwendung von Mischungen
enthaltend
The present invention therefore relates to the use of mixtures comprising
- A) mindestens ein lineares, verzweigtes oder cyclisches monomeres Organosilan, das über mindestens 2 Siliciumatome mit hydrolysierbaren und/oder konden sationsvernetzenden Gruppen verfügt, wobei die Siliciumatome jeweils über mindestens 1 Kohlenstoffatom über eine verknüpfende Einheit miteinander verbunden sind,A) at least one linear, branched or cyclic monomeric organosilane, that over at least 2 silicon atoms with hydrolyzable and / or condensate has crosslinking groups, the silicon atoms each having at least 1 carbon atom via a linking unit are connected,
-
B) Alkoxide der Formel (I)
Q(OR")z (I),
in welcher
Q B, Al, Ga oder In bedeutet,
z gleich 3 ist und
R" ein gegebenenfalls ein- oder mehrfach substituierter C1-C6-Alkyl oder C6-C12-Arylrest ist
und/oder worin
Q Si, Ge, Ti, Zr oder Hf bedeutet,
z gleich 4 ist und
R" die oben angegebene Bedeutung hat,
und/oder Verbindungen der Formel (II)
(R')4-ySi(OR")y (II),
worin
R' ein C1-C6-Alkyl oder C6-C14-Arylrest ist, der ein- oder mehrfach sub stituiert sein kann,
y gleich 1, 2 oder 3 ist und
R" die gleiche Bedeutung wie in Formel (I) hatB) alkoxides of the formula (I)
Q (OR ") z (I),
in which
QB, Al, Ga or In means
z is 3 and
R "is an optionally mono- or polysubstituted C 1 -C 6 alkyl or C 6 -C 12 aryl radical
and / or in what
Q means Si, Ge, Ti, Zr or Hf,
z is 4 and
R "has the meaning given above,
and / or compounds of formula (II)
(R ') 4-y Si (OR ") y (II),
wherein
R 'is a C 1 -C 6 alkyl or C 6 -C 14 aryl radical which can be substituted one or more times,
y is 1, 2 or 3 and
R "has the same meaning as in formula (I)
zur Herstellung ultrahydrophober Beschichtungen.for the production of ultra-hydrophobic coatings.
Besonders bevorzugt sind Alkoxide der nachfolgenden Formeln:
Si(OCH3)4 (Tetramethoxysilan),
Si(OC2H5)4 (Tetraethoxysilan),
CH3-Si(OCH3)3(Methyltrimethoxysilan),
CH3-Si(OC2H5)3(Methyltriethoxysilan),
C6H5-Si(OCH3)3(Phenyltrimethoxysilan),
C6H5-Si(OC2H5)3(Phenyltriethoxysilan).Alkoxides of the following formulas are particularly preferred:
Si (OCH 3 ) 4 (tetramethoxysilane),
Si (OC 2 H 5 ) 4 (tetraethoxysilane),
CH 3 -Si (OCH 3 ) 3 (methyltrimethoxysilane),
CH 3 -Si (OC 2 H 5 ) 3 (methyltriethoxysilane),
C 6 H 5 -Si (OCH 3 ) 3 (phenyltrimethoxysilane),
C 6 H 5 -Si (OC 2 H 5 ) 3 (phenyltriethoxysilane).
Bevorzugt enthalten die Organosilane der Komponente (A) mindestens 3, besonders bevorzugt mindestens 4 Siliciumatome mit hydrolisierbaren Gruppen.The organosilanes of component (A) preferably contain at least 3, especially preferably at least 4 silicon atoms with hydrolyzable groups.
Verknüpfende Baueinheiten im Sinne der Erfindung sind sowohl einzelne Atome als auch Moleküle. Als molekulare Einheiten sind vorzugsweise lineare oder verzweigte C1- bis C20-Alkylenketten, C5- bis C10-Cycloalkylenreste, aromatische Reste, z. B. Phenylen, Naphtylen oder Biphenylen, oder auch Kombinationen von aromatischen und aliphatischen Resten genannt. Die aliphatischen und aromatischen Reste können auch Heteroatome, wie Si, N, O oder S enthalten.Linking structural units in the sense of the invention are both individual atoms and molecules. As molecular units are preferably linear or branched C 1 - to C 20 -alkylene chains, C 5 - to C 10 -cycloalkylene radicals, aromatic radicals, for. B. phenylene, naphthylene or biphenylene, or combinations of aromatic and aliphatic radicals. The aliphatic and aromatic radicals can also contain heteroatoms, such as Si, N, O or S.
Als verknüpfende Einheiten seien insbesondere cyclische und käfigförmige Siloxane
sowie verzweigte Carbosilane genannt, wobei als monomere Organosilane (A) Ver
bindungen der Formel (III) bevorzugt sind:
Cyclic and cage-shaped siloxanes and branched carbosilanes may be mentioned in particular as linking units, preference being given to compounds of the formula (III) as monomeric organosilanes (A):
R1 4-iSi[(CH2)nSi(OR2)aR3 3-a]i (III)
R 1 4-i Si [(CH 2 ) n Si (OR 2 ) a R 3 3-a ] i (III)
mit
i = 2, 3, 4, bevorzugt i = 4,
n = 1 bis 10, bevorzugt n = 2, 3, 4, besonders bevorzugt n = 2 und
R1 = C1-C6-Alkyl, C6-Aryl,
R2 = C1-C6-Alkyl, C6-Aryl, bevorzugt R2 = Methyl,
a = 1 bis 3,
R3 = C1-C6-Alkyl, C6-Aryl, bevorzugt R3 = Methyl, Ethyl, i-Propyl, wobei
für den Fall a = 1 R3 auch Wasserstoff bedeuten kann.
With
i = 2, 3, 4, preferably i = 4,
n = 1 to 10, preferably n = 2, 3, 4, particularly preferably n = 2 and
R 1 = C 1 -C 6 alkyl, C 6 aryl,
R 2 = C 1 -C 6 alkyl, C 6 aryl, preferably R 2 = methyl,
a = 1 to 3,
R 3 = C 1 -C 6 alkyl, C 6 aryl, preferably R 3 = methyl, ethyl, i-propyl, where a = 1 R 3 can also be hydrogen.
Weitere Beispiele sind cyclische Verbindungen der allgemeinen Formel (IV)
Further examples are cyclic compounds of the general formula (IV)
mit
m = 3 bis 6, bevorzugt m = 3 oder 4,
o = 2 bis 10, bevorzugt n = 2,
R6 = C1-C6-Alkyl oder C6-C14-Aryl,
bevorzugt R6 = Methyl, Ethyl, besonders bevorzugt R6 = Methyl,
R5 = Alkyl, Aryl, bevorzugt R5 = Methyl,
c = 1 bis 3,
R4 = Alkyl, Aryl, bevorzugt R4 = Methyl, Ethyl, Isopropyl,
für den Fall c = 1 kann R4 auch Wasserstoff bedeuten.With
m = 3 to 6, preferably m = 3 or 4,
o = 2 to 10, preferably n = 2,
R 6 = C 1 -C 6 alkyl or C 6 -C 14 aryl,
preferably R 6 = methyl, ethyl, particularly preferably R 6 = methyl,
R 5 = alkyl, aryl, preferably R 5 = methyl,
c = 1 to 3,
R 4 = alkyl, aryl, preferably R 4 = methyl, ethyl, isopropyl, for the case c = 1 R 4 can also mean hydrogen.
Weitere Beispiele sind cyclische Verbindungen der allgemeinen Formel (V)
Further examples are cyclic compounds of the general formula (V)
R10 4-iSi[OSiR9 2(CH2)pSi(OR7)dR8 3-d]i (V),
R 10 4-i Si [OSiR 9 2 (CH 2 ) p Si (OR 7 ) d R 8 3-d ] i (V),
mit
1 = 2 bis 4, bevorzugt i = 4,
p = 1 bis 10, bevorzugt p = 2, 3, 4, besonders bevorzugt p = 2,
R9 = Alkyl, Aryl, bevorzugt R9 = Methyl,
R8 = Alkyl, Aryl, bevorzugt R8 = Methyl,
d = 1, 2, 3,
R7 = Alkyl, Aryl, bevorzugt R7 = Methyl, Ethyl, Isopropyl,
für den Fall d = 1 kann R7 auch Wasserstoff sein.With
1 = 2 to 4, preferably i = 4,
p = 1 to 10, preferably p = 2, 3, 4, particularly preferably p = 2,
R 9 = alkyl, aryl, preferably R 9 = methyl,
R 8 = alkyl, aryl, preferably R 8 = methyl,
d = 1, 2, 3,
R 7 = alkyl, aryl, preferably R 7 = methyl, ethyl, isopropyl, for the case d = 1 R 7 can also be hydrogen.
Erfindungsgemäß wird unter Alkyl C1-C6-Alkyl, vorzugsweise C1-C4-Alkyl und unter Aryl C6-C14-Aryl, vorzugsweise C6-Aryl verstanden.According to the invention, alkyl is understood as C 1 -C 6 alkyl, preferably C 1 -C 4 alkyl, and aryl is C 6 -C 14 aryl, preferably C 6 aryl.
Im einzelnen sind als monomere Organosilane, Silanole (bzw. deren Alkoxide) wie
Si[CCH2)2Si(OH)(CH3)2]4,
cyclo-{OSiMe[(CH2)2Si(OH)Me2]}4,
cyclo-{OSiMe[(CH2)2Si(OEt)2Me]}4,
cyclo-{OSiMe[(CH2)2Si(OMe)Me2]}4 und/oder
cyclo-{OSiMe[(CH2)2Si(OEt)3]}4,
bevorzugt.In particular, as monomeric organosilanes, silanols (or their alkoxides) such as
Si [CCH 2 ) 2 Si (OH) (CH 3 ) 2 ] 4 ,
cyclo- {OSiMe [(CH 2 ) 2 Si (OH) Me 2 ]} 4 ,
cyclo- {OSiMe [(CH 2 ) 2 Si (OEt) 2 Me]} 4 ,
cyclo- {OSiMe [(CH 2 ) 2 Si (OMe) Me 2 ]} 4 and / or
cyclo- {OSiMe [(CH 2 ) 2 Si (OEt) 3 ]} 4 ,
prefers.
Zur Strukturierung der Oberfläche der durch die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen herstellbaren Beschichtungen, enthalten die Mischungen gegebenenfalls zusätzlich Füllstoffpartikel (C).For structuring the surface of the used by the invention Mixtures that can be produced, the mixtures optionally contain additional filler particles (C).
Als Füllstoffpartikel werden insbesondere solche eingesetzt, deren Oberflächen struktur eine geeignete Rauhigkeit aufweisen, um in Kombination mit den erfin dungsgemäßen hydrophoben Mischungen durch Selbstorganisation einen ultrapho ben Effekt zu erzeugen. Vorzugsweise werden als Füllstoffpartikel Oxide, Oxidhy drate, Hydroxide und/oder Nitride der Elemente B, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Fe, Co, Ni, Ce, Zn, wie z. B. Al2O3, SiO2, TiO2, Ni(OH)2 eingesetzt.The filler particles used are in particular those whose surface structure has a suitable roughness in order to produce an ultraphobic effect in combination with the hydrophobic mixtures according to the invention by self-organization. Oxide, oxide hydrates, hydroxides and / or nitrides of the elements B, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Fe, Co, Ni, are preferably used as filler particles. Ce, Zn, such as B. Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , Ni (OH) 2 used.
Ferner enthalten die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen gegebenenfalls Lösemittel (D). Als geeignete Lösemittel kommen z. B. mono- und polyfunktionelle Alkohole, wie z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, sec.-Butanol, 1-Methoxy-2-propanol und Ethylenglykol, Ketone, wie z. B. Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon und Ester, wie z. B. n-Butylacetat zur An wendung. Es können durchaus aber auch Mischungen von verschiedenen Lösemitteln eingesetzt werden.Furthermore, the mixtures used according to the invention optionally contain Solvent (D). Suitable solvents are, for. B. mono- and polyfunctional Alcohols such as B. methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, 1-methoxy-2-propanol and ethylene glycol, ketones such as e.g. B. acetone, Methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone and esters such as. B. n-butyl acetate turn. Mixtures of different solvents can also be used be used.
Bei einer entsprechenden Abstimmung der verwendeten Lösemittel (D) ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Mischungen zusätzlich organische, fluorfreie Polymere zuzusetzen. Dies kann z. B. zur Verbesserung der Elastizität der aus den Mischungen hergestellten Beschichtungen dienen. Aber auch die Haftung einer Beschichtung, insbesondere auf Kunststoffen sowie eine intrinsische Erhöhung der Hydrophobie, kann durch Zusatz von organischen, fluorfreien Polymeren verbessert werden.With an appropriate coordination of the solvents used (D) it is also possible, the mixtures according to the invention additionally organic, fluorine-free Add polymers. This can e.g. B. to improve the elasticity of the Mixtures produced coatings are used. But also the liability of one Coating, especially on plastics, as well as an intrinsic increase in Hydrophobia, can be improved by adding organic, fluorine-free polymers become.
Als organische Polymere seien bevorzugt solche auf Basis von Poly(meth)acrylaten, Polyestern, Polyamiden, Polyketonen oder Polycarbamaten genannt.Preferred organic polymers are those based on poly (meth) acrylates, Polyesters, polyamides, polyketones or polycarbamates called.
Den erfindungsgemäß verwendeten Mischungen können selbstverständlich auch lösliche Farbstoffe oder organische und anorganische Pigmente zur Einfärbung, als Korrosionsschutzmittel oder UV-Schutzmittel, sowie sonstige Lackhilfsmittel, wie z. B. Verlaufshilfsmittel, zugesetzt werden.The mixtures used according to the invention can of course also soluble dyes or organic and inorganic pigments for coloring, as Corrosion protection or UV protection agents, as well as other paint aids such as e.g. B. flow aids are added.
Ferner können die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen auch Katalysatoren zur Beschleunigung der Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen enthalten. Als Katalysatoren können organische und anorganische Säuren oder Basen sowie metallorganische Verbindungen oder auch Metallalkoxide eingesetzt werden.Furthermore, the mixtures used according to the invention can also be catalysts included to accelerate the hydrolysis and condensation reactions. As Catalysts can include organic and inorganic acids or bases as well organometallic compounds or metal alkoxides are used.
Die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen weisen vorzugsweise folgende
Zusammensetzung auf (Masseanteile in Lösung):
The mixtures used according to the invention preferably have the following composition (mass fractions in solution):
- A) 1 bis 80 Gew.-% mindestens eines monomeren Organosilans,A) 1 to 80% by weight of at least one monomeric organosilane,
- B) 0 bis 50 Gew.-% Alkoxide,B) 0 to 50% by weight alkoxides,
gegebenenfallspossibly
- A) 1 bis 50 Gew.-% Füllstoffpartikel undA) 1 to 50 wt .-% filler particles and
- B) 0 bis 80 Gew.-% LösemittelB) 0 to 80 wt .-% solvent
wobei die Summe aller vorhandenen Komponenten 100 Gew.-% ergibt.the sum of all the components present being 100% by weight.
Die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen werden vorzugsweise so hergestellt, daß die Komponenten (A), (B) und (D) in beliebiger Reihenfolge vermischt werden und gegebenenfalls unter Rühren die Komponente (C) zugesetzt wird.The mixtures used according to the invention are preferably prepared in such a way that components (A), (B) and (D) are mixed in any order and component (C) is optionally added with stirring.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Hybridmaterialien, erhältlich durch die Umsetzung der erfindungsgemäß verwendeten Mischungen in Gegenwart von Wasser und gegebenenfalls Katalysatoren.Another object of the invention are hybrid materials obtainable from Implementation of the mixtures used according to the invention in the presence of Water and optionally catalysts.
Als Beispiele für Katalysatoren seien z. B. genannt: organische und anorganische Säuren und Basen, wie Ameisensäure, p-Toluolsulfonsäure, Salzsäure bzw. Natrium- und Kaliumhydroxid, metallorganische Katalysatoren, wie z. B. Dibutylzinnlaureat und katalytisch wirksame Alkoxide, wie z. B. Ti- und Al-Alkoxide.Examples of catalysts are e.g. B. called: organic and inorganic Acids and bases, such as formic acid, p-toluenesulfonic acid, hydrochloric acid or sodium and potassium hydroxide, organometallic catalysts, such as. B. Dibutyltin laurate and catalytically active alkoxides, such as. B. Ti and Al alkoxides.
Die Menge an Wasser beträgt vorzugsweise mindestens soviel, daß alle hydrolysier baren Gruppen der Mischung abreagieren können. Besonders bevorzugt liegt das molare Verhältnis hydrolysierbarer Gruppen zu Wasser zwischen 1 : 1 und 1 : 3.The amount of water is preferably at least so much that all hydrolyze baren groups of the mixture can react. This is particularly preferred molar ratio of hydrolyzable groups to water between 1: 1 and 1: 3.
Ein Weiterer Gegenstand der Erfindung sind Beschichtungen, erhältlich durch Auf bringen (Auftragen) der erfindungsgemäß verwendeten Mischungen oder Hybrid materialien auf eine Substratoberfläche und deren Härtung durch Verdampfen der flüchtigen Komponenten. Another object of the invention are coatings, obtainable by Auf bring (application) of the mixtures or hybrid used according to the invention materials on a substrate surface and their hardening by evaporation of the volatile components.
Dies kann beispielsweise bei Temperaturen von -30°C bis +250°C, vorzugsweise bei Normaldruck, erfolgen. Falls nötig, kann die erhaltene Beschichtung bei den angege benen Temperaturen nachgehärtet werden.This can, for example, at temperatures from -30 ° C to + 250 ° C, preferably at Normal pressure. If necessary, the coating obtained can be given to the at the specified temperatures.
Die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen eignen sich insbesondere zur Her stellung von Hybridmaterialien bzw. Beschichtungen, welche sich durch ultra hydrophobe Eigenschaften, excellenter Lösemittel- und Chemikalienbeständigkeit, thermischer Beständigkeit und mechanischer Verschleißfestigkeit auszeichnen. Her vorzuheben ist auch die Tatsache, daß durch eine Selbstorganisation der Mischungen bzw. Hybridmaterialien während des Beschichtungs- und Aushärtevorgangs die er forderliche Kombination von chemischer Hydrophobie und physikalischer Strukturierung der Oberfläche eintritt, die zur Erreichung des ultraphoben Effektes führt.The mixtures used according to the invention are particularly suitable for the manufacture provision of hybrid materials or coatings, which are characterized by ultra hydrophobic properties, excellent resistance to solvents and chemicals, thermal resistance and mechanical wear resistance. Forth It should also be emphasized that through the self-organization of the mixtures or hybrid materials during the coating and curing process required combination of chemical hydrophobicity and physical Structuring of the surface occurs, which leads to the achievement of the ultraphobic effect leads.
Aufgrund des obengenannten Eigenschaftsprofils eignen sich die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen vor allem zur Beschichtung von Substraten, die vor einer Benetzung mit Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, dauerhaft geschützt werden sollen.Because of the property profile mentioned above, they are suitable according to the invention mixtures used mainly for coating substrates that before a Wetting with liquids, preferably water, should be permanently protected should.
Als Beispiele seien der Materialschutz von Holz, mineralische Untergründe wie Betondachsteine oder Ziegel aber auch metallische Oberflächen genannt, die somit dauerhaft gegen Verwitterung, Schmutzablagerungen bzw. Korrosion geschützt wer den können. Examples are the material protection of wood, mineral substrates such as Concrete roof tiles or bricks but also called metallic surfaces who is permanently protected against weathering, dirt deposits and corrosion that can.
Cyclo-{SiO(CH3)[(CH2)2Si(OH)(CH3)2]}4 (nachfolgend: D4-Silanol), wurde wie in der DE-A-196 03 241 beschrieben, hergestellt. Als Füllstoffpartikel wurden Aerosile der Firma Degussa verwendet. In dem folgenden Ausführungsbeispiel wurde das AEROSIL® R 812 verwendet (nachfolgend: R 812).Cyclo- {SiO (CH 3 ) [(CH 2 ) 2 Si (OH) (CH 3 ) 2]} 4 (hereinafter: D4-silanol) was prepared as described in DE-A-196 03 241. Aerosils from Degussa were used as filler particles. In the following embodiment, the AEROSIL® R 812 was used (hereinafter: R 812).
Die Applikation der Beschichtungen erfolgte mittels eines Filmziehrahmes mit einer Spaltbreite von 120 µm auf Glasplatten. Nach Abdampfen der flüchtigen Bestand teile bei Raumtemperatur wurden die Beschichtungen in einem Umlufttrocken schrank ausgehärtet.The coatings were applied using a film puller with a Gap width of 120 µm on glass plates. After evaporation the volatile stock parts at room temperature, the coatings were dried in a circulating air cabinet cured.
Die Messung der Randwinkel erfolgte mit Wassertropfen des Volumens von 10 µl, die mit einer Spritze auf die Probe gesetzt werden. Der statische Wasserrandwinkel wurde auf einer ebenen, horizontal ausgerichteten Fläche anhand des Schattenbildes bestimmt. Die Vorrück- und Rückzugswinkel werden durch Vergrößern (Vorrück winkel) bzw. Verkleinern (Rückzugswinkel) der Tropfenvolumina mit Hilfe der Spritze ermittelt. Dazu wird das Schattenbild des Tropfens mit einer Videokamera gefilmt und der Randwinkel anhand des Einzelbildes unmittelbar vor (Vorrückwin kel), bzw. unmittelbar nach (Rückzugswinkel) der Veränderung der Kontaktfläche des Tropfens mit der Probenoberfläche bestimmt. Als Abrollwinkel wird die Nei gung der Probenoberfläche zur Horizontalen angegeben, bei der ein Wassertropfen des Volumens 10 µl beginnt, sich auf der Probenoberfläche zu bewegen.The contact angles were measured with water drops with a volume of 10 µl, which are put to the test with a syringe. The static water edge angle was on a flat, horizontally aligned surface based on the silhouette certainly. The advancement and retraction angles are increased by increasing (advancement angle) or smaller (retraction angle) of the drop volumes with the help of the Syringe detected. To do this, the silhouette of the drop with a video camera filmed and the contact angle based on the single image immediately before (Vorwinwin kel), or immediately after (retraction angle) the change in the contact area of the drop with the sample surface. The Nei Specification of the sample surface to the horizontal, at which a drop of water with a volume of 10 µl begins to move on the sample surface.
4,1 g R 812 werden in 28,5 g 1-Methoxy-2-propanol, 5,0 g D4-Silanol und 6,5 g Tetraethoxysilan dispergiert. Dazu werden die in Tabelle 1 angegebenen Wasser mengen inklusive Katalysator (Zugabe erfolgt als reine Säuremenge) zugegeben und die Mischung eine Stunde bei Raumtemperatur (23°C) gerührt. Danach wird die erhaltene Lacklösung auf Glas (120 µm Naßfilmdicke) appliziert und das beschich tete Substrat bei 130°C eine Stunde im Umlufttrockenschrank gehärtet. Die ermit telten Wasserrand-, Vorrück-, Rückzugs- und Abrollwinkel sind in Tabelle 2 aufge führt.4.1 g of R 812 are dissolved in 28.5 g of 1-methoxy-2-propanol, 5.0 g of D4-silanol and 6.5 g Dispersed tetraethoxysilane. For this, the water specified in Table 1 quantities including catalyst (addition takes place as pure acid quantity) and the mixture was stirred for one hour at room temperature (23 ° C). After that the the resulting coating solution is applied to glass (120 μm wet film thickness) and coated cured substrate at 130 ° C for one hour in a circulating air oven. The mitit The water edge, advancement, retraction and roll-off angles are shown in Table 2 leads.
Claims (4)
- A) mindestens ein lineares, verzweigtes oder cyclisches monomeres Organosilan, das über mindestens 2 Siliciumatome mit hydrolysierba ren und/oder kondensationsvernetzenden Gruppen verfügt, wobei die Siliciumatome jeweils über mindestens 1 Kohlenstoffatom über eine verknüpfende Einheit miteinander verbunden sind,
- B) Alkoxide der Formel (I)
Q(OR")z (I),
in welcher
Q B, Al, Ga oder In bedeutet,
z gleich 3 ist und
R" ein gegebenenfalls ein- oder mehrfach substituierter C1-C6-Alkyl oder C6-C12-Arylrest ist,
und/oder worin
Q Si, Ge, Ti, Zr oder Hf bedeutet und
z gleich 4 ist und
R" die oben angegebene Bedeutung hat,
und/oder Verbindungen der Formel (II)
(R')4-ySi(OR")y (II),
worin
R' ein C1-C6-Alkyl oder C6-C14-Arylrest ist, der ein- oder mehrfach substituiert sein kann,
y gleich 1, 2 oder 3 ist und
R" die gleiche Bedeutung wie in Formel (I) hat,
- A) at least one linear, branched or cyclic monomeric organosilane which has at least 2 silicon atoms with hydrolyzable and / or condensation-crosslinking groups, the silicon atoms in each case being connected to one another via at least 1 carbon atom via a linking unit,
- B) alkoxides of the formula (I)
Q (OR ") z (I),
in which
QB, Al, Ga or In means
z is 3 and
R "is an optionally mono- or polysubstituted C 1 -C 6 alkyl or C 6 -C 12 aryl radical,
and / or in what
Q means Si, Ge, Ti, Zr or Hf and
z is 4 and
R "has the meaning given above,
and / or compounds of formula (II)
(R ') 4-y Si (OR ") y (II),
wherein
R 'is a C 1 -C 6 alkyl or C 6 -C 14 aryl radical which can be mono- or polysubstituted,
y is 1, 2 or 3 and
R "has the same meaning as in formula (I),
- A) 1 bis 80 Gew.-% mindestens eines monomeren Organosilans,
- B) 0 bis 50 Gew.-% Alkoxide
- A) 1 bis 50 Gew.-% Füllstoffpartikel und
- B) 0 bis 80 Gew.-% Lösemittel
- A) 1 to 80% by weight of at least one monomeric organosilane,
- B) 0 to 50 wt .-% alkoxides
- A) 1 to 50 wt .-% filler particles and
- B) 0 to 80 wt .-% solvent
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999135326 DE19935326A1 (en) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | Use of self-organizing coatings based on fluorine-free polyfunctional organosilanes for the production of ultra-hydrophobic coatings |
| PCT/EP2000/006798 WO2001009253A1 (en) | 1999-07-28 | 2000-07-17 | Use of self-organizing coatings on the basis of fluorine-free polyfunctional organosilanes in the production of ultrahydrophobic coatings |
| AU59853/00A AU5985300A (en) | 1999-07-28 | 2000-07-17 | Use of self-organizing coatings on the basis of fluorine-free polyfunctional organosilanes in the production of ultrahydrophobic coatings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999135326 DE19935326A1 (en) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | Use of self-organizing coatings based on fluorine-free polyfunctional organosilanes for the production of ultra-hydrophobic coatings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19935326A1 true DE19935326A1 (en) | 2001-02-01 |
Family
ID=7916273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1999135326 Withdrawn DE19935326A1 (en) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | Use of self-organizing coatings based on fluorine-free polyfunctional organosilanes for the production of ultra-hydrophobic coatings |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU5985300A (en) |
| DE (1) | DE19935326A1 (en) |
| WO (1) | WO2001009253A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002000767A1 (en) * | 2000-06-29 | 2002-01-03 | Bayer Aktiengesellschaft | Method for producing sol-gel compositions with a reduced solvent content and improved storage properties, and the use thereof |
| DE10028772A1 (en) * | 2000-06-07 | 2002-01-24 | Univ Dresden Tech | Ultrahydrophobic surfaces, processes for their production and use |
| EP1498443A1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-19 | Samsung Electronics Co., Ltd | Siloxane-based resin containing germanium and interlayer insulating film for semiconductor device using the same |
| CN117467299A (en) * | 2023-11-01 | 2024-01-30 | 安徽工业大学 | Preparation method and product of environmentally friendly fluorine-free superhydrophobic powder |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2527379B2 (en) * | 1990-06-26 | 1996-08-21 | 信越化学工業株式会社 | Primer composition |
| US5677410A (en) * | 1995-05-16 | 1997-10-14 | Bayer Ag | Carbosilane-dendrimers, carbosilane-hybrid materials, methods for manufacturing them and a method for manufacturing coatings from the carbosilane-dendrimers |
| DE19603241C1 (en) * | 1996-01-30 | 1997-07-10 | Bayer Ag | Multifunctional, cyclic organosiloxanes, process for their preparation and their use |
| DE19814060A1 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-07 | Bayer Ag | Mixtures containing boron, hybrid materials and coatings |
-
1999
- 1999-07-28 DE DE1999135326 patent/DE19935326A1/en not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-07-17 AU AU59853/00A patent/AU5985300A/en not_active Abandoned
- 2000-07-17 WO PCT/EP2000/006798 patent/WO2001009253A1/en not_active Ceased
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10028772A1 (en) * | 2000-06-07 | 2002-01-24 | Univ Dresden Tech | Ultrahydrophobic surfaces, processes for their production and use |
| DE10028772B4 (en) * | 2000-06-07 | 2005-03-17 | Technische Universität Dresden | Aluminum material with ultrahydrophobic surface, process for its preparation and use |
| WO2002000767A1 (en) * | 2000-06-29 | 2002-01-03 | Bayer Aktiengesellschaft | Method for producing sol-gel compositions with a reduced solvent content and improved storage properties, and the use thereof |
| EP1498443A1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-19 | Samsung Electronics Co., Ltd | Siloxane-based resin containing germanium and interlayer insulating film for semiconductor device using the same |
| CN117467299A (en) * | 2023-11-01 | 2024-01-30 | 安徽工业大学 | Preparation method and product of environmentally friendly fluorine-free superhydrophobic powder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU5985300A (en) | 2001-02-19 |
| WO2001009253A1 (en) | 2001-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0963414B1 (en) | Organic-inorganic hybrid materials | |
| EP2539409B1 (en) | Compositions of metal oxides functionalised by oligomer siloxanols and use thereof | |
| EP0960921B1 (en) | Oligomeric organopolysiloxan cocondensate, his preparation and use for coating surfaces | |
| DE3786864T2 (en) | Coating compositions based on siloxanes and metal oxides. | |
| EP1238030B1 (en) | Self-cross-linking coating compositions on the basis of inorganic fluorine-containing polycondensates | |
| EP0947520B1 (en) | Boron and/or aluminum comprising mixtures, hybrid materials and coatings | |
| EP2152775A1 (en) | Method for the production of a coating material | |
| EP1210384B1 (en) | Inorganic coating composition, a method for producing same and the use thereof | |
| EP2590988B1 (en) | Quaternary amino alcohol functional organosilicon compounds, composition containing the latter and their production and use | |
| EP3524651B1 (en) | Aqueous polyorganosiloxane hybrid resin dispersion | |
| EP3036273A1 (en) | Silicone resin compositions which can be cured at room temperature | |
| DE69430324T2 (en) | OPTICALLY CLEAR HYDROPHOBIC COATING COMPOSITION | |
| DE69526384T2 (en) | Water repellants, their manufacture and their application | |
| WO2002059225A1 (en) | Method for producing sol-gel condensates based on polyfunctional organosilanes and use thereof | |
| WO2001028948A1 (en) | Coating composition, based on organically modified inorganic condensates | |
| DE10215941A1 (en) | Binder containing inorganic UV absorbers | |
| DE19935326A1 (en) | Use of self-organizing coatings based on fluorine-free polyfunctional organosilanes for the production of ultra-hydrophobic coatings | |
| EP1197539B1 (en) | Process for preparing fluoroalkyl functional group containing silane coatings | |
| EP1174467B1 (en) | Heat stable, corrosion inhibiting polyorganosiloxane resins | |
| DE10031764A1 (en) | Process for the production of sol-gel compositions with reduced solvent content and improved storage stability and their use | |
| EP0849332B1 (en) | Process for the production of coatings on substrates and a coating material therefor | |
| WO2000037577A1 (en) | Coating compositions containing cerium dioxide | |
| EP1896521A1 (en) | Silicone resins having a defined reactivity | |
| DE10028847A1 (en) | Non-stick coating composition, e.g. for anti-graffiti coatings, contains polyfunctional carbo-siloxane, organo-silicon polycondensate and alpha,omega-functional linear oligo-siloxane | |
| DE19939152A1 (en) | Non-stick coating composition, e.g. for anti-graffiti coatings, contains polyfunctional carbo-siloxane, organo-silicon polycondensate and alpha,omega-functional linear oligo-siloxane |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SUNYX SURFACE NANOTECHNOLOGIES GMBH, 50933 KOELN, |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |