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DE69103801T2 - Chemisch behandelte Glasoberfläche. - Google Patents

Chemisch behandelte Glasoberfläche.

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DE69103801T2
DE69103801T2 DE69103801T DE69103801T DE69103801T2 DE 69103801 T2 DE69103801 T2 DE 69103801T2 DE 69103801 T DE69103801 T DE 69103801T DE 69103801 T DE69103801 T DE 69103801T DE 69103801 T2 DE69103801 T2 DE 69103801T2
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silane
perfluoroalkylethylene
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George Brian Goodwin
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PPG Industries Ohio Inc
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PPG Industries Inc
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Technik der Behandlung von Glasoberflächen und im speziellen die Herstellung einer unreaktiven, nicht benetzbaren Glasoberfläche.
    • Stand der Technik
  • US-A-4,263,371 von Franz lehrt ein Verfahren zur Erniedrigung der Oberflächenenergie eines Glasgegenstands durch Chemiesorption einer Organozinnverbindung bei einer Temperatur, die nicht ausreicht, um die Verbindung zu zersetzen. Es hat sich gezeigt, daß solche Verbindungen, wie Methylzinnchlorid, den Kontaktwinkel eines Wassertropfens auf der Oberfläche von 10º bei unbehandeltem Glas bis zu 45-90º bei verschiedene Verbindungen vergrößern.
  • US-A-4,276,350 von Franz offenbart ein Verfahren zur Herabsetzung der Reaktivität einer Glasoberfläche durch Blockierung der reaktiven Stellen, wie Silanolgruppen, auf der Glasoberfläche mit einer molekularen Schicht von Fluorkohlenstoff. Die Methode umfaßt die Absorption mehrwertiger Kationen an der Glasoberfläche, um Verankerungsplätze für die Chemiesorption von ansonsten nicht reaktiven Fluorkohlenstoffen zu schaffen.
  • US-A-4,301,197 von Franz et al. offenbart die Bildung einer hoch wirksamen Trennoberfläche auf Glassubstraten durch Behandlung des Glases mit Polyalkylhydrogensiloxan. Von der behandelten Glasoberfläche lassen sich Materialien, wie Polycarbonate, Acrylharzderivate und Polyurethane, mit denen das Glas beim Pressplattenpolieren oder in Laminierprozessen Kontakt hat, leicht ablösen.
  • US-A-4,529,657 von Franz offenbart eine Verminderung der Oberflächenenergie von Glas durch Absorption mehrwertiger Kationen, wie Chromionen, auf einer Glasoberfläche, anschließender Behandlung der Oberfläche mit einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallalkylats, wie Natriumstearat oder -oleat, um das langkettige paraffinische oder olefinische Säureanion an die Glasoberfläche zu binden, und zwar indem das Alkylatanion an das absorbierte mehrwertige Kation ionisch gebunden wird, wodurch die Glasoberfläche unbenetzbar und gleitfähig gemacht wird.
  • JP-A-58-172244, gemäß Patent Abstracts of Japan, Band 8, n.3 (C-203), 1984, offenbart eine Behandlungszusammensetzung, welche Glasoberflächen Wasser und Öl abstoßend und widerstandsfähig gegenüber Verschmutzung macht und welche eine Siliconverbindung gemäß Formel I enthält:
  • R=H, Methyl; Q&sub1;, Q&sub2;=zweibindige organische Gruppe
  • Rf=Polyfluoralkyl; Y=Halogen, Alkoxy
  • Z=niedriges Alkyl, a=1-3, b=0-2, n=1.
  • JP-A-58-211701, gemäß Patent Abstracts of Japan, Band 8, n.65 (P-263), 1984, beschreibt ein wenig reflektierendes Glas, das man erhält durch Auftragen einer Mischung aus einer Lösemittellösung einer Verbindung oder einem Kondensat eines Teilhydrolysats der Verbindung I:
  • (RfQ)aSiXbY¹4-a-b I
  • Rf=1-20C Polyfluoralkyl; organische Gruppe, X=niedrige Alkylgruppe; Y¹=Halogen, Alkoxy oder ähnliches; a=1-3, b=0-2
  • und einer wäßrigen Lösung einer Verbindung II:
  • (M)c[SiFd(Y²)e]f II
  • M=Metallgruppe; Y²=H, Cl, R'COO-, F
  • d=1-4, e=0-2,
  • und Härtung dieses aufgetragenen Films bei 100% Feuchtigkeit und 160ºC für eine Stunde.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Substratoberfläche mit starker Wasserabweisung und hoher Gleitfähigkeit zur Verfügung. Dauerhafte Wasser- und Schmutzabweisung einer Glasoberfläche wird durch chemische Bindung einer ausgewählten Kombination von fluorierten Verbindungen an die Glasoberfläche erreicht. Starke Wasserabweisung wird durch Perfluoralkylalkylensilane, die mit der Glasoberfläche starke molekulare Bindungen ausbilden, erreicht, während hohe Gleitfähigkeit durch den Zusatz von fluorierten Olefintelomeren erreicht wird.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Ein Perfluoralkylalkylensilan wird mit einem fluorierten Olefintelomer kombiniert, um die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung herzustellen. Die Silan/Olefinzusammensetzung wird vorzugsweise als Lösung, vorzugsweise in einem fluorierten Lösemittel, eingesetzt. Die Lösung der vorliegenden Erfindung wird auf Glasoberflächen mittels konventioneller Techniken, wie Tauchen, Fluten, Wischen und vorzugsweise Sprühen, aufgetragen. Das Lösemittel wird verdampft und die Zusammensetzung wird vorzugsweise durch Wärme gehärtet, um eine haltbare unbenetzbare gleitfähige Oberfläche herzustellen.
  • Bevorzugte Perfluoralkylalkylensilane haben die allgemeine Formel (R R')nSiX4-n, wobei R ein Perfluoralkylrest, n vorzugsweise 1, R' ein Alkylen-, vorzugsweise Ethylen-, Vinylen- oder Propylenrest und X vorzugsweise ein Rest, wie Alkyl, Halogen und/oder Alkoxy, ist. Bevorzugte Perfluoralkylreste reichen von CF&sub3; bis C&sub3;&sub0;F&sub6;&sub1;, vorzugsweise von C&sub6;F&sub1;&sub3; bis C&sub1;&sub6;F&sub3;&sub3; und am meisten bevorzugt von C&sub8;F&sub1;&sub7; bis C&sub1;&sub0;F&sub2;&sub1;. R' ist vorzugsweise Ethylen. Bevorzugte Reste für X umfassen Chloro-, Iodo-, Methyl-, Methoxy-, Ethoxy- und Acetoxyreste. Bevorzugte Perfluoralkylethylensilane gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Perfluoralkylethylentrichlorsilane, Perfluoralkylethylentrimethoxysilane, Perfluoralkylethylendichloro-(methyl)silane und Perfluoralkylethylendiethoxy(methyl)silane. Diese Perfluoralkylethylensilane scheinen mit den reaktiven Stellen an der Glasoberfläche auf molekularer Ebene zu reagieren. Polymerisation oder Vernetzung scheint nicht aufzutreten. Starke Oberflächenbindung der Perfluoralkylethylensilane schaffen eine Glasoberfläche, die einen großen Benetzungswinkel mit einem Tropfen Wasser zeigt, was für starke Wasserabstoßung spricht. Das fluorierte Olefintelomer, das selbst nicht an die Glasoberfläche gebunden ist, aber das zusammen mit dem Perfluoralkylsilan gebunden wird, bewirkt Gleitfähigkeit, um die Schmutzabstoßung zu unterstützen. Die Olefinstruktur ermöglicht Vernetzung, um eine haltbare Oberfläche zu schaffen. Bevorzugte Olefintelomere haben die allgemeine Formel CmF2m+1CH=CH&sub2;, wobei m von 1 bis 30 reichen kann. Die bevorzugteren Olefintelomere sind eine Mischung von Verbindungen obiger Formel, in der m von 1 bis 16, vorzugsweise von 4 bis 10 reicht.
  • Geeignete Lösemittel umfassen Isopropanol, Ethanol, Hexan, Heptan, Aceton, Toluol und Petrolether. Bevorzugte Lösemittel sind fluorierte Kohlenwasserstofflösemittel wie Trichlortrifluorethan und Methylenchlorid. Konzentrationen von ungefähr 0,005 bis 5, vorzugsweise von etwa 0,05 bis 2 Prozent von jeder Komponente sind bevorzugt.
  • Das Lösemittel wird vorzugsweise einfach durch Trocknen an der Luft bei Raumtemperatur verdampft. Danach wird die Zusammensetzung durch Erhitzen der behandelten Oberfläche gehärtet. Ein Härtungszyklus von etwa 93,3ºC (200ºF) für etwa 30 Minuten ist geeignet. Höhere Temperaturen und kürzere Erhitzungszeiten sind effektiver. Ein Härtungszyklus von 2 bis 5 Minuten bei 204,4 bis 260ºC (400 bis 500ºF) ist bevorzugt. Am meisten bevorzugt ist ein Härtungszyklus von 3 Minuten bei etwa 243,3ºC (470ºF).
  • Die erwähnten Benetzungswinkel werden mittels der Methode der festliegenden Tropfen (sessile drop method) unter Verwendung eines modifizierten kaptiven Blasenanzeigers (captive bubble indicator) gemessen, der von Lord Manufacturing , Inc. hergestellt und mit Gartner Scientific Goneometer Optics ausgestattet ist. Die Oberfläche, die gemessen werden soll, wird in horizontale Stellung, mit der zu messenden Fläche nach oben, vor einer punktförmige Lichtquelle, wie beispielsweise eine Diaprojektorlampe, gebracht. Der Wassertropfen wird auf der Oberfläche vor der Lichtquelle plaziert, so daß die Konturen des festliegenden Tropfens betrachtet und der Benetzungswinkel durch das Goneometerteleskop, welches mit einer kreisförmigen Anlegegoneometer-Maßteilung ausgestattet ist, bestimmt werden kann.
  • Der Benetzungswinkel für einen festliegenden Wassertropfen auf einer unbehandelten Glasoberfläche ist normalerweise ungefähr 10º. Oberflächen, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt sind, und gewünschte Oberflächeneigenschaften haben, weisen typischerweise Benetzungswinkel größer als 80º, vorzugsweise größer als 90º und am meisten bevorzugt zwischen 100 und 115º auf. Die vorliegende Erfindung wird anhand folgender Beschreibungen von speziellen Beispielen näher erläutert.
    • Beispiel 1
  • Es wird eine Lösung, die 5 g Perfluoralkylethylentrichlorsilan und 5 g eines fluorierten Olefintelomer in 10 g Freon FTF Lösemittel, erhältlich bei DuPont, hergestellt. Eine einzige Schicht der Lösung wird auf die Oberfläche eines ungefärbten Glassubstrates aufgetragen, welches dann für 30 Minuten auf 93,3ºC (200ºF) erhitzt wird, um die Schicht zu härten. Der Benetzungswinkel der behandelten Oberfläche ist 108º. Um die Haltbarkeit der nicht benetzbaren Oberfläche zu überprüfen, wird das Glassubstrat in kochendes Wasser getaucht. Nach 2 Stunden in dem kochenden Wasser ist der Benetzungswinkel 100º, nach 6 Stunden ist der Benetzungswinkel 91º, was zeigt, daß die nicht benetzbare Oberfläche haltbar ist.
    • Beispiel II
  • Die obige Lösung wird auf einer Oberfläche eines Substrats aus gefärbtem Glas angewendet, welches dann für 3 Minuten auf 350º erhitzt wird. Der Benetzungswinkel der behandelten Oberfläche ist zu Beginn 120º. Nach 2 Stunden in kochendem Wasser ist der der Benetzungswinkel 95º und nach 4 Stunden ist er 89º, was immer noch einer wirksamen nicht benetzbaren Oberfläche entspricht.
  • Die obigen Beispiele sind zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung. Verschiedene Perfluoralkylsilane, fluorierte Olefintelomere, Lösemittel und Konzentrationen können mittels jeder konventionellen Technik aufgetragen werden, und es kann bei geeigneten Temperaturen bei entsprechenden Zeiten gehärtet werden, um eine haltbare, nicht benetzbare Oberfläche auf jeglicher Art von Glaszusammensetzungen und auch an anderen anorganischen Oberfläche, wie Keramiken, Emaillen und Metall oder Metalloxidfilmen zu erhalten. Das behandelte Glas der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet für Automobilwindschutzscheiben, Automobilseiten- und Rückfenster und auch für Gebäudefenster.

Claims (20)

1. Glasträger mit einer stark wasserabweisenden und hoch gleitfähigen Oberfläche, erhalten durch
a) Inberührungbringen einer Glasoberfläche mit einer Behandlungszusammensetzung, die ein Perfluoralkylalkylensilan enthält, und
b) Erwärmen der mit der Zusammensetzung in Berührung stehenden Glasoberfläche,
dadurchgekennzeichnet,
daß die Behandlungszusammensetzung noch ein fluoriertes Olefintelomer enthält.
2. Glasträger nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet,
daß das Perfluoralkylalkylensilan aus Verbindungen der allgemeinen Formel (RR')nSiX4-n ausgewählt ist, in der R eine Perfluoralkylgruppe ist, R' eine Alkylengruppe ist, n kleiner 4 ist und X ein Rest ist, ausgewählt aus der aus Alkyl-, Halogen-, Alkoxy- und Acetoxyresten bestehenden Gruppe.
3. Glasträger nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß die Perfluoralkylgruppe aus der aus CF&sub3; bis C&sub3;&sub0;F&sub6;&sub1; bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
4. Glasträger nach Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, daß die Perfluoralkylgruppe aus der aus CF&sub3; bis C&sub3;&sub0;F&sub6;&sub1; bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
5. Glasträger nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, daß die Perfluoralkylgruppe aus der aus C&sub8;F&sub1;&sub7; bis C&sub1;&sub0;F&sub2;&sub1; bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
6. Glasträger nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß R' aus der aus Ethylen, Vinylen und Propylen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
7. Glasträger nach Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, daß X aus der aus Chlor, Jod, Methyl, Methoxy, Ethoxy und Acetoxy bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
8. Glasträger nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, daß das Perfluoralkylalkylensilan aus der aus Perfluoralkylethylen-trichlorsilan, Perfluoralkylethylen-trimethoxysilan, Perfluoralkylethylen-dichlor(ethyl)silan und Perfluoralkylethylen-diethoxy(methyl)silan bestehenden Gruppe ausgewählt ist und das fluorierte Olefintelomer aus der aus CmF2m+1CH=CH&sub2; bestehenden Gruppe ausgewählt ist, in der m von 1-30 ist.
g. Glasträger nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, daß m von 1 bis 16 ist.
10. Glasträger nach Anspruch 9, dadurchgekennzeichnet, daß m von 4 bis 10 ist.
11. Verfahren zum Herstellen einer Oberfläche, die stark wasserabweisend und hoch gleitfähig ist, durch die Schritte
a) Inberührungbringen einer Glasoberfläche mit einer Behandlungszusammensetzung, die ein Perfluoralkylalkylen silan enthält,
b) Erwärmen der mit der Zusammensetzung in Berührung stehenden Glasoberfläche, dadurchgekennzeichnet, daß die Behandlungszusammensetzung noch ein fluoriertes Olefintelomer enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurchgekennzeichnet, daß das Perfluoralkylalkylensilan aus Verbindungen der allgemeinen Formel (RR')nSiX4-n ausgewählt ist, in der R eine Perfluoralkylgruppe ist, R' eine Alkylengruppe ist, n kleiner 4 ist und X ein Rest ist, ausgewählt aus der aus Alkyl-, Halogen-, Alkoxy- und Acetoxyresten bestehenden Gruppe.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurchgekennzeichnet, daß die Perfluoralkylgruppe aus der aus CF&sub3; bis C&sub3;&sub0;F&sub6;&sub1; bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurchgekennzeichnet, daß die Perfluoralkylgruppe aus der aus C&sub6;F&sub1;&sub3; bis C&sub1;&sub6;F&sub3;&sub3; bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurchgekennzeichnet, daß die Perfluoralkylgruppe aus der aus C&sub8;F&sub1;&sub7; bis C&sub1;&sub6;F&sub3;&sub3; bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurchgekennzeichnet, daß R' aus der aus Ethylen, Vinylen und Propylen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurchgekennzeichnet, daß X aus der aus Chlor, Jod, Methyl, Methoxy, Ethoxy und Acetoxy bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurchgekennzeichnet, daß das Perfluoralkylalkylensilan aus der aus Perfluoralkylethylen-trichlorsilan, Perfluoralkylethylen-trimethoxysilan, Perfluoralkylethylen-dichlor(methyl)silan und Perfluoralkylethylen-diethoxy(methyl)silan bestehenden Gruppe ausgewählt ist und das fluorierte Olefintelomer aus der aus CmF2m+1CH=CH bestehenden Gruppe ausgewählt ist, in der m von 1-30 ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurchgekennzeichnet, daß m von 1 bis 16 ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurchgekennzeichnet, daß m von 4 bis 10 ist.
DE69103801T 1990-04-03 1991-03-28 Chemisch behandelte Glasoberfläche. Expired - Lifetime DE69103801T2 (de)

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