DE10022246A1

DE10022246A1 - Beschichtungsmittel für die Herstellung schwer benetzbarer Oberflächen

Info

Publication number: DE10022246A1
Application number: DE10022246A
Authority: DE
Inventors: Harald Keller; Ingolf Kuehn; Ekkehard Jahns; Christian Lach; Stephan Hueffer; Thilo Krebs; Yi Thomann; Thomas Frechen
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2001-11-15
Also published as: JP2002038102A; DE50109664D1; EP1153987A2; ATE325166T1; US6683126B2; EP1153987B1; ES2263530T3; EP1153987A3; US20020016433A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsmittel zur Herstellung schwer benetzbarer Oberflächen, enthaltend DOLLAR A i) wenigstens ein feinteiliges Pulver, dessen Pulverteilchen eine hydrophobe Oberfläche und eine poröse Struktur aufweisen, die durch eine BET-Oberfläche (bestimmt nach DIN 66131) von wenigstens 1 m·2·/g charakterisiert ist, und DOLLAR A ii) wenigstens ein filmbildendes Bindemittel, das durch eine Oberflächenspannung < 50 mN/m charakterisiert ist, wobei das Gewichtsverhältnis von Pulver zu Bindemittel wenigstens 1 : 4 beträgt. DOLLAR A Sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung schwer benetzbarer Oberflächen und die Verwendung der Beschichtungsmittel zur Erzeugung von Oberflächen mit Selbstreinigungseffekt sowie zur Verringerung des Strömungswiderstandes für Flüssigkeiten in Rohren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsmittel zur Herstellung schwer benetzbarer Oberflächen sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Oberflächen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung der erfindungsgemäßen Be schichtungsmittel zur Herstellung einer Oberfläche mit Selbstrei nigungseffekt.

Übliche Oberflächen werden in der Regel von Flüssigkeiten be netzt. Der Grad der Benetzung ist ein Wechselspiel zwischen den Kohäsionskräften in der Flüssigkeit und den Adhäsionskräften zwi schen Flüssigkeit und Oberfläche.

In vielen Fällen ist eine Benetzung einer Oberfläche durch eine Flüssigkeit unerwünscht. Beispielsweise führt die Benetzung von Oberflächen mit Wasser dazu, dass auf der Oberfläche Wassertrop fen zurückbleiben und verdunsten, wobei die in Wasser gelösten oder suspendierten Feststoffe als hässliche Rückstände auf der Oberfläche zurückbleiben. Dieses Problem besteht insbesondere bei Oberflächen, die Regenwasser ausgesetzt sind.

Durch die Benetzung einer Oberfläche mit Wasser wird häufig auch ihre Korrosion oder ein Befall mit Mikroorganismen sowie der Be wuchs mit Algen, Flechten, Moosen, Muscheln, etc. ausgelöst.

Bei Verpackungen und Vorratsbehältern für flüssige Füllgüter ist eine geringe Benetzbarkeit der Innenflächen erwünscht, damit beim Entleeren nur geringe Flüssigkeitsmengen in der Verpackung bzw. im Vorratsbehälter zurückbleiben.

Auch im Apparate- und Anlagenbau ist eine geringe Benetzbarkeit von Anlagenteilen, die mit Flüssigkeiten in Kontakt kommen, er wünscht. Bei einer hohen Benetzbarkeit der Anlagenteile besteht nämlich die Gefahr einer verstärkten Bildung von Belägen und Ab lagerungen. Außerdem hat eine erhöhte Benetzbarkeit in der Regel erhöhte Fließwiderstände von Flüssigkeiten in Rohrleitungen zur Folge.

Es ist bekannt, die Benetzbarkeit einer Oberfläche für hydrophile Flüssigkeiten durch eine hydrophobe Beschichtung der Oberfläche zu verringern. Als Beschichtungsmaterialien kommen dabei Polysi loxane und perfluorierte Polymere, insbesondere das extrem hydro phobe Polytetrafluorethylen (Teflon) in Betracht. Durch die Be schichtung werden die Adhäsionskräfte zwischen Flüssigkeit und benetzter Oberfläche verringert.

Außerdem hat es sich als günstig erwiesen, hydrophobe Oberflächen zu strukturieren. Derartige Oberflächenstrukturen weisen in der Regel regelmäßige oder unregelmäßige Erhebungen oder Vertiefungen im Bereich von 0,1 bis 1000 µm auf. Durch die Strukturierung wird zum einen die Adhäsion der Oberfläche für polare Flüssigkeiten wie Wasser noch weiter verringert. Außerdem führt die Strukturie rung zu einer verringerten Adhäsion von festen Ablagerungen wie Schmutzpartikeln auf der Oberfläche. Zudem hat sich gezeigt, dass bei geeigneter Strukturierung die Schmutzpartikel durch bewegtes Wasser von der Oberfläche abgespült werden. Dieser Effekt wird auch als Selbstreinigungseffekt oder Lotus-Effekt bezeichnet (siehe Barthlott et al., Biologie in unserer Zeit, 28, Nr. 5, 314-322).

So beschreibt beispielsweise die WO 96/04123 selbstreinigende Oberflächen von Gegenständen, die eine künstliche Oberflächen struktur besitzen, welche Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Struktur insbesondere durch den Abstand zwischen den Erhebungen und die Höhe der Erhebungen charakterisiert ist. Die Herstellung der Oberflächen erfolgt beispielsweise durch Aufbrin gen von Teflonpulver auf eine mit Klebstoff behandelte Fläche oder durch Aufprägen einer Struktur auf ein thermoplastisch ver formbares hydrophobes Material. Aus der US 3,354,022 sind ähnli che Oberflächen bekannt. Auch hier erfolgt die Herstellung der Oberfläche entweder durch Aufprägen einer Struktur oder durch Aufbringen von hydrophoben Partikeln, beispielsweise Wachsparti keln, auf eine hydrophobe Oberfläche. Außerdem wird eine Oberflä che beschrieben, die Glasstaub in einer Wachsmatrix enthält.

Aus der EP 933 388 ist ein Verfahren zur Herstellung strukturier ter Oberflächen mit hydrophoben Eigenschaften bekannt, bei dem man zunächst eine Negativform durch Photolithographie herstellt, mit dieser Form eine Kunststofffolie prägt und anschließend die Kunststofffolie mit Fluoralkylsilanen hydrophobiert.

Die EP-A 909 747 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft auf Keramikkörpern wie Dachziegeln, bei dem man eine Dispersion von Tonpartikeln in einer organischen Silikonharzlösung auf den Keramikkörper aufbringt und die Be schichtung aushärtet.

Aus der JP 7328532-A ist ein Beschichtungsverfahren bekannt, bei dem man feinteilige Teilchen mit einer hydrophoben Oberfläche auf einen feuchten Lack aufbringt und diesen aushärtet. Hierbei wer den wasserabstoßende Oberflächen erhalten.

Die im Stand der Technik beschriebenen Methoden zur Erzeugung schwer benetzbarer Oberflächen sind entweder sehr aufwendig oder führen nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Die Erzeugung einer strukturierten Oberfläche durch Prägeverfahren ist aufwen dig und kann nur bei planen Oberflächen wirtschaftlich eingesetzt werden. Oberflächen, bei denen eine Strukturierung durch nacht rägliches Aufbringen hydrophober Partikel erreicht wird, lassen sich häufig schlecht reproduzieren oder weisen nur eine geringe mechanische Stabilität auf. Zudem ist auch dieses Verfahren sehr aufwendig. Außerdem werden häufig fluororganische Verbindungen oder fluorhaltige Polymere benötigt, die nicht nur sehr teuer, sondern auch ökologisch bedenklich sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsmittel zur Herstellung von Oberflächen mit geringer Benetzbarkeit bereitzustellen, mit dem in einfacher und reprodu zierbarer Weise stabile Beschichtungen mit geringer Benetzbarkeit hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird gelöst in Form ei nes Beschichtungsmittels, das wenigstens ein poröses Pulver mit einer hohen spezifischen Oberfläche, die außerdem hydrophob ist, und wenigstens ein hydrophobes Bindemittel für die Pulverteilchen umfasst, wobei das Gewichtsverhältnis von hydrophobem Pulver zu Bindemittel wenigstens 1 : 4 beträgt.

Demnach betrifft die vorliegende Erfindung ein Beschichtungsmit tel zur Herstellung schwer benetzbarer Oberflächen, enthaltend

a) wenigstens ein feinteiliges Pulver, dessen Pulverteilchen eine hydrophobe Oberfläche und eine poröse Struktur aufwei sen, die durch eine BET-Oberfläche (bestimmt nach DIN 66131) von wenigstens 1 m²/g charakterisiert ist, und
b) wenigstens ein filmbildendes Bindemittel, das durch eine Oberflächenspannung < 50 mN/m charakterisiert ist, wobei das Gewichtsverhältnis von Pulver zu Bindemittel wenig stens 1 : 4 beträgt.

Die Beschichtungsmittel können in einfacher Weise auf Oberflächen aufgebracht werden. Sie verringern nahezu vollständig die Benetz barkeit der Oberfläche und erzeugen auf diesen Oberflächen einen Selbstreinigungseffekt. Demnach betrifft die vorliegende Erfin dung auch ein Verfahren zur Erzeugung von schwer benetzbaren Oberflächen, bei dem man ein erfindungsgemäßes Beschichtungsmit tel auf eine zu beschichtende Oberfläche aufbringt sowie die Ver wendung der Beschichtungsmittel zur Erzeugung von Oberflächen mit Selbstreinigungseffekten.

Für die Charakterisierung von Oberflächen bezüglich ihrer Benetz barkeit kann der statische Kontaktwinkel eines Flüssigkeitstrop fens auf einer Oberfläche herangezogen werden. Der statische Kon taktwinkel ist definiert als der Winkel, der von der besagten Oberfläche und einer Tangente entlang der Oberfläche des Flüssig keitstropfens im Bereich der Kontaktstelle des Flüssigkeitstrop fens mit der Oberfläche eingeschlossen wird, wobei der Kontakt winkel durch den Flüssigkeitstropfen gemessen wird. Ein Kontakt winkel von 0 bedeutet demnach vollständige Benetzbarkeit und keine Tropfenbildung, während ein Kontaktwinkel von 180° vollstän dige Nichtbenetzbarkeit bedeutet. Die Bestimmung des Kontaktwin kels kann nach bekannten Methoden, beispielsweise mit Hilfe eines mit einem Goniometer ausgerüsteten Mikroskops bestimmt werden (siehe auch C. D. Bain et al., Angew. Chem. 101 (1989) 522-528 sowie A. Born et al., Farbe & Lack 105 (1999) S. 96-104).

Die mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln behandelten Oberflächen weisen in der Regel für verschiedenste Flüssigkeiten, insbesondere für Wasser, statische Kontaktwinkel ≧ 120° und insbe sondere ≧ 140° auf (bestimmt bei Raumtemperatur). Der Kontaktwin kel für Wasser und wässrige Lösungen beträgt in der Regel minde stens 140°. Häufig werden sogar Kontaktwinkel < 160°, insbesondere bei Wasser, erreicht. Kontaktwinkel oberhalb 160° können in der Regel nicht mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden. Ein Kontaktwinkel oberhalb 160° entspricht jedoch in der Regel mit ei ner vollkommenen Unbenetzbarkeit der Oberfläche.

Ein weiteres Mass für die Benetzbarkeit einer Oberfläche ist die "Repellent Power" F_R, die als Kehrwert der Gewichtskraft F_H defi niert ist, welche erforderlich ist, um einen Flüssigkeitstropfen von einer geneigten Oberfläche ablaufen zu lassen. Die "Repellent Power" wird hierzu anhand der folgenden Formel berechnet:

Hierin steht m für die Masse des Flüssigkeitstropfens, g für die Gravitationsbeschleunigung und α für den kleinsmöglichen Nei gungswinkel der zu prüfenden Oberfläche gegen die Horizontale, der ausreicht, den Flüssigkeitstropfen von dieser Oberfläche ab laufen zu lassen.

Unter einem filmbildenden Bindemittel versteht man hier und im folgenden Polymere und niedermolekulare Substanzen, die auf einer Oberfläche einen festen Film bilden. Die Bindemittel dienen zur Fixierung der Pulverteilchen auf der Oberfläche.

Zur Charakterisierung der Hydrophobie des Bindemittels dient seine Oberflächspannung. Sie kann beispielsweise durch Messung des statischen Kontaktwinkels von Wasser an einer glatten, mit dem Bindemittel beschichteten Oberfläche bestimmt werden kann. Hydrophobe Bindemittel zeichnen sich durch statische Kontaktwin kel für Wasser von wenigstens 90° aus. Sie kann auch nach der Me thode des "hängenden Tropfens" (Pendant Drop: siehe S. Wu, "Poly mer Interface and Adhesion", Marcel Decker Inc., New York 1982, S. 266-268) bestimmt werden. Die angegbenen Werte für die Ober flächenspannung der Bindemittel beziehen sich hier und im Folgen den auf die nach der "Methode des hängenden Tropfens" bestimmten Werte. Hydrophobe Bindemittel im Sinne der Erfindung weisen eine Oberflächenspannung < 50 mN/m auf. Die Oberflächenspannung han delsüblicher Bindemittelpolymere sind teilweise in der Literatur angegeben; siehe z. B. Wu et al. loc. cit. S. 88 ff. sowie S. El lefson et al. J. Am. Ceram. Soc. 21, 193, (1938); S. Wu, J. Col loid Interface Sci. 31, 153, (1969), J. Phys. Chem. 74, 632 (1970), J. Polym. Sci. C34, 19, (1971); R. J. Roe et al., J. Phys. Chem. 72, 2013 (1968), J. Phys. Chem. 71, 4190 (1967), J. Col loid Interface Sci. 31, 228, (1969); J. F. Padday in "Surface and Colloid Science (Herausgeber E. Matijevic), Wiley, New York 1969, S. 101-149.

Erfindungsgemäß bevorzugt sind solche Bindemittel, die eine Ober flächenenergie < 42 mN/m und insbesondere < 37 mN/m aufweisen. In der Regel reicht es aus, wenn das Bindemittel eine Oberflä chenenergie ≧ 10 mN/m und insbesondere ≧ 20 mN/m aufweist.

In der Regel handelt es sich bei den Bindemitteln um thermopla stische Polymere, die in organischen Lösungsmitteln löslich sind. Als Bindemittel kann man auch organische Prepolymere einsetzen, die durch einen thermischen, oxidativen oder photochemischen Här tungsvorgang vernetzt werden und so eine feste Beschichtung mit dem Pulver bilden.

Bindemittel sind weiterhin Fettsäuren mit mehr als 8 Kohlenstof fatomen, insbesondere ethylenisch ungesättigte Fettsäuren, und deren Ester mit mehrfunktionellen Alkoholen wie Glycerin, Ethy lenglykol, Propandiol, Sorbitol, Glukose, Saccharose oder Trime thylolpropan, wobei die Fettsäuren und ihre Ester oxidativ härten und somit zur Klasse der Prepolymere zählen. Weiterhin sind als Bindemittel natürliche Wachse wie Bienenwachs, Canaubawachs, Wollwachs, Candelillawachs sowie künstliche Wachse wie Montansäu rewachse, Montanesterwachse, Amidwachse z. B. Distearoylethylen diamin, Fischer-Tropsch-Wachse sowie wachsartige Polymere des Ethylens und des Propylens (Polyethylenwachs, Polypropylenwachs).

Die Art des Bindemittels richtet sich häufig nach dem gewünschten Anwendungszweck und ist für den erfindungsgemässen Erfolg eher von untergeordneter Bedeutung sofern es hinreichend hydrophob ist.

Eine bevorzugte Klasse hydrophober Bindemittel sind Homo- und Co polymere von hydrophoben, ethylenisch ungesättigten Monomeren, die in Wasser eine Löslichkeit < 1 g/l (bei 25°C) aufweisen. Der artige Monomere machen in der Regel wenigstens 50 Gew.-% des als Bindemittel eingesetzten Polymers aus.

Bevorzugte hydrophobe Monomere sind ausgewählt unter C₂-C₂₄-Olefi nen, C₅-C₈-Cycloolefinen, Fluorolefinen, Fluorchlorolefinen, Viny laromaten, Diolefinen wie Butadien, Isopren und Chlorbutadien, und davon verschiedenen monoethylenisch ungesättigten Monomeren mit wenigstens einer C₂-C₃₆-Alkylgruppe, mit wenigstens einer C₁-C₂₂-Fluoralkylgruppe der Formel A, oder mit einer Oligosiloxan gruppe der Formel B:

-(CH₂)_a-(CF₂)_b-CF₃ (A)

worin a für eine ganze Zahl von 0 bis 6 und b für eine ganze Zahl von 1 bis 16 stehen;

-(CH₂)_c-(O)_e-(Si(CH₃)₂O)_d-R (B)

worin c für eine ganze Zahl von 0 bis 6 und d für eine ganze Zahl von 2 bis 10000 stehen, e = 0 oder 1 ist und
R für Wasserstoff, Si(CH₃)₃, Alkyl mit 1-18 C-Atomen, oder O-Alkyl mit 1-18 C-Atomen steht.

Beispiele für bevorzugte hydrophobe Monomere sind C₂-C₂₄-Olefine, wie Ethylen, Propylen, N-Buten, Isobuten, n-Hexen, n-Octen, Isoocten, n-Decen, Isotridecen, C₅-C₈-Cycloolefine wie Cyclopen ten, Cyclopentadien, Cycloocten, vinylaromatische Monomere, wie Styrol und α-Methylstyrol, weiterhin Fluor- und Fluorchlorolefine wie Vinylidenfluorid, Chlortrifluorethylen, Tetrafluorethylen, Vinylester von linearen oder verzweigten Alkancarbonsäuren mit 2 bis 36 Kohlenstoffatomen, z. B. Vinylacetat, Vinylpropionat, Vi nyl-n-butyrat, Vinylisobutyrat, Vinylhexanoat, Vinyloctanoat, Vi nyllaurat und Vinylstearat, weiterhin Ester der Acrylsäure und der Methacrylsäure mit linearen oder verzweigten C₂-C₃₆-Alkanolen, z. B. Ethyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, tert.-Bu tyl(meth)acrylat, n-Hexyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acry lat, 2-Propylheptyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat und Stea ryl(meth)acrylat, weiterhin Vinyl- und Allylether von C₂-C₃₆-Alka nolen, wie n-Butylvinylether und Octadecylvinylether, fluorierte Monomere der Formeln A1 bis A4:

CH₂=CR'-(CH₂)_a-(CF₂)_b-CF₃, (A1)

CH₂=CR'-O-(CH₂)_a-(CF₂)_b-CF₃, (A2)

CH₂=CR'-OC(O)-(CH₂)_a-(CF₂)_b-CF₃ (A3)

oder

CH₂=CR'-C(O)O-(CH₂)_a-(CF₂)_b-CF₃, (A4)

worin a und b die zuvor genannten Bedeutungen haben und R' für Wasserstoff oder Methyl steht,
sowie Polysiloxangruppen enthaltende Monomere der Formel B1:

CH₂=CR'-(CH₂)_c-(O)_e-(Si(CH₃)₂O)_d-R (B1)

worin c, d, e und R die zuvor genannten Bedeutungen haben und R' für Wasserstoff oder Methyl steht.

Typische Bindemittelpolymere dieses Typs sind Polyethylen, Poly propylen, Polyisobuten, Polychlortrifluorethylen, Polytetrafluo rethylen, Polyvinylacetat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmetha crylat, Polyhexylmethacrylat, Poly(2-ethylhexyl)methacrylat, Po lyethylacrylat, Polybutylacrylat, Poly(2-ethylhexyl)acrylat sowie Copolymere der Maleinsäure mit wenigstens einem hydrophoben Mono mer ausgewählt unter C₃-C₃₆-Olefinen, C₁-C₃₆-Alkylvinylethern, den Vinylestern aliphatischer C₁-C₃₆-Carbonsäuren, den Monomeren A1, A2, A3, A4 und B1, insbesondere alternierende Copolymere der Ma leinsäure mit diesen Monomeren, sowie die polymeranalogen Umset zungsprodukte dieser Copolymere mit C₁-C₃₆-Alkanolen, Alkoholen der Formeln:

HO-(CH₂)_a-(CF₂)_b-CF₃, (A5), oder

HO-(CH₂)_c-(O)_e-(Si(CH₃)₂O)_d-R (B2)

mit den für a bis e und R zuvor angegebenen Bedeutungen;
und/oder mit C₁-C₃₆-Alkylaminen, Di-C₁-C₃₆-Alkylaminen oder Aminen der Formeln:

H₂N-(CH₂)_a-(CF₂)_b-CF₃, (A6), oder

H₂N-(CH₂)_c-(O)_e-(Si(CH₃)₂O)_d-R (B3)

HN[(CH₂)_a-(CF₂)_b-CF₃]₂, (A7), oder

HN[(CH₂)_c-(O)_e-(Si(CH₃)₂O)_d-R]₂ (B4)

mit den für a bis e und R zuvor angegebenen Bedeutungen.

Geeignete Bindemittel sind auch Poly-C₁-C₄-alkylenoxide, wie Poly oxymethylen, Polypropylenoxid und Polybutylenoxid Polytetrahydro furen, weiterhin Polycaprolacton, Polycarbonate, Polyvinylbuty ral, Polyvinylformal, sowie lineare oder verzweige Polydialkylsi loxane wie Polydimethylsiloxan (Silikone).

Geeignete Bindemittel sind weiterhin teilaromatische Polyester aus aliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäuren und aliphati schen und/oder aromatischen Diolen, z. B.:

- Polyester, aufgebaut aus aliphatischen Dialkoholen mit 2 bis 18 C-Atomen, z. B. Propandiol, Butandiol, Hexandiol, und Di carbonsäuren mit 3 bis 18 C-Atomen wie Adipinsäure und Decan dicarbonsäure;
- Polyester, aufgebaut aus Bisphenol A und den vorgenannten Di carbonsäuren mit 3 bis 18 C-Atomen; sowie
- Polyester, aufgebaut aus Therephthalsäure, aliphatischen Dialkoholen mit 2 bis 18 C-Atomen und Dicarbonsäuren mit 3 bis 18 C-Atomen.

Die Polyester können optional mit langkettigen Monoalkoholen mit 4 bis 24 C-Atomen wie 2-Ethylhexanol oder Octadecanol terminiert sein. Ferner können die Polyester mit langkettigen Monocarbonsäu ren mit 4 bis 24 C-Atomen wie z. B. Stearinsäure terminiert sein.

Das gewichtsmittlere Molekulargewicht der Bindemittelpolymere kann über einen weiten Bereich variieren und liegt in der Regel im Bereich von 1000 bis 10 Mio. g/Mol und vorzugsweise im Bereich von 2500 bis 5 Mio. g/Mol (viskosimetrisch bestimmt). Sofern das Bindemittelpolymer ein Polyolefin und insbesondere Polyisobuten ist, liegt sein gewichtsmittleres Molekulargewicht vorzugsweise im Bereich von 500 000 bis 5 Mio. g/Mol. im Falle des Polyoctade cylvinylethers liegt das Molekulargewicht vorzugsweise im Bereich von 2000 bis 10000 g/Mol und insbesondere im Bereich von 2500 bis 5000 g/Mol.

Typische photochemisch und/oder thermisch vernetzbare Bindemittel sind Polymere bzw. Oligomere mit ethylenisch ungesättigten Dop pelbindungen, wie man sie zur Herstellung strahlungshärtbarer Lacke verwendet. Hierzu zählen beispielsweise fließfähige Zube reitungen von Polyetheracrylaten, Polyesteracrylaten, Polyuretha nacrylaten, Polyestern mit einkondensierten Maleinsäureanhydrid- Einheiten, Epoxidharze z. B. aromatische Epoxidharze, wobei die Oligomere bzw. Polymere zur Verbesserung ihrer Fliessfähigkeit gegebenenfalls in organischen Lösungsmitteln und/oder Reaktivver dünnern gelöst sind. Unter Reaktivverdünnern versteht man nieder molekulare, ethylenisch ungesättigte Flüssigkeiten, die mit den ethylenisch ungesättigten Polymeren beim Vernetzen die Beschich tung ausbilden. Strahlungshärtbare Bindemittel und diese Binde mittel enthaltenden Zubereitungen sind dem Fachmann hinreichend bekannt, z. B. aus P. K. T. Oldring (Hrsg.) "Chemistry and Techno logy of UV & EB Formulation for Coatings, Inks & Paints", Vol. 2, 1991, Sita Technology London, und kommerziell erhältlich, bei spielsweise unter den Handelsmarken Laromer®P084F, Laromer ®LR8819, Laromer®PE55F, Laromer®LR8861, BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Bindemittel sind C₂-C₆-Poly olefine, insbesondere Polyisobuten, ataktisches, isotaktisches und syndiotaktisches Polypropylen, Polyethylen sowie Homo- und Copolymere von ethylenisch ungesättigten Monomeren mit C₄-C₃₆-Al kylgruppen und insbesondere mit C₈-C₂₂-Alkylgruppen und gegbenen falls damit copolymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Como nomeren, sowie C₃-C₄-Polyalkylenoxide. Hierunter besonders bevor zugt sind Homo- und Copolymere von C₈-C₃₆-Alkylvinylethern, z. B. Polyoctadecylvinylether.

Die in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln enthaltenen Pulver sind im Wesentlichen durch ihre hydrophobe Oberfläche und ihre poröse Struktur, die in einer hohen spezifischen Oberfläche ihren Ausdruck findet, charakterisiert. Als spezifische Oberflä che gilt die nach DIN 66131 bestimmte BET-Oberfläche. Die in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln enthaltenen Pulverteilchen weisen vorzugsweise eine BET-Oberfläche im Bereich von wenigstens 5, insbesondere wenigstens 10 und besonderes bevorzugt wenigstens 20 m²/g auf. Insbesondere liegt sie im Bereich von 5 bis 1000 m²/g, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 800 m²/g und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 500 m²/g auf.

Als Pulverteilchen kommen sowohl anorganische Materialien in Be tracht, die eine hydrophobe Oberfläche aus physikalisch absor bierten oder chemisorbierten organischen Molekülen mit Alkylgrup pen aufweisen, als auch hydrophobe, organische Polymerpulver mit hoher spezifischer Oberfläche in Betracht.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Pulverteilchen einen oxidischen Träger und eine auf der Oberfläche des Trägers befindliche, hydrophobe Schicht. Selbstverständlich hat der oxi dische Träger eine poröse Struktur. Die hydrophobe Schicht wird aus organischen, unpolaren Molekülen bzw. Molekülgruppen gebil det, die auf der Oberfläche des Trägers physikalisch adsorbiert oder chemisorbiert sind.

Als oxidische Träger kommen beispielsweise Aluminiumoxid, Titan dioxid sowie Siliziumdioxid in Betracht. Vorzugsweise handelt es sich bei dem oxidischen Träger um pyrogenes Siliziumdioxid (pyro genes Siliziumdioxid: siehe Ullmann's Enzyclopedia of Industrial Chemistry, Band A23, S. 635 ff), die vorzugsweise eine spezifi sche Oberfläche im Bereich von 50 bis 400 m²/g aufweist.

Die in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln enthaltenen Pulver mit einem oxidischen Trägermaterial weisen an ihrer Ober fläche in der Regel eine Vielzahl von Alkylgruppen oder (Per)fluoralkylgruppen auf. Diese Gruppen bilden die hydrophobe Schicht. Vorzugsweise liegen die Alkylgruppen bzw. (Per)fluoral kylgruppen in Form von (Perfluor)alkylsilangruppen oder (Per fluor)alkylsiloxangruppen z. B. in Form von (Poly)dimethylsiloxan gruppen vor, die mit dem oxidischen Trägermaterial verknüpft sind, beispielsweise durch physikalische Wechselwirkung oder durch kovalente Bindungen. Derartige Pulverteilchen erhält man in der Regel dadurch, dass man das oxidische Trägermaterial mit ei ner (Perfluor)alkylgruppen-haltigen Verbindung behandelt, die we nigstens eine reaktive funktionelle Gruppe aufweist, welche mit den Oberflächen-nahen OH-Gruppen des oxidischen Trägerteilchens eine chemische Reaktion eingeht. Beispiele für derartige Verbin dungen sind Hexamethyldisilazan, Octyltrimethoxysilan, Silikonöl, Chlortrimethylsilan oder Dichlordimethylsilan.

Poröse Pulverteilchen, umfassend oxidische Trägerteilchen und eine auf ihrer Oberfläche befindliche hydrophobe Schicht sind be kannt oder können nach den für die Herstellung von hydrophobier tem pyrogenen Siliziumdioxid bekannten Methoden hergestellt wer den. Hydrophobiertes pyrogenes Siliziumdioxid ist beispielsweise unter der Bezeichnung Aerosil® R 812S (Fa. Degussa-Hüls, Deutsch land) im Handel erhältlich.

Beispiele für feinteilige organische Pulver mit hydrophober Ober fläche sind feinteilige Polymerpulver, z. B. Polytetrafluorethy lenpulver oder C₂-C₄-Polyolefinpulver, beispielsweise die nach dem in der EP-A 761 696 beschriebenen Verfahren erhältlichen Polypro pylen- und Polyethylenpulver. Die gewichtsmittlere Teilchengröße der feinteiligen Polymerpulver liegt in der Regel oberhalb 0,2 µm und unterhalb 100 µm und insbesondere im Bereich von 0,5 bis 50 µm.

Zur Erreichung des erfindungsgemäß gewünschten Effekts einer ge ringen Benetzbarkeit hat es sich als günstig erwiesen, wenn in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln das Gewichtsverhältnis von Pulver i) zu Bindemittel ii) wenigstens 1 : 4, insbesondere we nigstens 1 : 3 und besonders bevorzugt wenigstens 1 : 2, ganz beson ders bevorzugt wenigstens 1 : 1,5 beträgt. Vorzugsweise wird dieses Gewichtsverhältnis einen Wert von 100 : 1, insbesondere 50 : 1 nicht überschreiten. Ganz besonders bevorzugt liegt das Gewichtsver hältnis von i) zu ii) im Bereich von 1 : 1 bis 5 : 1.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel können in trockener Form, d. h. als Pulverzubereitung, welches sowohl das feinteilige Pulver i) als auch das polymere Bindemittel ii) umfasst, einge setzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform setzt man jedoch das Be schichtungsmittel in einer bei der Verarbeitungstemperatur fließ fähigen Form ein. Die Verarbeitung der Beschichtungsmittel kann selbstverständlich sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Tempe raturen unterhalb oder oberhalb Raumtemperatur erfolgen zum Bei spiel bei Temperaturen im Bereich von 0°C bis 15000, je nach Art der Zubereitung.

In der fließfähigen Form enthalten die erfindungsgemäßen Be schichtungsmittel in der Regel neben dem Pulver i) und dem Binde mittel ii) gegebenenfalls ein organisches Verdünnungs- oder Lö sungsmittel, wobei solche Lösungsmittel bevorzugt sind, welche das polymere Bindemittel lösen oder quellen, nicht jedoch das feinteilige Pulver i). Hierdurch wird eine bessere Ausbildung der Beschichtung erreicht.

Geeignete Lösungsmittel sind flüchtige organische Lösungsmittel, die nach dem Aufbringen der Beschichtung, gegebenenfalls durch Erwärmen, verdunsten und so die Ausbildung eines gleichmäßigen Films des Bindemittelpolymeren erlauben. Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind Ketone, wie Aceton, Ethylmethylketon, flüch tige Ester der Essigsäure, wie Ethylacetat, n-Butylacetat, cycli sche Ether, wie Tetrahydrofuran sowie aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Terpentinöl, Petroleum, Benzin, To luol und Xylol. Bevorzugte organische Lösungsmittel sind die vor genannten aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffe.

In den Flüssigformulierungen liegt der Feststoffgehalt (Gesamt menge aus Pulver i) und polymerem Bindemittel ii), bezogen auf das Gesamtgewicht der Formulierung) im Bereich von 0,5 bis 80 Gew.-%. Bei konventionellen Anstrichmitteln liegt der Fest stoffgehalt häufig im Bereich von 10 bis 50 Gew.-%. Bei sprühfä higen Lacken kann er auch darunter liegen, z. B. im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-%.

Die erfindungsgemässen Beschichtungsmittel können auch als Äro sole formuliert werden. Sie enthalten dann neben dem Pulver i) und dem Bindemittel ii) wenigstens ein Treibmittel sowie gegebe nenfalls auch eines der bei den Flüssigformulierungen genanntes Lösungsmittel. Als Treibmittel kommen die hierfür üblichen Sub stanzen wie Propan, Butan, Dimethylether, CO₂, N₂O und deren Gemi sche in Betracht. Der Feststoffgehalt von Sprays liegt in der Re gel in den hierfür üblichen Bereichen, beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, wobei die Feststoffe neben den Komponenten i) und ii) auch feste Additive umfassen können. Die restlichen Anteile der als Ärosole formulierten Beschichtungsmittel entfal len auf Treibgase und gegebenenfalls Lösungsmittel.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel werden zur Herstellung der schwer benetzbaren Oberfläche in bekannter Weise auf die zu beschichtenden Substrate aufgebracht.

Grundsätzlich kann man mit den erfindungsgemäßen Beschichtungs mitteln alle konventionellen Oberflächen beschichten. Beispiele für konventionelle Oberflächen sind die Oberflächen von Holz, Me tall, Glas, Kunststoff. Selbstverständlich kann man mit den er findungsgemäßen Beschichtungsmitteln auch rauhe bzw. poröse Ober flächen, wie Beton, Gips, Papier, Gewebe, beispielsweise textile Gewebe für Bekleidung, Schirme, Zelte, Markisen und für ver gleichbare Anwendungen, weiterhin Leder und auch Haare beschich ten.

Das Aufbringen der Beschichtung auf die zu beschichtende Oberflä che (im Folgenden auch als Substrat bezeichnet) erfolgt in Abhän gigkeit von der Ausgestaltung des Beschichtungsmittels und der Art des Substrates nach den in der Lacktechnologie üblichen Auf tragsverfahren. Bei lösungsmittelhaltigen, fließfähigen Beschich tungsmitteln erfolgt der Auftrag in der Regel durch Streichen, Sprühen, z. B. mittels Airbrush, Tauchen oder Walzen und anschließendes Trocknen der Beschichtung, wobei das Lösungsmittel verdun stet.

Wenn man als Bindemittel ii) ein thermisch, oxidativ oder photo chemisch vernetzbares Prepolymer einsetzt, dann sind die Be schichtungsmittel häufig auch ohne Zusatz von Lösungsmitteln fließfähig und können, gegebenenfalls nach Verdünnen mit einem Reaktivverdünner, nach dem oben genannten Verfahren aufgebracht werden. Die Ausbildung der eigentlichen Beschichtung erfolgt dann durch thermische, oxidative oder photochemische Härtung (Vernet zung) der Präpolymere.

Bei pulverförmigen Beschichtungsmitteln arbeitet man nach den üb lichen Verfahren der Pulverbeschichtung. Bei diesen Verfahren wird das pulverförmige Beschichtungsmittel in der gewünschten Menge auf das zu beschichtende Substrat aufgebracht und anschlie ßend erwärmt, wobei das thermoplastische, polymere Bindemittel zerfließt und einen polymeren Film bildet, der die erfindungsge mäßen Pulverteilchen auf der Oberfläche fixiert.

Zur Erreichung des gewünschten Effekts wird man das Beschich tungsmittel vorzugsweise in einer Menge von wenigsten 0,01 g/m², insbesondere wenistens 0,1 g/m² und speziell wenigstens 0,5 g/m² und vorzugsweise nicht mehr als 1000 g/m², bezogen auf die festen Bestandteile im Beschichtungsmittel, auf die zu beschichtende Oberfläche aufbringen. Feste Bestandteile sind hierbei im Wesent lichen die Komponenten i) und ii). Dies entspricht einem nach dem Verdunsten von flüchtigen Bestandteilen verbleibenden Flächenge wicht der Beschichtung von wenigsten 0,01 g/m², insbesondere we nistens 0,1 g/m² und speziell wenigstens 0,5 g/m². Häufig werden die Beschichtungen in Mengen bis 100 g/m² auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht (bezogen auf feste Bestandteile), jedoch wird man bei anderen Anwendungsformen auch grössere Mengen an Be schichtungsmittel aufbringen, beispielsweise bei Beschichtungen in Form von Fassadenfarben oder bei der Beschichtung von Beton dachsteinen.

Die mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln beschichteten Substrate zeichnen sich durch sehr geringe Adhäsionskräfte gegen über Flüssigkeiten und Feststoffen aus. Flüssigkeiten, insbeson dere hydrophile Flüssigkeiten, wie Wasser, wässrige Lösungen, Dispersionen und Suspensionen, polare organische Flüssigkeiten, insbesondere solche, die wasserlöslich sind, z. B. C₁-C₄-Alkanole, Glykole, Glycerin und deren Mischungen, aber auch Schmelzen pola rer organischer Verbindungen, z. B. von Kohlehydraten und vergleichbaren Verbindungen, perlen von diesen Beschichtungen rück standsfrei ab.

Zudem zeichnen sich die mit den erfindungsgemäßen Beschichtungs mitteln beschichteten Oberflächen durch einen Selbstreinigungsef fekt aus. Feststoffe, insbesondere partikuläre Feststoffe, können von der Oberfläche durch Abspülen mit Flüssigkeiten wie Wasser ohne Reinigungsmittel entfernt werden. Überraschenderweise lassen sich die partikulären Feststoffe auch durch Druckluft sehr leicht entfernen.

Weiterhin ist der Strömungswiderstand von Flüssigkeiten, insbe sondere Wasser und wässrige Lösungen, beim Durchfluss durch Rohre, Kapillare oder Düsen, die mit den erfindungsgemäßen Be schichtungen beschichtet sind, reduziert.

Aufgrund ihrer Eigenschaften können die erfindungsgemäßen Be schichtungsmittel in vielfältiger Weise eingesetzt werden.

Korrosionsanfällige Materialien, wie Beton, Stahlbeton, Holz oder Metall, können durch Beschichtung mit den erfindungsgemäßen Be schichtungsmitteln wirksam gegen Korrosion geschützt werden.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel sind weiterhin geeignet für die Oberflächenveredelung von Papier, Karton oder Kunststoff folien.

Elektrische Geräte, die der Witterung ausgesetzt sind und unter Witterungsbedingungen anschmutzen, wie hochspannungsführende Freileitungen, Spannungsumformungsvorrichtungen, Isolatoren, Pa rabolantennen, etc., und die in verschmutztem oder feuchtem Zu stand Leistungseinbußen erleiden, kann man mit den erfindungsge mäßen Beschichtungsmitteln behandeln. Hierdurch wird das An schmutzen verringert und eine Leistungseinbuße zu vermieden.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel eignen sich weiterhin zum Schutz vor Verschmutzung insbesondere von Oberflächen, die der Witterung ausgesetzt sind, beispielsweise von Dächern, Fassa den, Fenstern, Garten- und Balkonmöbeln, Kraftfahrzeugen, Ver kehrsschildern, Reklametafeln, Solaranlagen, etc. Ebenfalls denk bar ist ein Einsatz der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel im Sanitärbereich, beispielsweise als Beschichtung für Armaturen, Nasszellen, Badewannen, Schwimmbäder, Wand- und Fußbodenfliesen, etc. Der Einsatz der Beschichtungsmittel verhindert hier nicht nur die Ablagerungen von Verschmutzungen aus dem Wasser, sondern auch den Befall und das Wachstum unerwünschter Lebewesen, wie Mikroorganismen, Algen, Flechten und Moose.

Weiterhin kann man die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel zur Beschichtung von Anlagenteilen einsetzen, die mit Flüssigkeiten in Kontakt kommen. Hier sind insbesondere Rohre, Kessel, Tanks, Reaktoren, Wärmetauscher, Verdampfer, Kondensatoren, Pumpen, Dü sen, Zerstäuber, Sprühtrockner, Kristallisatoren, Abfüllanlagen, etc. zu nennen. Die Ausrüstung dieser Anlagenteile mit den erfin dungsgemäßen Beschichtungsmitteln verhindert das Abscheiden von festen Bestandteilen oder Zersetzungsprodukten aus den Flüssig keiten. Hierdurch wird die Bildung von Belägen, Ablagerungen, Verstopfungen, Verschmutzungen auf den Oberflächen der Anlage teile, die mit den Flüssigkeiten in Kontakt kommen, vermindert. Außerdem verringern die Beschichtungen in den Anlagenteilen, z. B. in Rohren, den Strömungswiderstand von Flüssigkeiten. Sie verringern so den Energieaufwand, der zum Transport insbesondere hochviskoser Flüssigkeiten durch die Anlagenteile erforderlich ist.

Durch Ausrüstung der kühlenden Oberflächen von Kühlaggregaten mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln kann die häufig auf tretende Vereisung verringert werden. Die Verwendung der erfin dungsgemäßen Beschichtungsmittel für die Beschichtung von Schiffsrümpfen reduziert den Gleitwiderstand durch das Wasser und verringert so den Treibstoffbedarf. Bei Flugzeugen kann man durch Beschichtung der Außenflächen mit den erfindungsgemäßen Beschich tungsmitteln die Gefahr des Vereisens verringern.

Verpackungen für flüssige Füllgüter, die mit den erfindungsgemä ßen Beschichtungsmitteln ausgerüstet sind, können nahezu rück standsfrei entleert werden und ermöglichen somit zum einen eine bessere Nutzung des Füllgutes und erleichtern das Recycling der Verpackungsmaterialien, da sie nicht durch Rückstände des Füllgu tes verunreinigt sind.

Vorratsbehälter, deren Innenflächen mit den erfindungsgemäßen Be schichtungsmitteln ausgerüstet sind, lassen sich leichter entlee ren und können aufgrund des Selbstreinigungseffektes in einfacher Weise durch Ausspülen mit Wasser ohne den Einsatz von Tensiden gereinigt werden.

Gewebe, insbesondere textile Gewebe, die mit den erfindungsgemäs sen Beschichtungsmitteln ausgerüstet sind, zeichnen sich sich durch eine hohe Wasserundurchlässigkeit und eine geringe Wasser aufnahme aus und sind schmutzabweisend. Durch Behandlung mit den erfindungsgemäßen Mitteln wird das Gewebe regelrecht wasserabweisend. Schmutzpartikel können leicht mit Wasser abgespült werden, ohne dass es zu einer nennenswerten Wasseraufnahme kommt. Die er findungsgemässen Beschichtungsmittel eignen sich demnach als Was ser- und Schmutz-abweisende Ausrüstung für Gewebe, das beispiels weise zur Herstellung von Bekleidung, Zelten, Markisen, Planen, Schirmen, zur Auskleidung von Räumen z. B. Kfz-Innenräumen, zur Bespannung von Sitzflächen, beispielsweise im Automotive-Bereich, eingesetzt werden kann.

Leder, das mit den erfindungsgemäßen Beschichtungsmitteln behan delt wurde eignet sich zur Herstellung von Lederbekleidung und Schuhen mit wasser- und schmutzabweisenden Eigenschaften.

Im Bereich der Kosmetik kann man die erfindungsgemässen Beschich tungsmittel als Haarbehandlungsmittel, z. B. in Form von Haar sprays, einsetzen, sofern sie ein kosmetisch verträgliches Binde mittel i), z. B. die hierfür üblicherweise eingesetzten Polymere enthalten.

Die vorliegenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen, ohne sie jedoch einzuschränken.

I. Analytik I.1 Allgemeine Vorschrift zur Bestimmung der Repellent Power

Der zu untersuchende beschichtete Gegenstand wird auf einem Messtisch montiert, dessen Neigung von 1° bis 90° eingestellt werden kann. Dann lässt man mit Hilfe einer Kanüle Flüssig keitstropfen auf die Probe fallen, wobei der Abstand der Ka nüle von der Probenoberfläche 10 mm beträgt. Die Tropfen ha ben eine definierte Masse, die durch vorheriges Wiegen be stimmt wird. Durch schrittweises Absenken des Neigungswinkels α wird der minimale Neigungswinkel bestimmt, bei dem die Tropfen gerade noch abperlen. Aus dem minimalen Neigungswin kel α, der Tropfenmasse m und der Erdbeschleunigung g wird nach der oben genannten Forme die Repellent Power F_R berech net. Die Repellent Power wird in (Millinewton)^-1 angegeben und ist ein quantitatives Maß für die Fähigkeit einer Ober fläche Flüssigkeitstropfen rückstandsfrei abperlen zu lassen.

I.2 Bestimmung des Kontaktwinkels

Die Bestimmung des Kontaktwinkels erfolgte mit einem Gerät Typ G1 der Fa. Krüss GmbH. Hierzu wurde mit Hilfe einer Edel stahlkanüle mit einem Innendurchmesser von 0.5 mm ein Tropfen destilliertes Wasser auf die zu untersuchende Oberfläche gebracht. Dann wurde mit Hilfe eines Goniometers der Kontakt winkel zwischen Wassertropfen und Oberfläche optisch be stimmt. Bei sehr hydrophoben Oberflächen, wie sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, haftet der Wassertropfen an der Oberfläche praktisch nicht mehr. Beim Austritt aus der Edelstahlkanüle haftet der Wassertropfen dann so lange an der Kanüle, bis er aufgrund seines Gewichts abtropft. Bei solchen Oberflächen kann der Kontaktwinkel nicht mehr exakt bestimmt, aber auf < 160° abgeschätzt werden.

II Herstellungsbeispiele Beispiel 1 Beschichtungsmittel B1

10,73 g Polyoctadecylvinylether mit einem Molekulargewicht von ca. 3000 g/Mol (viskosimetrisch bestimmt) wurden in 96,6 g Petroleumbenzin (Siedebereich 60 bis 80°C) gelöst. In dieser Lösung dispergierte man unter intensivem Rühren 10,73 g einer handelsüblichen, hydrophobierten pyrogenen Kie selsäure mit einer BET-Oberfläche von 220 m²/g (bestimmt nach DIN 66131; Aerosil® R812S).

Der in den Beispielen eingesetzte Polyoctadecylvinylether hat eine Oberflächenspannung von 27,7 mN/m, bestimmt an einer Schmelze nach der Methode des hängenden Tropfens.

Beispiel 2 Beschichtungsmittel B2

2,73 g Polyisobuten mit einem gewichtsmittleren Molekularge wicht von 4,7 Mio. g/Mol (viskosimetrisch bestimmt) wurden in 113 g Tetrahydrofuran gelöst. In dieser Lösung dispergierte man 6,37 g einer handelsüblichen, hydrophobierten pyrogenen Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 220 m²/g (Aerosil® R812S).

Polyisobuten hat eine Oberflächenspannung von 33,6 mN/m (vgl. S. Wu, loc cit, S. 88 ff).

Beispiel 3 Herstellung einer mit dem Beschichtungsmittel B1 beschichteten Folie F1

Das Beschichtungsmittel B1 wurde mit einem Rakel bei einem Rakelspalt von 100 µ auf eine Polyethylenterephthalat-Folie aufgetragen. Man erhielt die Beschichtung durch Verdunsten des Petroleumbenzins.

Die Repellent Power der Folie F1, bestimmt für eine 10 gew.-%ige wässrige Ethanollösung, betrug 358 mN^-1. Die Tropfenmasse betrug hierbei 5,44 mg.

Beispiel 4 Herstellung einer mit B1 beschichteten Glasfla sche

Eine handelsübliche Glasflasche aus Weißglas wurde mit dem Beschichtungsmittel B1 vollständig gefüllt. Man beließ das Beschichtungsmittel etwa eine Minute in der Glasflasche und goss es dann wieder aus. Nach Verdampfen des Petroleumbenzins erhielt man eine auf ihrer Innenseite beschichtete Glasfla sche.

Beispiel 5 Herstellung einer mit B2 beschichteten Kunst stofffolie F2

Das Beschichtungsmittel B2 wurde auf die in Beispiel 3 be schriebenen Weise auf eine Polyethylenterephthalat-Folie auf gebracht und das Lösungsmittel verdampft.

Die Repellent Power der Folie F2, bestimmt für eine 10 gew.-%ige wässrige Ethanollösung, betrug 154 mN^-1. Die Trop fenmasse betrug hierbei 5,44 mg.

Beispiel 6 Beschichtungsmittel B3

5 g Polyoctadecylvinylether mit einem Molekulargewicht von 3000 g/Mol (s. o.) wurden in 90 g Petroleumbenzin (Siedebe reich 60 bis 80°C) gelöst. In dieser Lösung dispergierte man 5 g einer handelsüblichen, hydrophobierten pyrogenen Kiesel säure mit einer BET-Oberfläche von 220 m²/g (Aerosil® R812S).

Beispiel 7 Beschichtungsmittel B4

1.5 g Polyisobuten mit einem Molekulargewicht von 4.700.000 g/mol (viskosimetrisch bestimmt) wurden in 50 g Benzin (Sie debereich 60-80°C) gelöst. In dieser Lösung wurden 13.5 g Po lytetrafluorethylen Pulver mit einer Korngröße von 1 µm und einer spezifischen BET-Oberfläche von 8,01 m²/g (Hersteller Aldrich) unter intensivem Rühren dispergiert.

Beispiel 8 Herstellung einer mit Beschichtungsmittel B4 be schichteten Glasplatte F3

Das Beschichtungsmittel B5 wurde mit einem Rakel mit einem Rakelspalt von 100 µm auf eine Glasplatte aufgetragen. Nach dem Verdunsten des Petroleumbenzins erhält man eine Schicht, die von Wasser nicht mehr benetzt wird.

Der statische Kontaktwinkel der beschichteten Glasplatte F3 gegenüber Wasser ist < 160°.

Die Repellent Power der Glasplatte F3, bestimmt für eine 10 gew.-%ige wässrige Ethanollösung, betrug 36 mN^-1. Die Tropfen masse betrug hierbei 5,44 mg.

Beispiel 9 Beschichtungsmittel B5 Sprühlack

2,73 g Polyisobuten mit einem Molekulargewicht von 4.700.000 g/mol (viskosimetrisch bestimmt) wurden in 900,9 g Benzin (Siedebereich 60-80°C) gelöst. In dieser Lösung dispergierte man 6,37 g einer handelsüblichen, hydrophobierten pyrogenen Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 220 m²/g (Aerosil® R812S).

Beispiel 10 Herstellung einer mit Beschichtungsmittel B5 be schichteten Holzplatte F4

Das Beschichtungsmittel B5 wurde mit einem Air-Brusch (Typ HY-MAX HP 10) auf eine Holzplatte aufgebracht. Nach dem Trocknen erhält man eine Schicht, die von Wasser nicht mehr benetzt wird.

Die Repellent Power der Holzplatte F4, bestimmt für eine 10 gew.-%ige wässrige Ethanollösung, betrug 537 mN^-1. Die Trop fenmasse betrug hierbei 5,44 mg.

Beispiel 11 Beschichtungsmittel B6 Ärosol

2,73 g Polyisobuten mit einem Molekulargewicht von 4.700.000 g/mol (viskosimetrisch bestimmt) wurden in 900,9 g Benzin (Siedebereich 60-80°C) gelöst. In dieser Lösung dispergierte man 6,37 g einer handelsüblichen, hydrophobierten pyrogenen Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 220 m²/g (Aerosil® R812S). 50 g dieser Dispersion wurden in eine Spraydose ge füllt. Dann presste man 21,4 g Treibgas auf.

Beispiel 12 Herstellung einer mit Beschichtungsmittel B6 be schichteten Glasplatte F5

Das Beschichtungsmittel B6 wurde auf eine Glasplatte aufges prüht und 3 Minuten getrocknet.

Die Repellent Power der Glasplatte F5, bestimmt für eine 10 gew.-%ige wässrige Ethanollösung, betrug 77 mN^-1. Die Tropfen masse betrug hierbei 5,44 mg.

Beispiel 13 Beschichtungsmittel B7

1,5 g Polyisobuten mit einem Molekulargewicht von 4.700.000 g/mol (viskosimetrisch bestimmt) wurden in 78,8 g Benzin (Siedebereich 60-80°C) gelöst. In dieser Lösung dispergierte man 13,5 g Polypropylenpulver mit einer Partikelgrösse < 36 µm und einer BET-Oberfläche von 5,3 m²/g (hergestellt nach EP-A 761696).

Beispiel 14 Herstellung einer mit Beschichtungsmittel B7 be schichteten Glasplatte F6

Das Beschichtungsmittel B7 wurde mit einem Rakel mit einem Rakelspalt von 150 µm auf eine Glasplatte aufgetragen. Nach dem Verdunsten des Petroleumbenzins erhält man eine Schicht, die von Wasser nicht mehr benetzt wird. Der statische Kon taktwinkel gegenüber Wasser beträgt mehr als 160.

Die Repellent Power der Glasplatte F6, bestimmt für eine 10 gew.-%ige wässrige Ethanollösung, betrug 90 mN^-1. Die Tropfen masse betrug hierbei 5,44 mg.

Beispiel 15 Beschichtungsmittel B8

1,5 g Polyisobuten mit einem Molekulargewicht von 4.700.000 g/mol (viskosimetrisch bestimmt) wurden in 48,6 g Benzin (Siedebereich 60-80°C) gelöst. In dieser Lösung dispergierte man 6 g Polypropylenpulver mit einer Partikelgrösse < 36 µm und einer BET-Oberfläche von 5,3 m²/g (hergestellt nach EP-A 761696).

Beispiel 16 Herstellung einer mit Beschichtungsmittel B8 be schichteten Glasplatte F7

Das Beschichtungsmittel B8 wurde mit einem Rakel mit einem Rakelspalt von 150 µm auf eine Glasplatte aufgetragen. Nach dem Verdunsten des Petroleumbenzins erhält man eine Schicht, die von Wasser nicht mehr benetzt wird. Der statische Kon taktwinkel gegenüber Wasser beträgt mehr als 160°.

Die Repellent Power der Glasplatte F7, bestimmt für eine 10 gew.-%ige wässrige Ethanollösung, betrug 50 mN^-1. Die Tropfen masse betrug hierbei 5,44 mg.

III Anwendungstechnische Untersuchungen Test der Benetzbarkeit

Die in den Beispielen 3 und 5 beschriebenen, beschichteten Folien F1 und F2, die Glasplatte F3 aus Beispiel 8 und die Holzplatte F4 aus Beispiel 10 wurden auf einer Messtischanordnung zur Bestim mung der Reppellent Power angebracht. Bei einem Neigungswinkel von 100 wurden nacheinander als Tropfen jeweils die folgenden wässrigen Flüssigkeiten in definierter Menge aufgebracht:

- Wasser (30 mg),
- Kaffee (30 mg),
- Honig (59 mg),
- wässrige Salzsäure (32 gew.-%ig, 41 mg),
- wässrige Natronlauge (5 gew.-%ig, 45 mg),
- 30 gew.-%ige Lösung von Polyacrylsäure in Wasser (47 mg),
- 30 gew.-%ige Lösung eines Copolymeren aus Vinylpyrrolidon und Vinylimidazol in Wasser (35 mg),
- wässrige Polymerdispersion Acronal 290D (BASF Aktiengesell schaft, 58 mg),
- wässrige Polymerdispersion Styronal® D808 (BASF Aktienge sellschaft 46 mg).

Alle Tropfen liefen bei einem Neigungswinkel von 10° gegen die Ho rizontale rückstandsfrei von der Folie F1, F2, der Glasplatte F3 und der Holzplatte F4 ab.

In einem Vergleichsexperiment wurden die oben aufgeführten Flüs sigkeiten auf eine nicht behandelte PET-Folie getropft. Der Nei gungswinkel der Probe betrug ebenfalls 10° gegen die Horizontale. In allen Fällen kam es zu einer Benetzung der Oberfläche; mit Ausnahme von Wasser hinterliessen alle Flüssigkeiten Rückstände auf der Folie.

In der zuvor beschriebenen Weise wurden auch die beschichteten Glasplatten F5, F6 und F7 untersucht. Hierzu wurden die folgenden Flüssigkeiten untersucht:

- Wasser (30 mg),
- Kaffee (30 mg),
- Honig (59 mg),
- wässrige Salzsäure (32 gew.-%ig, 41 mg),
- wässrige Natronlauge (5 gew.-%ig, 45 mg),
- 30 gew.-%ige Lösung von Polyacrylsäure in Wasser (47 mg),
- 30 gew.-%ige Lösung eines Copolymeren aus Vinylpyrrolidon und Vinylimidazol in Wasser (35 mg).

Mit Ausnahme der wässrigen Polyacrylsäure und Honig liefen alle Tropfen rückstandsfrei ab. Honig und die Polyacrylsäurelösung hinterliessen geringe Flüssigkeitsmengen auf der Oberfläche.

Test der Schmutzentfernung

Die Folien F1 und F2 die Glasplatten F3 und F6 und die beschich tete Holzplatte F4 wurden mit Rußpulver (Printex® V, BASF Druck systeme GmBH) beschmutzt. Anschließend tropfte man Wasser auf die Beschichtung. Dabei wurde das Rußpulver durch die abperlenden Wassertropfen im Falle von F1, F2 und F3 vollständig, im Falle von F4 und F6 nahezu vollständig entfernt, so dass die ursprüng liche Oberfläche wieder erhalten wurde. Ein Einsatz von Reini gungsmitteln war nicht erforderlich.

In einem Vergleichsexperiment wurde eine unbehandelte PET-Folie mit Rußpulver (Printex® V, BASF Drucksysteme GmBH) beschmutzt. Anschließend tropfte man Wasser auf die Folien. Dabei wurde das Rußpulver durch die abperlenden Wassertropfen nur teilweise ent fernt, so dass Russflecken auf der Folie zurückblieben.

Ausserdem wurde weißes Papier mit dem Aerosol B6 aus Beispiel 11 besprüht und anschließend etwa 3 min getrocknet. Das besprühte Papier wurde mit Rußpulver (Printex V von BASF Drucksysteme GmbH) beschmutzt und anschließend mit Wasser abgewaschen. Dabei wurde das Rußpulver durch die abperlenden Wassertropfen entfernt, so dass die ursprüngliche saubere Papieroberfläche wieder erhalten wurde. Nach dem Abperlen der Wassertropfen war das Papier nicht aufgeweicht, sondern völlig trocken.

In einem Vergleichsexperiment wurde ein nicht besprühtes weißes Papier mit Rußpulver beschmutzt und anschließend mit Wasser abge waschen. Das ablaufende Wasser entfernte den Ruß nur zu einem ge ringen Teil, so dass Rußflecken auf dem Papier zurückblieben. Nach dem Ablaufen des Wassers war das Papier nass und aufge weicht.

Test der Belagsverhinderung

Die beschichtete Folie F2 wurde auf 110°C erwärmt. Auf die heiße Folie tropfte man geschmolzenes Sorbitol (110°C). Der Sorbitol tropfen benetzte die Folie nicht. Ein geringer Neigungswinkel der Folie von etwa 5° führte zu einem vollständigen, rückstandsfreien Ablaufen der geschmolzenen Sorbitoltropfen.

In einer weiteren Untersuchung tropfte man weiteres geschmolzenes Sorbitol auf die erwärmte Folie und ließ dann auf 20°C abkühlen. Hierbei erstarrten die Sorbitoltropfen zu klebrigen harzartigen Tropfen, die durch leichtes Berühren mit einem Spatel vollständig von der Folie entfernt werden konnten. Dabei wurden keine Sorbi tolrückstände auf der Folie beobachtet.

Zu Vergleichszwecken tropfte man eine Sorbitolschmelze (110°C) auf eine unbeschichtete, 110°C heiße Polyethylenterephthalat-Folie. Die Sorbitolschmelze benetzte die Folienoberfläche und auch bei einem Neigungswinkel von 90° lief die Schmelze nicht rückstands frei von der Folie ab. Erkaltetes Sorbitol (20°C) verklebte mit der Folie und ließ sich von ihr mechanisch nicht rückstandsfrei entfernen.

Verringerung des Strömungswiderstands

Ein handelsübliches Kapillarviskosimeter (Fa. Schott, Typ 50140/IV) mit einem Kapillardurchmesser von 3,6 mm wurde mit dem Beschichtungsmittels B3 vollständig gefüllt. Nach 5 Minuten wurde das Beschichtungsmittel B3 wieder ausgegossen. Anschließend lei tete man zur Entfernung des Lösungsmittels etwa 15 Minuten ge trocknete Luft durch die Kapillare. Anschließend bestimmte man bei 20°C die Auslaufzeit von Glycerin. Sie betrug 55 Sekunden. Die Auslaufzeit einer Mischung aus 95 g Glycerin und 5 g Wasser be trug 24 Sekunden.

Zu Vergleichszwecken wurden in einem baugleichen Viskosimeter, das unbeschichtet war, die Auslaufzeiten der oben genannten Lö sungen bestimmt. Bei Glycerin betrug sie 74 Sekunden. Bei der Mi schung aus 95 g Glycerin und 5 g Wasser betrug sie 31 Sekunden. Dies entspricht einer Verringerung der Auslaufzeit von 26% im Falle des Glycerins bzw. 23% im Falle der Mischung aus Glycerin und Wasser. Die Beispiele zeigen deutlich, dass der Strömungswi derstand fließender Flüssigkeiten in Rohrleitungen durch die er findungsgemäßen Beschichtungen verringert wird.

Claims

1. Beschichtungsmittel zur Herstellung schwer benetzbarer Ober flächen, enthaltend

a) wenigstens ein feinteiliges Pulver, dessen Pulverteilchen eine hydrophobe Oberfläche und eine poröse Struktur auf weisen, die durch eine BET-Oberfläche (bestimmt nach DIN 66131) von wenigstens 1 m²/g charakterisiert ist, und
b) wenigstens ein filmbildendes Bindemittel, das durch eine Oberflächenspannung < 50 mN/m charakterisiert ist, wobei das Gewichtsverhältnis von Pulver zu Bindemittel wenigstens 1 : 4 beträgt.

2. Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Pulverteilchen einen oxidischen Träger und eine auf der Oberfläche des Trägers befindliche, hydrophobe Schicht aufweisen.

3. Beschichtungsmittel nach Anspruch 3, wobei der oxidische Trä ger pyrogene Kieselsäure ist.

4. Beschichtungsmittel nach Anspruch 3 oder 4, wobei die auf dem hydrophoben Träger angeordnete hydrophobe Oberflächenschicht von (Perfluor)Alkylsilangruppen und/oder (Perfluor)Alkylsilo xangruppen gebildet wird, die mit dem oxidischen Träger ver knüpft sind.

5. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1, worin das feinteilige Pulver ein Polymerpulver mit einer gewichtsmittleren Teil chengröße im Bereich von 0,2 bis 100 µm ist.

6. Beschichtungsmittel nach Anspruch 5, worin das Polymerpulver ausgewählt ist unter Polytetrafluorethylenpulvern und C₂-C₄-Polyolefinpulvern.

7. Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das hydrophobe Bindemittel ein Polymer ist, das ausge wählt ist unter Homo- und Copolymeren von hydrophoben, ethy lenisch ungesättigten Monomeren, die in Wasser eine Löslich keit < 1 g/l (bei 25°C) aufweisen, und gegebenenfalls ge eigneten Comonomeren.

8. Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form einer fließfähigen Zubereitung, enthaltend zusätzlich wenigstens ein organisches Verdünnungs- oder Lösungsmittel.

9. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Form eines Aerosols, umfassend zusätzlich wenigstens ein Treibmit tel.

10. Verfahren zur Herstellung einer schwer benetzbaren Oberflä che, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Beschichtungsmit tel, wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 definiert, auf eine konventionelle Oberfläche aufbringt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man das Beschichtungsmittel in einer Menge von 0,01 bis 1000 g/m², bezogen auf die festen Bestandteile im Beschich tungsmittel, auf die zu beschichtende Oberfläche aufbringt.

12. Verwendung von Beschichtungsmitteln, wie in einem der Ansprü che 1 bis 9 definiert, zur Herstellung von schwer benetzbaren Oberflächen.

13. Verwendung von Beschichtungsmitteln, wie in einem der Ansprü che 1 bis 7 definiert, zur Herstellung von Oberflächen mit Selbstreinigungseffekt.

14. Verwendung von Beschichtungsmitteln wie in einem der Ansprü che 1 bis 9 definiert, zur Verringerung des Strömungswider standes in Rohren, Kapillaren und Düsen.