DE10135684A1 - Material zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oloephober Beschichtungen - Google Patents
Material zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oloephober BeschichtungenInfo
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Material zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oleophober Beschichtungen, wobei das Material wenigstens ein Alkoxysilan mit wenigstens einer Alkyl- und/oder Polyfluoralkyl- und/oder Perfluoralkylgruppe mit einer Kettenlänge von wenigstens 10 Kohlenstoffatomen enthält.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Material zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oleophober Beschichtungen und deren Verwendung.
- Im Stand der Technik sind hydrophobe und/oleophobe Beschichtungsmaterialien sowohl auf der Basis von Fluorverbindungen (Fluorsilane, Fluorcarbonharze, Fluoracrylate etc.) als auch auf Silikonbasis beschrieben. Das US-Patent 5,274,159 offenbart zersetzbare, fluorierte Alkoxysilantenside, die wenigstens eine hydrolytisch abspaltbare Gruppe aufweisen und daraus hergestellte wasser- und ölabstoßende Schichten. Die EP 0 587 667 beschreibt fluorhaltige anorganische Polykondensate und deren Herstellung sowie Verwendung zur Beschichtung von Substraten. Die DE 196 49 954 sowie 196 49 955 betreffen im Grunde das gleiche technische Gebiet, gehen aber von zum Teil recht kompliziert und komplex aufgebauten Verbindungen aus.
- Während die vorgenannten Dokumente aus dem Stand der Technik allgemein Fluorsilanhydrosilate bzw. -kondensate betreffen, offenbart die EP 0 109 171 Fluorcarbonharze oder allgemein fluorchemische Copolymere und damit beschichtete Pappen und Textilfasern.
- Obwohl die aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungsmaterialien zumindest teilweise über eine vergleichsweise gute wasser-, Öl-, und/oder schmutzabweisende Wirkung verfügen, sind sie immer noch verbesserungswürdig. Insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Abriebfestigkeiten und Chemikalienbeständigkeiten sind Verbesserungen möglich. Dies ist insbesondere auf den Gebieten von besonderer Bedeutung, auf denen die Beschichtungsmaterialien zur Beschichtung von keramischen Bodenfliesen oder von Chromoberflächen im Sanitärbereich eingesetzt werden sollen. Die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungsmaterialien beschichteten Oberflächen zeigen weiterhin häufig einen Verlust des hydrophoben Effekts im stark basischen Medium.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung das eingangs erwähnte Material dahingehend weiterzubilden, daß es zumindest einen Teil der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet. In ihrer grundlegendsten Form besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundliegenden Aufgabe in der Bereitstellung wenigstens eines weiteren Materials zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oleophober Beschichtungen.
- Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verwendung des Materials zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oleophober Beschichtungen anzugeben.
- Die vorliegende Aufgabe wird durch ein Material mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5 sowie 7 bis 10.
- Überraschend hat sich gezeigt, daß der Einsatz von Silanen mit hydrophoben und/oder oleophoben Gruppen mit einer Kettenlänge von wenigstens 10 Kohlenstoffatomen zu einer deutlich höheren Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit der mit diesen Silanen hergestellten Beschichtungen führt. Als hydrophobe und/oder oleophobe Gruppe wird eine verzweigte oder nicht verzweigte Alkyl- und/oder Polyfluoralkyl- und/oder Perfluoralkyl-Gruppe verstanden. Diese Gruppierungen können gradkettig oder verzweigt sein oder auch gesättigte, ungesättigte oder aromatische cyclische Gruppierungen enthalten. Die hydrophoben und/oder oleophoben Gruppen können weiterhin Substituenten aufweisen, wobei die Substituenten bevorzugt Funktionalitäten aufweisen, die eine spätere Vernetzung z. B. durch UV- oder wärmeinduzierte Polymerisationsreaktionen ermöglichen. Als Beispiel für derartige Substituenten sind allgemein Substituenten z. B. mit Vinylgruppen oder dergl. zu nennen. Im übrigen sind derartige zur Vernetzung fähige Gruppen dem Fachmann aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik geläufig.
- Es ist insbesondere für den Fachmann überraschend, daß die Abriebfestigkeit von Beschichtungen, die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellt sind und auf Silanen mit hydrophoben und/oder oleophoben Gruppierungen beruhen, erhöht ist, weil man bisher angenommen hat, daß größere Kettenlängen bei den hydrophoben, und/oder oleophoben Gruppierungen eher zu einer Verringerung der Abriebfestigkeit führt. Es ist dabei bevorzugt, wenn die Kettenlänge der wenigstens einen in dem entsprechenden Silan enthaltenen Alkyl- und/oder Polyfluoralkyl- und/oder Perfluoralkylgruppe zwischen 10 und 30 Kohlenstoffatome beträgt, wobei eine Kettenlänge von 12 bis 20 Kohlenstoffatome aufgrund der Verfügbarkeit der entsprechenden Ausgangsverbindungen sowie der Handhabbarkeit besonders bevorzugt ist.
- Das erfindungsgemäße Material zur Herstellung abriebfester hydrophober, und/oder oleophober Beschichtungen enthält das vorstehend erwähnte Silan im allgemeinen in einem Lösungs- und/oder Emulgationsmittel. Aufgrund von wirtschaftlichen, ökologischen und verfahrenstechnischen Gegebenheiten ist es bevorzugt, wenn dieses Lösungs- und/oder Emulgationsmittel Wasser ist oder zumindest einen hohen Wasseranteil aufweist. Auch wässrige Lösungen von Alkoholen wie Ethanol, Methanol, Propanol, Isopropanol und/oder Butanol (in allen seinen isomeren Formen) sind daher ebenfalls besonders gut als Lösungs- und/oder Emulgationsmittel und somit als Bestandteil des erfindungsgemäßen Materials zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oleophober Beschichtungen geeignet.
- In einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Material zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oleophober Beschichtungen weiterhin eine Verbindung, die auf das in dem Material enthaltene und bereits beschriebene Silan, welches insbesondere ein Alkoxysilan ist, als Aktivator wirkt. Es ist dabei bevorzugt, wenn diese Verbindung eine Säure, die durch Protonierung des Sauerstoffs der Alkoxygruppierung die hydrolytische Abspaltung der Alkoxidgruppierung beschleunigt. Als Alkoxidgruppen finden dabei im wesentlichen Methoxygruppen- und Ethoxygruppen Anwendung und die hydrolytische Abspaltung der Alkoxidgruppe ist über die Säurestärke der als Aktivator verwendete Säure steuerbar. Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die als Aktivator eingesetzte Säure eine anorganische Säure oder eine organische Säure ist, d. h. insbesondere HCl, H2SO4 und H3PO4 sowie Essig- oder Ameisensäure.
- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Materials ist, daß sehr breite Anwendungsspektrum. Es können fast sämtliche bekannten natürlichen und synthetischen Substrate mit dem erfindungsgemäßen Material unter Ausbildung von abriebfesten hydrophoben und/oder oleophoben Beschichtungen beschichtet werden. Es ist daher bevorzugt, wenn das Substrat ein glasartiges und/oder keramisches Substrat ist (z. B. Glas, Keramik, Emaille), eine Textilie (z. B. Gardinenstoff, Markiesenstoff, Bekleidungsstoff), eine Faser, Leder, Holz, ein Metall (z. B. Chrom, Messing, Kupfer, Zink, Edelstahl), ein Kunststoff, Papier, Pappe oder ein Naturstoff.
- Bei der Beschichtung des Substrats ist es bevorzugt, wenn die Oberfläche desselben während des Aufbringens der Beschichtung, d. h. während des Aufbringens des erfindungsgemäßen Materials zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oleophober Beschichtungen wenigstens Raumtemperatur besitzt. Allgemein liegt die Temperatur für die Durchführung einer derartigen Beschichtung im Bereich von etwa Raumtemperatur bis etwa 400°C, bevorzugt im Bereich von 40 bis 200°C und besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 170°C. Die bevorzugten Temperaturbereiche für die Durchführung der Beschichtung ergeben sich dabei aus den Temperaturbeständigkeiten der vorzugsweise in dem erfindungsgemäßen Material eingesetzten Silane und/oder der zu beschichtenden Substrate. Weiterhin ist die Höhe der Temperatur bei dem Aufbringen des erfindungsgemäßen Materials für die Schichtbildung von besonderer Bedeutung, da sie die Trocknungsgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit mit der das Lösungsmittel- und/oder Emulsionsmittel entfernt wird, beeinflußt.
- Das erfindungsgemäße Material kann weiterhin durch ein beliebiges, dem Fachmann geläufiges Beschichtungsverfahren auf das Substrat aufgebracht werden, wobei es bevorzugt durch Schütten, Fluten, Tauchen oder Schleudern erfolgt und besonders bevorzugt durch Sprühen.
- In einer besonderen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn nach dem Aufbringen des erfindungsgemäßen Materials ein sogenanntes Nachtempern erfolgt. Bei diesem Nachtempern wird dem Substrat weiterhin Wärme zugeführt, vorteilhafterweise so, daß die Substrattemperatur gehalten wird. Hierdurch ist nicht nur eine Trocknung möglich, sondern je nach den gewählten Bedingungen und den eingesetzten Silanen auch eine Vernetzung der Moleküle innerhalb der Beschichtung.
- Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, wobei diese keinesfalls zur Beschränkung der Erfindung auszulegen sind.
- Die Herstellung der zum Einsatz im erfindungsgemäßen Material vorgesehenen Silane, insbesondere Trialkoxysilane, sind dem Fachmann grundsätzlich geläufig, so daß eine Beschreibung des Herstellungsverfahrens an dieser Stelle unterbleiben kann. Die Beschichtung von z. B. einer Sanitärkeramik erfolgt im allgemeinen wie folgt:
- 20 g 1H,1H,2H,2H-Perfluorododecyltriethoxysilan werden mit 200 g Ethanol und 4 g 10%-iger Schwefelsäure versetzt und anschließend 15 Minuten intensiv bei Raumtemperatur gerührt. Die Lösung wird auf Glas sprühbeschichtet und anschließend 1 Std. bei 200°C getrocknet.
- 20 g eines Dodecyltriethoxysilan werden mit 200 g Ethanol und 4 g 10%-iger Schwefelsäure versetzt und anschließend 15 Minuten intensiv bei Raumtemperatur gerührt. Die Lösung wird auf Glas sprühbeschichtet und anschließend 1 Std. bei 200°C getrocknet.
- Wie Beispiel 2, jedoch wird statt des Ethanols ein Gemisch aus 200 g Wasser und 1 g Byk348 (Byk-Chemie eingesetzt).
- Wie Beispiel 2, jedoch wird statt des Ethanols ein Gemisch aus 200 g Wasser und 1 g Byk348 (Byk-Chemie) eingesetzt.
- Zum Nachweis der verbesserten Abriebbeständigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Material hergestellten Beschichtungen im Vergleich zu Materialien aus dem Stand der Technik wurden Vergleichsversuche durchgeführt. Dabei wurden die Beschichtungsmaterialien jeweils wie in dem vorangehenden Beispielen auf eine Sanitärkeramik aufgesprüht und 1 Std. bei 250°C getrocknet. Die Versuchsbedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Tabelle 1 Vergleich der Abriebbeständigkeiten unterschiedlicher hydrophober und/oder oleophober Beschichtungen
Claims (10)
1. Material zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oleophober
Beschichtungen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material ein Alkoxysilan bzw. dessen Hydrolysat mit wenigstens
einer Alkyl- und/oder Polyfluoralkyl- und/oder Perfluoralkylgruppe oder eine
Mischung der vorgenannten Silane bzw. Silanhydrolysate mit einer
Kettenlänge von mindestens 10 Kohlenstoffatomen enthält.
2. Material gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material weiterhin eine als Aktivator auf das Alkoxysilan wirkende
Verbindung enthält.
3. Material gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die als Aktivator wirkende Verbindung eine Säure ist, insbesondere
eine anorganische Säure oder eine organische Säure, ausgewählt aus
Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure oder Ameisensäure.
4. Material gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kettenlänge der wenigstens einen Alkyl- und/oder Polyfluoralkyl-
und/oder Perfluoralkylgruppe zwischen 10 und 30 Kohlenstoffatome
beträgt, insbesondere 12 bis 20 Kohlenstoffatome.
5. Material gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß es weiterhin Wasser als Lösungs- und/oder Emulgationsmittel enthält.
6. Verwendung des Materials gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche
zur Beschichtung eines Substrats,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat ein glasartiges oder keramisches Substrat ist, eine
Textilie, eine Faser, Leder, Holz, ein Metall, Kunststoff, Papier, Pappe oder
ein Naturstoff.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Substrats während des Aufbringens der
Beschichtung wenigstens Raumtemperatur besitzt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Substrats eine Temperatur im Bereich von
Raumtemperatur bis 400°C besitzt, insbesondere eine Temperatur im
Bereich von 40 bis 200°C, besonders bevorzugt von 60 bis 170°C.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufbringen des Materials durch Schütten, Fluten, Tauchen, Walzen
oder Schleudern und insbesondere durch Sprühen erfolgt.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Aufbringen des Materials ein Nachtempern erfolgt, wobei
das Nachtempern insbesondere bei einer Temperatur erfolgt, die der
Temperatur des Substrats während des Aufbringens des Materials
entspricht.
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| DE2001135684 DE10135684A1 (de) | 2001-07-21 | 2001-07-21 | Material zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oloephober Beschichtungen |
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| DE2001135684 DE10135684A1 (de) | 2001-07-21 | 2001-07-21 | Material zur Herstellung abriebfester, hydrophober und/oder oloephober Beschichtungen |
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