DE102006001641A1 - Substrate mit bioziden und/oder antimikrobiellen Eigenschaften - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten, umfassend die Schritte: DOLLAR A a) Bereitstellung eines Substrates, DOLLAR A b) Aufbringung einer Zusammensetzung auf mindestens einer Seite des Substrates, wobei die Zusammensetzung eine anorganische Verbindung enthält und die anorganische Verbindung mindestens ein Metall und/oder Halbmetall, ausgewählt aus der Gruppe Sc, Y, Ti, Zr, Nb, V, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, In, Tl, Si, Ge, Sn, Zn, Pb, Sb, Bi oder Mischungen derselben, und mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe Te, Se, S, O, Sb, As, P, N, C, Ga oder Mischungen derselben, enthält, DOLLAR A c) Trocknen der in Schritt b) aufgebrachten Zusammensetzung, DOLLAR A d) Aufbringung mindestens einer Beschichtung auf der mindestens einen Seite des Substrates, auf der in Schritt b) die Zusammensetzung aufgebracht wurde, wobei die Beschichtung ein Silan der allgemeinen Formel (Z·1·)Si(OR)¶3¶, wobei Z·1· R, OR oder Gly (Gly = 3-Glycidyloxypropyl) ist und R ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und alle R gleich oder unterschiedlich sein können, Oxidpartikel, ausgewählt aus den Oxiden von Ti, Si, Zr, Al, Y, Sn, Zn, Ce oder Mischungen derselben, einen Initiator und optional Zink, Zink-Salze, Zink-Komplexe, Silber, Silber-Salze und/oder komplexiertes Silber enthält, und DOLLAR A e) Trocknen der in Schritt d) aufgebrachten Beschichtung, DOLLAR A f) Aufbringung mindestens einer weiteren Beschichtung auf der mindestens einen Seite des Substrates, auf der in Schritt ...

Description

  • Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit bioziden Eigenschaften, sowie Substrate erhältlich nach dem vorgenannten Verfahren.
  • Es besteht in der Technik ein Bedarf, das Wachstum von Mikroben oder Pilzen auf Belägen, insbesondere auf Wandbelägen, wie z.B. Tapeten, zu vermindern. Falls eine mit einer Tapete versehene Wand von Schimmel befallen wird, wird in der Regel aufgrund der Sichtbarkeit des Schimmels sehr schnell reagiert. Bei Schimmel handelt es sich um Pilze, die zunächst oberflächlich und später auch in die Tiefe gehend die Wand oder andere Materialen besiedeln. Stockflecken sind einzelne, meist runde Kolonien der Pilze, die aus einer einzigen Spore ausgekeimt sind. Pilzforscher unterscheiden cirka 10.000 Schimmelpilzarten, von denen aber nur wenige in Wohnräumen vorgefunden werden. Falls eine Wand von Schimmel befallen wird, rührt dieser Befall im Regelfall nicht von einer einzigen Pilzspezies her, sondern vielmehr wird eine solche Wand von verschiedenen Arten besiedelt, wobei Aspergillus- und Penicilliumarten am häufigsten auftreten.
  • Pilze besitzen im Gegensatz zu Pflanzen kein Chlorophyll und sind daher nicht in der Lage, ihre Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen. Als Energiequelle für Pilze im Wohnbereich dienen Holz- und Holzbestandteile, Wandfarben und Gipsputz, Blumentopferde bzw. abgestorbene Teile von Zimmerpflanzen sowie Lebensmittel.
  • Pilze benötigen Wasser zum wachsen. Fehlt das Wasser, stirbt der Pilz jedoch nicht sofort ab, sondern er bildet sogenannte Dauerzellen aus. Diese Dauerzellen ermöglichen es dem Pilz Notzeiten und insbesondere Zeiten, in denen nicht ausreichend Wasser zur Verfügung steht, zu überstehen. Bei erneut günstigen Wachstumsbedingungen, also z.B. wieder erneut ausreichend feuchten Bedingungen wächst der Pilz sodann, wenn die "Notzeit" nicht lang genug war, um den Pilz vollständig abzutöten. Nachfolgend verbreitet und vermehrt sich der Pilz über Sporen und Konidien sehr schnell. Die Sporen und Konidien werden in sehr großer Zahl produziert und in der Luft schwebend verbreitet. Sie sind für das menschliche Auge nicht sichtbar und ihr Durchmesser liegt durchschnittlich zwischen 0,002 und 0,006 mm. Zu einer Auskeimung und zum Pilzwachstum kommt es jedoch nur, wenn für die jeweilige Pilzart günstige Wachstumsbedingungen vorliegen. Feuchte Wände beispielsweise stellen einen idealen Lebensraum und Nährböden für solche Pilze im Allgemeinen dar.
  • Schimmelpilze benötigen zum Wachstum eine Temperatur von cirka 20 °C und eine Luftfeuchtigkeit von über 70 %. Beispiele hierfür sind in der Wohnung entstehende Luftfeuchtigkeit durch Kochen, Geschirrspülen, Baden, Duschen, Waschen, Wäschetrocknen oder durch Zimmerpflanzen und Verdunstung.
  • Es ist somit von größtem wirtschaftlichem Interesse, die Folgen eines Schimmelpilzbefalles zu reduzieren. Insbesondere soll das Auftreten von Verfärbungen an befallenen Stellen durch die sogenannten "Stockflecken" vermieden werden. Wenn eine solche Ausbreitung eines Schimmelpilzes nicht rechzeitig gestoppt wird, so werden Wandbeläge, wie z.B. Tapeten, zersetzt, Holz oder Papier verfällt und Putz und Farben blättern ab.
  • Keramische Fliesen bieten den Schimmelpilzen aufgrund der undurchdringlichen Oberfläche einen schlechten Nährgrund. Allerdings haben solche keramischen Fliesen den Nachteil, dass sie sehr spröde sind und somit nur bedingt zur Verkleidung von Wänden geeignet sind. Bei symmetrisch sehr anspruchsvollen Oberflächen in Räumen müssen die Fliesen aufwändig in entsprechende Formen zerteilt werden um dann auf eine Wand aufgebracht zu werden.
  • Des Weiteren ist es bekannt, dass die Verwendung von z.B. Silber- oder Zinnorganylen das Wachstum von Pilzen jeglicher Art unterbindet. Hierbei sind im Stand der Technik die unterschiedlichsten Verfahren bekannt, solche biozid und antimikrobiell wirksamen Substanzen auf die unterschiedlichsten Substrate aufzubringen.
  • Allerdings muss das Substrat, auf dem eine solche antimikrobielle bzw. biozide Beschichtung aufgebracht wird, den Reaktionsbedingungen des Aufbringens der Substanzen standhalten. Da im Regelfall für die Aufbringung von z.B. Silber auf Substraten eine erhöhte Temperatur notwendig ist, können solche Verfahren des Standes der Technik nicht für z.B. Tapeten verwendet werden, die aus einem relativ temperaturlabilen Substrat bestehen, wie zum Beispiel Papier.
  • Andererseits wird im Stand der Technik in z.B. der japanischen Offenlegungsschrift 11-323796 beschrieben, dass eine Tapete mit antimikrobiellen Eigenschaften erhalten werden kann, wenn silberhaltiger Zeolith aufgebracht wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist allerdings, dass der Zeolith, welcher mit Silber beaufschlagt wurde, nur sehr kostenintensiv hergestellt werden kann.
    •
  • Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung der Nachteile des Standes der Technik und insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiell und biozid ausgerüsteten Materials, sowie dieses Material selbst zur Verfügung gestellt werden, bei dem der Anteil an antimikrobieller und biozider Substanz vermindert wird, wobei die Wirksamkeit verbessert wird und als Substrate vorteilhafterweise flexible Substrate verwendet werden können.
  • Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten, umfassend die Schritte:
    • a) Bereitstellung eines Substrates,
    • b) Aufbringung einer Zusammensetzung auf mindestens einer Seite des Substrates, wobei die Zusammensetzung eine anorganische Verbindung enthält und die anorganische Verbindung mindestens ein Metall und/oder Halbmetall ausgewählt aus der Gruppe Sc, Y, Ti, Zr, Nb, V, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, In, Tl, Si, Ge, Sn, Zn, Pb, Sb, Bi oder Mischungen derselben und mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Te, Se, S, O, Sb, As, P, N, C, Ga oder Mischungen derselben enthält,
    • c) Trocknen der in Schritt b) aufgebrachten Zusammensetzung,
    • d) Aufbringung mindestens einer Beschichtung auf der mindestens einen Seite des Substrates, auf der in Schritt b) die Zusammensetzung aufgebracht wurde, wobei die Beschichtung ein Silan der allgemeinen Formel (Z1)Si(OR)3, wobei Z1 R, OR oder Gly (Gly=3-Glycidyloxypropyl) ist und R ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und alle R gleich oder unterschiedlich sein können, Oxidpartikel, ausgewählt aus den Oxiden von Ti, Si, Zr, Al, Y, Sn, Zn, Ce oder Mischungen derselben, einen Initiator und optional Zink, Zink-Salze, Zink-Komplexe, Silber, Silber-Salze und/oder komplexiertes Silber enthält, und
    • e) Trocknen der in Schritt d) aufgebrachten Beschichtung
    • f) Aufbringung mindestens einer weiteren Beschichtung auf der mindestens einen Seite des Substrates, auf der in Schritt d) die Beschichtung aufgebracht wurde, wobei die weitere Beschichtung ein Silan der allgemeinen Formel (Z1)Si(OR)3, wobei Z1 R, OR oder Gly (Gly=3-Glycidyloxypropyl) ist und R ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und alle R gleich oder unterschiedlich sein können, eine antimikrobielle und/oder biozide Substanz, ausgewählt aus Substanzen enthaltend Zn, Zn-Salze, Zn-Komplexe wie z.B. Zinkacetylacetonat, Ag, Ag-Salze, Ag-Komplexe, Sn, Sn-Verbindungen, oder Mischungen derselben, und einen Initiator enthält
    • g) Trocknen der in Schritt f) aufgebrachten weiteren Beschichtung.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auf keine spezifischen Substrate limitiert. Die Substrate können sowohl offenporig als auch geschlossenporig sein. Das Substrat in Schritt a) kann vorzugsweise ein flexibles und/oder starres Substrat sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat in Schritt a) ein Gewirke, ein Gewebe, ein Geflecht, eine Folie, ein Flächengebilde, ein Vlies und/oder ein Blech. Es ist auch bevorzugt, dass das Substrat ein Papiersubstrat ist.
  • Vorzugsweise ist das Substrat in Schritt a) bei einer Temperatur größer als 100 °C im Wesentlichen temperaturstabil. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat in Schritt a) unter den Trocknungsbedingungen der Schritt c), e) und/oder g) im Wesentlichen temperaturstabil. Unter wesentlich temperaturstabil wird verstanden, dass sich die Struktur des Substrates im Wesentlichen nicht ändert und somit für den gewünschten Einsatzzweck verwendet werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die anorganische Verbindung des Schrittes b) ausgewählt aus TiO2, Al2O3, SiO2, ZrO2, Y2O3, BC, SiC, Fe2O3, SiN, SiP, Alumosilicaten, Aluminiumphosphaten, Zeolithen, partiell ausgetauschten Zeolithen oder Mischungen derselben. Bevorzugte Zeolithe sind z.B. ZSM-5, Na-ZSM-5 oder Fe-ZSM-5 oder amorphe mikroporöse Mischoxide, die bis zu 20 Prozent nicht hydrolysierbare organische Verbindungen enthalten können, wie z.B. Vanadinoxid-Siliciumoxid-Glas oder Aluminiumoxid-Siliciumoxid-Methylsiliciumsesquioxid-Gläser.
  • Vorzugsweise weist die anorganische Verbindung des Schrittes b) eine Korngröße von 1 nm bis 10.000 nm auf, weiter bevorzugt von 5 nm bis 5.000 nm, vorzugsweise von 10 nm bis 2.000 nm, in einer weiter bevorzugten Ausführungsform von 10 nm bis 1.000 nm, vorzugsweise von 15 nm bis 700 nm und am meisten bevorzugt von 20 nm bis 500 nm.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff zumindest zwei Korngrößenfraktionen der zumindest einen anorganischen Verbindung aufweist. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn das erfindungsgemäß Substrat zumindest zwei Korngrößenfraktionen von zumindest zwei anorganischen Verbindungen aufweist. Das Korngrößenverhältnis kann von 1:1 bis 1:10.000, vorzugsweise von 1:1 bis 1:100 betragen. Das Mengenverhältnis der Korngrößenfraktionen in der Zusammensetzung des Schrittes b) kann vorzugsweise von 0,01:1 bis 1:0,01 betragen.
  • Die Zusammensetzung des Schrittes b) ist vorzugsweise eine Suspension, die vorzugsweise eine wässrige Suspension ist. Die Suspension kann vorzugsweise eine Flüssigkeit, ausgewählt aus Wasser, Alkohol, Säure oder eine Mischung derselben aufweisen.
  • Die anorganische Verbindung des Schrittes b) wird vorzugsweise durch Hydrolysieren einer Vorstufe der anorganischen Verbindung enthaltend das Metall und/oder Halbmetall erhalten. Das Hydrolysieren kann z.B. durch Wasser und/oder Alkohol erfolgen.
  • Die Vorstufe der anorganischen Verbindung ist vorzugsweise ausgewählt aus Metallnitrat, Metallhalogenid, Metallcarbonat, Metallalkoholat, Metall-Acetylacetonate, Halbmetallhalogenid, Halbmetallalkoholat oder Mischung derselben. Bevorzugte Vorstufen sind z.B. Titanalkoholate, wie z.B. Titanisopropylat, Siliciumalkoholate, wie z.B. Tetraethoxysilan, Zirkoniumalkoholate. Bevorzugte Metallnitrate sind z.B. Zirkoniumnitrat. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in der Zusammensetzung in Bezug auf die hydrolysierbare Vorstufe, bezogen auf die hydrolysierbare Gruppe der Vorstufe, zumindest das halbe Molverhältnis Wasser, Wasserdampf oder Eis, enthalten.
  • In der Zusammensetzung des Schrittes b) ist vorzugsweise ein Initiator enthalten, der vorzugsweise die anorganische Vorstufe hydrolysiert. Der Initiator kann vorzugsweise auch eine Säure oder Base sein, wobei eine wässrige Säure oder Base weiter bevorzugt ist. Außerdem kann die Zusammensetzung des Schrittes b) ein Sol sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zusammensetzung des Schrittes b) ein Sol. In einer bevorzugten Ausführungsform ist es möglich handelsübliche Sole, wie z.B. Titannitratsol, Zirkonnitratsol oder Silicasol, zu verwenden.
  • Das Trocknen der Zusammensetzung in Schritt c) wird vorzugsweise durch Erwärmeen auf eine Temperatur zwischen 50 °C und 1.000 °C durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird für 1 Minute bis 2 Stunden bei einer Temperatur von 50 °C bis 100 °C getrocknet.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt c) für 1 Sekunde bis 10 Minuten bei einer Temperatur von 100 °C bis 800 °C getrocknet.
  • Das Trocknen des Schrittes c) kann mittels erwärmter Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung, Mikrowellenstrahlung oder elektrisch erzeugter Wärme erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist R in der allgemeinen Formel (Z1)Si(OR)3 des Schrittes d) und/oder f) ein Alkylrest mit 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und/oder 18 Kohlenstoffatomen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) ein zweites Silan der allgemeinen Formel (Z2)zSi(OR)4-2 enthalten, wobei R ein Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist und Z2 HaFbCn ist, wobei a und b ganze Zahlen sind, alle R gleich oder unterschiedlich sein können, a + b = 1 + 2n ist, z = 1 oder 2 ist und n 1 bis 16 ist, oder für den Fall, dass Z1 Gly ist, Z2 Am (Am=3-Aminopropyl) mit z = 1 ist. Vorzugsweise ist n 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 und/oder 16. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R in der allgemeinen Formel (Z2)Si(OR)3 ein Alkylrest mit 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 und/oder 16 Kohlenstoffatomen.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist in der Beschichtung d) und/oder f) 3-Glycidyloxypropyltriethoxysilan und/oder 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan als Silan und/oder 3-Aminopropyltrimethoxysilan und/oder 3-Aminopropyltriethoxysilan und/oder N-2-Aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan (DAMO) als zweites Silan enthalten.
  • Außerdem ist bevorzugt, dass in der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) als Silan Tetraethoxysilan und als zweites Silan ein Silan der Formel (HaFbCn)zSi(OR)4-z enthält, wobei a und b ganze Zahlen sind, a + b = 1 + 2n ist, z 1 oder 2 ist, n 1 bis 16 ist und alle R gleich oder unterschiedlich sein können, wobei vorzugsweise alle R gleich sind und 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten sind.
  • Weiter bevorzugt enthält die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) Tetraethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Octyltriethoxysilan und/oder Hexadecyltrimethoxysilan als Silan und/oder 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-Tridecafluoroctyltriethoxysilan als zweites Silan.
  • Es ist bevorzugt, dass die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) als Initiator eine Säure oder Base, welche vorzugsweise eine wässrige Säure oder Base ist.
  • Außerdem kann die Oberfläche der Oxidpartikel, enthaltend in der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) hydrophob sein. An der Oberfläche der Oxidpartikel der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) sind vorzugsweise an Siliciumatome gebundene organische Reste X1+2nCn vorhanden, wobei n 1 bis 20 ist und X Wasserstoff und/oder Fluor ist. Die organischen Reste können gleich oder unterschiedlich sein. Vorzugsweise ist n 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und/oder 20. Vorzugsweise sind die an Siliziumatome gebundenen Gruppen Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentylgruppen. und/oder Oktylgruppen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind Trimethylsilylgruppen an die Oberfläche der Oxidpartikel gebunden. Die organischen Reste können vorzugsweise abgespalten werden und weiter bevorzugt hydrolysiert werden.
  • Die Oxidpartikel der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) können ausgewählt sein aus den Oxiden von Ti, Si, Zr, Al, Y, Sn, Zn, Ce oder Mischungen derselben enthalten. Vorzugsweise werden die Oxidpartikel der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) unter den Reaktionsbedingungen des Schrittes d) und/oder f) an der Oberfläche der Oxidpartikel teilweise hydrolysiert. Hierbei bilden sich vorzugsweise reaktive Zentren, die mit den organischen Siliciumverbindungen der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) reagieren. Diese organischen Siliciumverbindungen können während der Trocknung des Schrittes e) und/oder g) kovalent an die Oxidpartikel durch z.B. -O-Bindungen gebunden werden. Es werden hierdurch die Oxidpartikel mit der aushärtenden Beschichtung kovalent vernetzt. Deshalb kann die Schichtdicke der aushärtenden Beschichtung überraschenderweise weiter gesteigert werden.
  • Die Oxidpartikel können eine mittlere Partikelgröße von 10 bis 1.000 nm, vorzugsweise von 20 bis 500 nm, weiter bevorzugt von 30 bis 250 nm aufweisen. Falls die Beschichtung transparent und/oder farblos sein soll, so werden vorzugsweise nur Oxidpartikel verwendet, die eine mittlere Partikelgröße von 10 bis 250 nm aufweisen. Die mittlere Partikelgröße bezieht sich auf die Partikelgröße der Primärpartikel oder, falls die Oxide als Agglomerate vorliegen, auf die Größe der Agglomerate. Die Partikelgröße wird durch lichtstreuende Methoden bestimmt, beispielsweise durch ein Gerät des Typs HORIBA LB 550° (der Firma Retsch Technology).
  • Als weiteren Bestandteil kann die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) ein Polymer enthalten, welches vorzugsweise ein massenmittleres Molekulargewicht von mindestens 3.000 g/Mol aufweist. Vorzugsweise ist das mittlere massenmittlere Molekulargewicht mindestens 5000 g/Mol, weiter bevorzugt mindestens 6000 g/Mol und am meisten bevorzugt mindestens 10000 g/Mol.
  • Vorzugsweise weist das Polymer, enthalten in der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f), einen mittleren Polymerisationsgrad von mindestens 50 auf. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der mittlere Polymerisationsgrad mindestens 80, weiter bevorzugt mindestens 95 und am meisten bevorzugt mindestens 150. Das Polymer der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) kann ausgewählt werden aus Polyamid, Polyester, Epoxidharz, Melamin-Formaldehyd-Kondensat, Urethan-Polyol-Harz oder Mischungen derselben.
  • Es ist bevorzugt, das in Schritt d) auf das Substrat soviel der Beschichtung aufgebracht wird, dass nach Trocknung in Schritt e) auf dem Substrat eine Schicht der getrockneten jeweiligen Beschichtung mit einer Schichtdicke von 0,05 bis 10 μm vorhanden ist. Vorzugsweise ist auf dem getrockneten Substrat eine Beschichtung des Schrittes d mit einer Schichtdicke von 0,1 μm bis 9 μm, weiter bevorzugt von 0,2 μm bis 8 μm und am meisten bevorzugt von 0,3 μm bis 7 μm vorhanden.
  • Vorzugsweise kann vor dem Aufbringen der Beschichtung in Schritt b), d) und/oder f) mindestens eine zusätzliche Beschichtung aufgebracht werden.
  • Alternativ ist es möglich, dass nach dem Aufbringen der Beschichtung in Schritt b), d) und/oder f) mindestens eine zusätzliche Beschichtung aufgebracht wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Trocknen der Beschichtung des Schrittes e) und/oder g) durch Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 50 °C und 1.000 °C durchgeführt.
  • Das Trocknen der in Schritt e) und/oder g) kann durch jedes Verfahren durchgeführt werden, das dem Fachmann bekannt ist, Insbesondere kann die Trocknung in einem Ofen durchgeführt werden. Weiter bevorzugt ist die Trocknung mit einem Heißluftofen, Umluftofen, Mikrowellenofen oder durch Infrarotbestrahlung. Insbesondere kann vorzugsweise die Trocknung mit den Verfahren und den Trocknungszeiten des Schrittes c) durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise wird in Schritt f) auf das Substrat soviel der weiteren Beschichtung aufgebracht wird, dass nach Trocknung in Schritt g) auf dem Substrat eine Schicht der getrockneten weiteren Beschichtung mit einer Schichtdicke von weniger als 1 μm, weiter bevorzugt von 5 bis 600 nm, insbesondere von 10 bis 500 nm und am meisten bevorzugt von 20 bis 400 nm vorhanden ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Beschichtungsmasse des Schrittes f) ein Verdünnungsmittel. Das Verdünnungsmittel reduziert vorzugsweise die Viskosität der Beschichtungsmasse des Schrittes f) weiter. Das Verdünnungsmittel kann vorzugsweise ausgewählt sein aus aliphatischen Alkoholen, aromatischen Alkoholen, aliphatischen Ketonen, aromatischen Ketonen, aliphatischen Estern, aromatischen Estern, aliphatischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen oder Mischungen derselben. Überraschenderweise wird durch das Verdünnungsmitte die Homogenität der aufgebrachten Beschichtung nach Trocknung weiter verbessert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Beschichtungsmasse des Schrittes d) und/oder f) die antimikrobielle und/oder biozide Substanz ausgewählt aus partikulärem Silber, Silbersalzen, komplexiertem Silber, Zink, Zink-Salzen, komplexiertem Zink oder Mischungen derselben.
  • Das partikuläre Silber in Schritt d) oder f) hat vorzugsweise eine massenmittlere Teilchengröße von 20 nm bis 1000 nm, weiter bevorzugt von 60 nm bis 500 nm und am meisten bevorzugt von 80 nm bis 250 nm.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann vor dem Aufbringen der Beschichtung in Schritt b), d) und/oder f) mindestens eine weitere Beschichtung aufgebracht werden. Diese weitere Beschichtung kann z.B. ein Druck sein. Ein solcher Druck kann mit jedem Druckverfahren aufgebracht werden, das dem Fachmann geläufig ist, insbesondere dem Offset-Druckverfahren, Flexo-Druckverfahren, Tampondruck oder Inkjet-Druckverfahren.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann nach dem Aufbringen der Beschichtung in Schritt d) und/oder f) mindestens eine weitere Beschichtung aufgebracht werden. Diese weitere Beschichtung ist nicht begrenzt und kann jede Beschichtung sein, die dem Fachmann bekannt ist. Insbesondere kann diese Beschichtung auch ein Druck sein. Auch in diesem Fall kann der Druck mit jedem Verfahren, das dem Fachmann geläufig ist, aufgebracht werden, insbesondere dem Offset-Druckverfahren, Flexo-Druckverfahren, Tampondruck und Inkjet-Druckverfahren.
  • Mit dem vorgenannten Verfahren ist ein beschichtetes Substrat erhältlich, welches vorzugsweise eine Tapete ist.
  • Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, ein biozid und/oder antimikrobiell ausgerüstetes Substrat zur Verfügung zu stellen, bei dem die Anzahl an antimikrobieller bzw. biozider Wirksubstanz verringert ist. Insbesondere ist es durch den spezifischen Aufbau des Substrates gelungen, die antimikrobielle und/oder biozide Substanz auf der Oberflächenschicht zu verankern, wobei flexible Substrate, wie z.B. Tapeten erhältlich sind. Es ist überraschend, das durch den Mehrschichtaufbau der vorliegenden Erfindung flexible Substrate hergestellt werden können, bei denen die aufgebrachte Beschichtung bei Krümmung des Substrates um üblicherweise verwendete Radien keine Beschädigung des Substrates auftritt und insbesondere die biozide und/oder mikrobielle Wirkung des Substrates nicht vermindert wird.
  • Beschichtete Substrate der vorliegenden Erfindung zeigen überraschenderweise eine sehr hohe Flexibilität. Falls das Substrat flexibel ist, so kann das Substrat gebogen werden, ohne dass die aufgebrachten Beschichtungen zerstört werden oder einreißen. Insbesondere können somit Beschichtungen auf flexiblen Fliesen oder Tapeten aufgebracht werden, die sich der Oberflächenkontur eines Untergrundes anpassen, ohne dass die Beschichtung nachteilig beeinflusst wird. Als Beschichtung können, wie bereits dargestellt, die unterschiedlichsten Schutzschichten aufgebracht werden, insbesondere Schutzschichten gegenüber aggressiven Chemikalien oder schmutzabweisende Beschichtungen.
  • Es ist außerdem überraschend, dass das beschichtete Substrat der vorliegenden Erfindung wasch- und scheuerfest (DIN EN 259) ist.
    •

Claims (36)

  1. Verfahren zur Beschichtung von Substraten, umfassend die Schritte: a) Bereitstellung eines Substrates, b) Aufbringung einer Zusammensetzung auf mindestens einer Seite des Substrates, wobei die Zusammensetzung eine anorganische Verbindung enthält und die anorganische Verbindung mindestens ein Metall und/oder Halbmetall ausgewählt aus der Gruppe Sc, Y, Ti, Zr, Nb, V, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, In, Tl, Si, Ge, Sn, Zn, Pb, Sb, Bi oder Mischungen derselben und mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Te, Se, S, O, Sb, As, P, N, C, Ga oder Mischungen derselben enthält, c) Trocknen der in Schritt b) aufgebrachten Zusammensetzung, d) Aufbringung mindestens einer Beschichtung auf der mindestens einen Seite des Substrates, auf der in Schritt b) die Zusammensetzung aufgebracht wurde, wobei die Beschichtung ein Silan der allgemeinen Formel (Z1)Si(OR)3, wobei Z1 R, OR oder Gly (Gly=3-Glycidyloxypropyl) ist und R ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und alle R gleich oder unterschiedlich sein können, Oxidpartikel, ausgewählt aus den Oxiden von Ti, Si, Zr, Al, Y, Sn, Zn, Ce oder Mischungen derselben, einen Initiator und optional Zink, Zink-Salze, Zink-Komplexe, Silber, Silber-Salze und/oder komplexiertes Silber enthält, und e) Trocknen der in Schritt d) aufgebrachten Beschichtung, f) Aufbringung mindestens einer weiteren Beschichtung auf der mindestens einen Seite des Substrates, auf der in Schritt d) die Beschichtung aufgebracht wurde, wobei die weitere Beschichtung ein Silan der allgemeinen Formel (Z1)Si(OR)3, wobei Z1 R, OR oder Gly (Gly=3-Glycidyloxypropyl) ist und R ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und alle R gleich oder unterschiedlich sein können, eine antimikrobielle und/oder biozide Substanz, ausgewählt aus Substanzen enthaltend, Zn, Zn-Salze, Zn-Komplexe wie z.B. Zinkacetylacetonat, Zr, Ag, Ag-Salze, Ag-Komplexe, Sn, Sn-Verbindungen, oder Mischungen derselben, und einen Initiator enthält, g) Trocknen der in Schritt f) aufgebrachten weiteren Beschichtung.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in Schritt a) ein flexibles und/oder starres Substrat ist.
  3. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in Schritt a) ein Gewirke, ein Gewebe, ein Geflecht, eine Folie, ein Flächengebilde, ein Vlies und/oder ein Blech ist.
  4. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in Schritt a) bei einer Temperatur größer als 100 °C im Wesentlichen Temperaturstabil ist.
  5. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in Schritt a) unter den Trocknungsbedingungen der Schritte c), e) und (oder) g) im Wesentlichen Temperaturstabil ist.
  6. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Verbindung des Schrittes b) ausgewählt ist aus TiO2, Al2O3, SiO2, ZrO2, Y2O3, BC, SiC, Fe2O3, SiN, SiP, Alumosilicaten, Aluminiumphosphaten, Zeolithen, partiell ausgetauschten Zeolithen oder Mischungen derselben.
  7. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Verbindung des Schrittes b) eine Korngröße von 1 nm bis 10.000 nm aufweist.
  8. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Schrittes b) eine Suspension ist, die vorzugsweise eine wässrige Suspension ist.
  9. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass anorganische Verbindung des Schrittes b) durch Hydrolisieren einer Vorstufe der anorganischen Verbindung enthaltend das Metall und/oder Halbmetall erhalten wird.
  10. Das Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorstufe der anorganischen Verbindung ausgewählt ist aus Metallnitrat, Metallhalogenid, Metallcarbonat, Metallalkoholat, Metall-Acetylacetonat, Halbmetallhalogenid, Halbmetallalkoholat oder Mischungen derselben.
  11. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Schrittes b) einen Initiator enthält.
  12. Das Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator eine Säure oder Base ist, der vorzugsweise eine wässrige Säure oder Base ist.
  13. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Schrittes b) ein Sol ist.
  14. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der Zusammensetzung in Schritt c) durch Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 50 °C und 1000 °C durchgeführt wird.
  15. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) ein zweites Silan der allgemeinen Formel (Z2)zSi(OR)4-z enthält, wobei R ein Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist und Z2 HaFbCn, ist, wobei a und b ganze Zahlen sind, alle R gleich oder unterschiedlich sein können, a + b = 1 + 2n ist, z = 1 oder 2 ist und n 1 bis 16 ist, oder für den Fall, dass Z1 Gly ist, Z2 Am (Am=3-Aminopropyl) mit z = 1 ist.
  16. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) 3-Glycidyloxypropyltriethoxysilan und/oder 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan als Silan und/oder 3-Aminopropyltrimethoxysilan und/oder 3-Aminopropyltriethoxysilan und/oder N-2-Aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan (DAMO) als zweites Silan enthält.
  17. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) als Silan Tetraethoxysilan und als zweites Silan ein Silan der Formel (HaFbCn)zSi(OR)4-z enthält, wobei a und b ganze Zahlen sind, a + b = 1 + 2n ist, z 1 oder 2 ist, n 1 bis 16 ist und alle R gleich oder unterschiedlich sein können, wobei vorzugsweise alle R gleich sind und 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten.
  18. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) Tetraethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Octyltriethoxysilan und/oder Hexadecyltrimethoxysilan als Silan und/oder 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-Tridecafluoroctyltriethoxysilan als zweites Silan enthält.
  19. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) als Initiator eine Säure oder Base enthält, weiche vorzugsweise eine wässrige Säure oder Base ist.
  20. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Oxidpartikel enthalten in der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) hydrophob ist.
  21. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche der Oxidpartikel der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) an Siliziumatome gebundene organische Reste X1+2nCn vorhanden sind, wobei n 1 bis 20 ist und X Wasserstoff und/oder Fluor ist.
  22. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) ein Polymer enthält, welches vorzugsweise ein mittleres massenmittleres Molekulargewicht von mindestens 3000 g/Mol aufweist
  23. Das Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) einen mittleren Polymerisationsgrad von mindestens 50 aufweist.
  24. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer der Beschichtung des Schrittes d) und/oder f) ausgewählt ist aus Polyamid, Polyester, Epoxidharze, Melamin-Formaldehyd-Kondensat, Urethan-Polyol-Harz oder Mischungen derselben.
  25. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) und/oder f) auf das Substrat soviel der Beschichtung aufgebracht wird, dass nach Trocknung in Schritt e) auf dem Substrat eine Schicht der getrockneten Beschichtung mit einer Schichtdicke von 0,05 bis 10 μm vorhanden ist.
  26. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung in Schritt b), d), und/oder f) mindestens eine zusätzliche Beschichtung aufgebracht wird.
  27. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Beschichtung in Schritt b), d) und/oder f) mindestens eine zusätzliche Beschichtung aufgebracht wird.
  28. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der Beschichtung in Schritt e) und/oder g) durch Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 50 °C und 1000 °C durchgeführt wird.
  29. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) auf das Substrat soviel der weiteren Beschichtung aufgebracht wird, dass nach Trocknung in Schritt g) auf dem Substrat eine Schicht der getrockneten weiteren Beschichtung mit einer Schichtdicke von weniger als 1 μm, weiter bevorzugt von 5 bis 600 nm, insbesondere von 10 bis 500 nm und am meisten bevorzugt von 20 bis 400 nm vorhanden ist.
  30. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtungsmasse des Schrittes f) ein Verdünnungsmittel enthaften ist.
  31. Das Verfahren gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdünnungsmittel ausgewählt ist aus aliphatischen Alkoholen, aromatischen Alkoholen, aliphatischen Ketonen, aromatischen Ketonen, aliphatischen Estern, aromatischen Estern, aliphatischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen oder Mischungen derselben.
  32. Das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtungsmasse des Schrittes d) und/oder f) die antimikrobielle und/oder biozide Substanz ausgewählt ist aus partikulärem Silber, Silber-Salzen, komplexiertem Silber, Zink, Zink-Salzen, komplexiertem Zink oder Mischungen derselben.
  33. Das Verfahren gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das partikuläre Silber eine massenmittlere Teilchengröße von 20 nm bis 1000 nm, weiter bevorzugt von 60 nm bis 500 nm und am meisten bevorzugt von 80 nm bis 500 nm aufweist.
  34. Ein beschichtetes Substrat, erhältlich nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 33.
  35. Das Substrat gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Substrat eine Tapete ist.
  36. Verwendung des beschichteten Substrates gemäß Anspruch 34 als Tapete.
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