DE19860137A1 - Process for the production of an ultraphobic surface based on structured aluminum - Google Patents
Process for the production of an ultraphobic surface based on structured aluminumInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ultraphoben Oberfläche auf Aluminium als Trägermaterial sowie die Verwendung dieser Oberfläche. Bei dem Verfahren wird die Oberfläche eines Aluminiumsubstrats mit einer periodischen Mikrostruktur mit einer Tiefe von 1 bis 1000 µm versehen, die Oberfläche anschließend, insbesondere durch anodische Oxidation eloxiert, gegebenenfalls in heißem Wasser behandelt, bei einer Temperatur von 400 bis 500°C kalziniert, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einer hydrophoben oder insbesondere oleophoben Beschichtung versehen.The present invention relates to a method for producing an ultraphobic Surface on aluminum as a carrier material and the use of this Surface. In the process, the surface of an aluminum substrate is covered a periodic microstructure with a depth of 1 to 1000 microns, the Surface then anodized, in particular by anodic oxidation, optionally treated in hot water, at a temperature of 400 to 500 ° C. calcined, optionally coated with an adhesion promoter layer and then with a hydrophobic or in particular oleophobic coating Mistake.
Ultraphobe Oberflächen zeichnen sich dadurch aus, daß der Kontaktwinkel eines Tropfens einer Flüssigkeit, in der Regel Wasser, der auf der Oberfläche liegt, deut lich mehr als 90° beträgt und daß der Abrollwinkel 10° nicht überschreitet.Ultraphobic surfaces are characterized in that the contact angle of a Drop of a liquid, usually water, on the surface Lich is more than 90 ° and that the roll angle does not exceed 10 °.
Ultraphobe Oberflächen mit einem Randwinkel < 150° und dem oben genannten Abrollwinkel haben einen sehr hohen technischen Nutzen, weil sie z. B. mit Wasser aber auch mit Öl nicht benetzbar sind, Schmutzpartikel an diesen Oberflächen nur sehr schlecht anhaften und diese Oberflächen selbstreinigend sind. Unter Selbstreinigung wird hier die Fähigkeit der Oberfläche verstanden, der Oberfläche anhaftende Schmutz- oder Staubpartikel leicht an Flüssigkeiten abzugeben, die die Oberfläche überströmen.Ultraphobic surfaces with a contact angle <150 ° and the above Roll-off angles have a very high technical benefit because they are e.g. B. with water but are also not wettable with oil, only dirt particles on these surfaces adhere very poorly and these surfaces are self-cleaning. Under Self-cleaning is understood here as the ability of the surface, the surface adhering dirt or dust particles easily to liquids that the Overflow surface.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, solche ultraphoben Oberflächen zur Ver fügung zu stellen. So wird in der EP 476 510 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer ultraphoben Oberfläche offenbart, bei dem ein Metalloxidfilm auf eine Glasfläche aufgebracht und dann unter Verwendung eines Ar-Plasmas geätzt wird. Die mit diesem Verfahren hergestellten Oberflächen haben jedoch den Nachteil, daß der Kontaktwinkel eines Tropfens, der auf der Oberfläche liegt, weniger als 150° beträgt.There has been no shortage of attempts to Ver such ultraphobic surfaces to provide. For example, EP 476 510 A1 describes a method for producing a Ultraphobic surface reveals a metal oxide film on a glass surface applied and then etched using an Ar plasma. With Surfaces produced by this method, however, have the disadvantage that the Contact angle of a drop lying on the surface is less than 150 °.
Auch in der US 5 693 236 werden mehrere Verfahren zur Herstellung von ultra phoben Oberflächen gelehrt, bei denen Zinkoxid Mikronadeln mit einem Bindemittel auf eine Oberfläche gebracht werden und anschließend auf unterschiedliche Art (z. B. durch Plasmabehandlung) teilweise freigelegt werden. Die so strukturierte Ober fläche wird anschließend mit einem wasserabweisenden Mittel beschichtet. Auf diese Weise strukturierte Oberflächen weisen jedoch ebenfalls nur Kontaktwinkel um bis 150° auf.US Pat. No. 5,693,236 also describes several processes for the production of ultra taught phobic surfaces where zinc oxide microneedles with a binder placed on a surface and then in different ways (e.g. partially exposed by plasma treatment). The so structured waiter The surface is then coated with a water repellent. To this Wise structured surfaces also only have contact angles of up to 150 ° on.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ultraphobe Oberflächen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfügung zu stellen, die einen Kontaktwinkel ≧ 150°, sowie bevorzugt einen Abrollwinkel ≦ 10° aufweisen.The task is therefore to deliver ultraphobic surfaces and a process their manufacture to provide a contact angle ≧ 150 °, as well preferably have a roll angle ≦ 10 °.
Als Abrollwinkel wird hier der Neigungswinkel einer grundsätzlich planaren aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden, bei dem ein stehender Wassertropfen des Volumens 10 µl aufgrund der Schwerkraft bewegt wird, wenn die Oberfläche geneigt wird.However, the angle of inclination of a basically planar is used as the roll angle here structured surface understood against the horizontal, in which a standing Water droplets of 10 µl volume are moved due to gravity when the Surface is inclined.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer ultraphoben Oberfläche auf Aluminium als Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eines Aluminiumsubstrats mit einer periodischen Mikrostruktur mit einer Rauhtiefe von 1 bis 1000 µm, vorzugsweise von 60 bis 600 µm, versehen wird, die Oberfläche anschließend, insbesondere durch anodische Oxidation eloxiert, gegebenenfalls in heißem Wasser behandelt, bei einer Temperatur von 400 bis 500°C kalziniert, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einer hydrophoben oder insbesondere oleophoben Beschichtung versehen wird. The object is achieved by providing a method for Manufacture of an ultraphobic surface on aluminum as a carrier material characterized in that the surface of an aluminum substrate with a periodic Microstructure with a roughness depth of 1 to 1000 microns, preferably from 60 to 600 µm, is provided, then the surface, in particular by anodic Oxidation anodized, optionally treated in hot water, at one temperature calcined from 400 to 500 ° C, optionally with an adhesion promoter layer coated and then with a hydrophobic or in particular oleophobic Coating is provided.
Der Formkörper, der mit der erfindungsgemäßen Oberfläche versehen werden soll, besteht entweder insgesamt aus Aluminium oder hat eine Oberfläche aus diesem Material. Aluminium im Sinne der Erfindung bedeutet nicht nur reines Aluminium sondern auch Legierungen, in denen der Aluminium Anteil < 80 Gew-%, vorzugsweise < 90 Gew-% und ganz besonders bevorzugt ≧ 97% ist.The shaped body which is to be provided with the surface according to the invention consists either entirely of aluminum or has a surface made of this Material. Aluminum in the sense of the invention does not only mean pure aluminum but also alloys in which the aluminum content is <80% by weight, is preferably <90% by weight and very particularly preferably ≧ 97%.
Diese Aluminium-Oberfläche wird zunächst mit einer künstlichen Mikrostruktur versehen. Eine künstliche Mikrostruktur im Sinne der Erfindung weist Vertiefungen und/oder Erhebungen auf, deren Tiefe bzw. Höhe und ggf. deren Abstand voneinander in einem Bereich von 1 bis 1000 µm liegt. Um diese gewünschte Oberflächenstruktur bereits bei der Herstellung eines Formkörpers zu schaffen, können die Formkörper von vornherein in Formen hergestellt werden, die das Negativ der gewünschten Oberflächenstrukturen aufweisen. Die künstlichen Mikrostrukturen können aber auch durch mechanische Bearbeitung hergestellt oder eingebrannt werden. Vorzugsweise weisen die Mikrostrukturen Rillen auf, die eine beliebige Querschnittsform haben können. Ebenfalls bevorzugt sind diese Rillen näherungsweise parallel, bilden also eine Schar von Rillen und weisen vorzugsweise einen Abstand zwischen 50 µm und 900 µm auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rillen 60 bis 600 µm, besonders bevorzugt 100 bis 300 µm tief. Ebenfalls bevorzugt ist in der Aluminiumoberfläche eine Mikrostruktur mit zwei oder mehr sich kreuzenden Scharen von Rillen erzeugt, wobei die Rillen einer jeweiligen Schar im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, die in zumindest zwei Richtungen und in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sein können.This aluminum surface is first made with an artificial microstructure Mistake. An artificial microstructure in the sense of the invention has depressions and / or surveys, their depth or height and possibly their distance from each other in a range of 1 to 1000 microns. To this desired To create surface structure already during the production of a shaped body, can be made from the outset in molds that the Negative of the desired surface structures. The artificial ones However, microstructures can also be produced by mechanical processing or be branded. The microstructures preferably have grooves, one can have any cross-sectional shape. These grooves are also preferred approximately parallel, thus forming a family of grooves and preferably have a distance between 50 microns and 900 microns. In a preferred one In one embodiment, the grooves are 60 to 600 μm, particularly preferably 100 to 300 µm deep. A microstructure is also preferred in the aluminum surface creates two or more intersecting sets of grooves, the grooves one respective coulter are arranged substantially parallel to each other, which in at least two directions and at any angle to each other could be.
Erfindungswesentlich ist, daß die mit der künstlichen Oberflächenstruktur versehene Oberfläche eloxiert wird. Das Eloxieren erfolgt z. B. durch eine allgemein übliche, dem Fachmann geläufige anodische Oxidation, wie sie z. B. von Georg Wießmeier "Monolithische Mikrostruktur-Reaktoren mit Mikroströmungskanälen und regelmäßigen Mesoporensystemen für selektive, heterogene katalysierte Gasphasenreaktionen", Shaker Verlag, Aachen, 1997, S. 181-186 beschrieben wird. Diese Literaturstelle wird hiermit als Referenz eingeführt und ist somit Teil der Offenbarung.It is essential to the invention that the one provided with the artificial surface structure Surface is anodized. The anodizing is done e.g. B. by a common, anodic oxidation familiar to the expert, as z. B. by Georg Wießmeier "Monolithic microstructure reactors with microflow channels and regular mesopore systems for selective, heterogeneous catalyzed Gas phase reactions ", Shaker Verlag, Aachen, 1997, pp. 181-186. This reference is hereby introduced as a reference and is therefore part of the Epiphany.
Nach dem Eloxieren wird die Aluminium Oberfläche gegebenenfalls mit heißem Wasser oder Wasserdampf behandelt (gesealt). Dafür wird die Oberfläche heißem Wasser oder Wasserdampf ausgesetzt. Vorzugsweise hat das Wasser oder der Wasserdampf eine Temperatur von 90 bis 100°C. Ebenfalls bevorzugt wird die Oberfläche 300 bis 1000 Sekunden, ganz besonders bevorzugt 500 bis 800 Sekunden mit heißem Wasser gesealt. Nach der Behandlung mit heißem Wasser oder Wasserdampf wird die Probe vorzugsweise bei einem bevorzugten Temperaturbereich von 70 bis 90°C vorzugsweise 40 bis 80 Minuten getrocknet.After anodizing, the aluminum surface may be hot Water or steam treated (sealed). The surface gets hotter Exposed to water or water vapor. Preferably the water or Water vapor has a temperature of 90 to 100 ° C. The is also preferred Surface 300 to 1000 seconds, most preferably 500 to 800 seconds sealed with hot water. After treatment with hot water or Water vapor is preferred at a preferred sample Temperature range of 70 to 90 ° C preferably dried 40 to 80 minutes.
Der Fachmann weiß, daß die Heißwasserbehandlung auch mit einem Wasser/Lösungsmittel-Gemisch durchgeführt werden kann, wobei die Oberfläche dann vorzugsweise dem Dampfgemisch ausgesetzt wird.The expert knows that the hot water treatment with a Water / solvent mixture can be carried out, the surface then preferably exposed to the steam mixture.
Erfindungswesentlich wird die eloxierte Aluminium-Oberfläche nach dem Eloxieren kalziniert. Das Kalzinieren erfolgt vorzugsweise bei 400 bis 500°C in der Gegenwart von Luft. Die Kalzinierungsdauer beträgt vorzugsweise 4 bis 8 Stunden.Essential to the invention is the anodized aluminum surface after anodizing calcined. The calcination is preferably carried out at 400 to 500 ° C in the presence of air. The calcining time is preferably 4 to 8 hours.
Nach dem Kalzinieren werden die so erhaltenen Oberflächen mit einem hydrophoben oder insbesondere oleophoben Überzug versehen.After calcining, the surfaces thus obtained are coated with a hydrophobic or in particular provide an oleophobic coating.
Ein hydrophobes Material im Sinne der Erfindung ist ein Material, das auf einer ebenen nicht strukturierten Oberfläche einen Randwinkel bezogen auf Wasser von größer als 90° zeigt.A hydrophobic material in the sense of the invention is a material that is based on a flat unstructured surface a contact angle related to water of shows greater than 90 °.
Ein oleophobes Material im Sinne der Erfindung ist ein Material, das auf einer ebenen nicht strukturierten Oberfläche einen Randwinkel bezogen auf langkettige n- Alkane, wie n-Decan von größer als 90° zeigt. An oleophobic material in the sense of the invention is a material based on a flat, non-structured surface, a contact angle related to long-chain n- Alkanes, as shown by n-decane greater than 90 °.
Bevorzugt weist die ultraphobe Oberfläche eine Beschichtung mit einem hydrophoben Phobierungshilfsstoff, insbesondere einer anionischen, kationischen, amphoteren oder nichtionischen, grenzflächenaktiven Verbindung auf.The ultraphobic surface preferably has a coating with a hydrophobic phobicization aid, in particular an anionic, cationic, amphoteric or nonionic, surface-active compound.
Als Phobierungshilfsmittel sind grenzflächenaktive Verbindungen mit beliebiger Molmasse anzusehen. Bei diesen Verbindungen handelt es sich bevorzugt um kationische, anionische, amophotere oder nichtionische grenzflächenaktive Ver bindungen, wie sie z. B. im Verzeichnis "Surfactants Europa, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Edited by Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge, 1995 aufgeführt werden.Surfactant compounds with any desired are used as phobicization aids Molecular mass to look at. These compounds are preferably cationic, anionic, amophotere or nonionic surfactant Ver bindings such as B. in the directory "Surfactants Europe, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Edited by Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge, 1995.
Als anionische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise zu nennen: Alkylsulfate, Ethersulfate, Ethercarboxylate, Phosphatester, Sulfosucinate, Sulfosuccinatamide, Paraffinsulfonate, Olefinsulfonate, Sarcosinate, Isothionate, Taurate und Lingninische Verbindungen.The following may be mentioned as anionic phobing aids: alkyl sulfates, Ether sulfates, ether carboxylates, phosphate esters, sulfosucinates, sulfosuccinatamides, Paraffin sulfonates, olefin sulfonates, sarcosinates, isothionates, taurates and Lingnian connections.
Als kationische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise quarternäre Alkyl ammoniumverbindungen und Imidazole zu nennen.Quaternary alkyl, for example, are cationic phobing aids to name ammonium compounds and imidazoles.
Amphotere Phobierungshilfsmittel sind zum Beispiel Betaine, Glycinate, Propionate und Imidazole.Amphoteric phobicization aids are, for example, betaines, glycinates, propionates and imidazole.
Nichtionische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise: Alkoxylate, Alkyloamide, Ester, Aminoxide und Alkypolyglykoside. Weiterhin kommen in Frage: Um setzungsprodukte von Alkylenoxiden mit alkylierbaren Verbindungen, wie z. B. Fett alkoholen, Fettaminen, Fettsäuren, Phenolen, Alkylphenolen, Arylalkylphenolen, wie Styrol-Phenol-Kondensate, Carbonsäureamiden und Harzsäuren.Nonionic phobicization aids are, for example: alkoxylates, alkyloamides, Esters, amine oxides and alkypolyglycosides. The following are also possible: Um Settlement products of alkylene oxides with alkylatable compounds, such as. B. fat alcohols, fatty amines, fatty acids, phenols, alkylphenols, arylalkylphenols, such as Styrene-phenol condensates, carboxamides and resin acids.
Besonders bevorzugt sind Phobierungshilfsmittel bei denen 1 bis 100%, besonders bevorzugt 60 bis 95% der Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert sind. Phobicization auxiliaries are particularly preferred in which 1 to 100%, particularly preferably 60 to 95% of the hydrogen atoms are substituted by fluorine atoms.
Beispielhaft seien perfluoriertes Alkylsulfat, perfluorierte Alkylsulfonate, per fluorierte Alkylphosphonate, perfluorierte Alkylphosphinate und perfluorierte Carbonsäuren genannt.Examples include perfluorinated alkyl sulfate, perfluorinated alkyl sulfonates, per fluorinated alkyl phosphonates, perfluorinated alkyl phosphinates and perfluorinated Called carboxylic acids.
Bevorzugt werden als polymere Phobierungshilfsmittel zur hydrophoben Be schichtung oder als polymeres hydrophobes Material für die Oberfläche Ver bindungen mit einer Molmasse Mw < 500 bis 1.000.000, bevorzugt 1000 bis 500.000 und besonders bevorzugt 1500 bis 20.000 eingesetzt. Diese polymeren Phobierungs hilfsmittel können nichtionische, anionische, kationische oder amphotere Ver bindungen sein. Ferner können diese polymeren Phobierungshilfsmittel Homo- und Copolymerisate, Pfropf- und Pfropfcopolymerisate sowie statistische Blockpolymere sein.Compounds with a molecular weight M w <500 to 1,000,000, preferably 1000 to 500,000 and particularly preferably 1500 to 20,000 are preferably used as polymeric phobicization aids for hydrophobic coating or as polymeric hydrophobic material for the surface. These polymeric phobicization aids can be nonionic, anionic, cationic or amphoteric compounds. Furthermore, these polymeric phobicization auxiliaries can be homopolymers and copolymers, graft and graft copolymers and random block polymers.
Besonders bevorzugte polymere Phobierungshilfsmittel sind solche vom Typ AB-, BAB- und ABC-Blockpolymere. In den AB- oder BAB-Blockpolymeren ist das A- Segment ein hydrophiles Homopolymer oder Copolymer, und der B-Block ein hy drophobes Homopolymer oder Copolymer oder ein Salz davon.Particularly preferred polymeric auxiliaries are those of the AB-, BAB and ABC block polymers. In the AB or BAB block polymers, the A- Segment is a hydrophilic homopolymer or copolymer, and the B block is a hy drophobic homopolymer or copolymer or a salt thereof.
Besonders bevorzugt sind auch anionische, polymere Phobierungshilfsmittel, insbe sondere Kondensationsprodukte von aromatischen Sulfonsäuren mit Formaldehyd und Alkylnaphthalinsulfonsäuren oder aus Formaldehyd, Naphthalinsulfonsäuren und/oder Benzolsulfonsäuren, Kondensationsprodukte aus gegebenenfalls sub stituiertem Phenol mit Formaldehyd und Natriumbisulfit.Anionic, polymeric phobicizing aids are also particularly preferred special condensation products of aromatic sulfonic acids with formaldehyde and alkylnaphthalenesulfonic acids or from formaldehyde, naphthalenesulfonic acids and / or benzenesulfonic acids, condensation products from optionally sub substituted phenol with formaldehyde and sodium bisulfite.
Weiterhin bevorzugt sind Kondensationsprodukte, die durch Umsetzung von Naphtholen mit Alkanolen, Anlagerungen von Alkylenoxid und mindestens teil weiser Überführung der terminalen Hydroxygruppen in Sulfogruppen oder Halbester der Maleinsäure und Phthalsäure oder Bernsteinsäure erhältlich sind. Also preferred are condensation products which are obtained by reacting Naphthols with alkanols, additions of alkylene oxide and at least some wise conversion of the terminal hydroxyl groups into sulfo groups or half esters the maleic acid and phthalic acid or succinic acid are available.
In einer anderen bevorzugten Ausführung ist das Phobierungshilfsmittel aus der Gruppe der Sulfobernsteinsäureester sowie Alkylbenzolsulfonate. Weiterhin bevorzugt sind sulfatierte, alkoxylierte Fettsäuren oder deren Salze. Als alkoxylierte Fettsäurealkohole werden insbesondere solche mit 5 bis 120, mit 6 bis 60, ganz besonders bevorzugt mit 7 bis 30 Ethylenoxideinheiten versehene C6-C22-Fettsäure alkohole, die gesättigt oder ungesättigt sind, insbesondere Stearylalkohol, verstanden. Die sulfatierten alkokylierten Fettsäurealkohole liegen vorzugsweise als Salz, insbesondere als Alkali- oder Aminsalze, vorzugsweise als Diethylaminsalz vor.In another preferred embodiment, the phobicization aid is from the group of the sulfosuccinic acid esters and alkylbenzenesulfonates. Sulfated, alkoxylated fatty acids or their salts are also preferred. Alkoxylated fatty acid alcohols are understood in particular to be those with 5 to 120, with 6 to 60, very particularly preferably with 7 to 30 ethylene oxide units, C 6 -C 22 fatty acid alcohols which are saturated or unsaturated, in particular stearyl alcohol. The sulfated alkoxylated fatty acid alcohols are preferably present as a salt, in particular as alkali or amine salts, preferably as a diethylamine salt.
Um die Haftung des hydrophoben oder oleophoben Überzugs auf der Oberfläche zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche zunächst einmal mit einer Haftvermittlerschicht zu beschichten. Zwischen der Oberfläche und dem hydrophoben oder oleophoben Überzug wird deshalb gegebenenfalls eine Haftvermittlerschicht aufgebracht. Als Haftvermittler kommt prinzipiell jede dem Fachmann geläufige Substanz in Frage, die die Bindung zwischen der Oberfläche und dem jeweiligen hydrophoben oder oleophoben Überzug erhöht. Bevorzugte Haftvermittler, z. B. für Thiole als hydrophober Überzug, sind Edelmetallschichten z. B. aus Au, Pt oder Ag oder solche aus GaAs, insbesondere aus Gold. Die Schichtdicke der Haftvermittlerschicht beträgt bevorzugt von 10 bis 100 nm. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ultraphobe Oberflächen hergestellt werden, bei denen der Kontaktwinkel eines Tropfens, der auf der Oberfläche liegt, ≧ 155° beträgt. Gegenstand der Erfindung sind deshalb auch die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen ultraphoben Oberflächen.To ensure the adhesion of the hydrophobic or oleophobic coating to the surface improve, it can be advantageous to start with a surface Coating adhesive layer. Between the surface and the A hydrophobic or oleophobic coating may therefore become one Adhesion promoter layer applied. In principle, everyone comes to that as an adhesion promoter Expert in common substance in question, the bond between the surface and the respective hydrophobic or oleophobic coating is increased. Preferred Adhesion promoter, e.g. B. for thiols as a hydrophobic coating are precious metal layers e.g. B. made of Au, Pt or Ag or those made of GaAs, especially gold. The Layer thickness of the adhesion promoter layer is preferably from 10 to 100 nm. With the method according to the invention, ultraphobic surfaces can be produced where the contact angle of a drop lying on the surface ≧ 155 °. The invention therefore also relates to the Ultraphobic surfaces obtained by the method according to the invention.
Diese ultraphoben Oberflächen haben unter anderem den Vorteil, daß sie selbstreinigend sind, wobei die Selbstreinigung dadurch erfolgen kann, daß die Oberfläche von Zeit zu Zeit Regen oder bewegtem Wasser ausgesetzt wird. Durch die ultraphobe Oberfläche rollen die Wassertropfen auf der Oberfläche ab und Schmutzpartikel, die auf der Oberfläche nur sehr schlecht haften, lagern sich an der Oberfläche der abrollenden Topfen ab und werden somit von der ultraphoben Oberfläche entfernt. Diese Selbstreinigung wirkt nicht nur bei Kontakt mit Wasser sondern auch mit Öl.One of the advantages of these ultraphobic surfaces is that they are self-cleaning, the self-cleaning can be done in that the Surface is exposed to rain or moving water from time to time. By the ultraphobic surface the water drops roll on the surface and Dirt particles that adhere very poorly to the surface attach to the Surface of the rolling curd off and are thus from the ultraphobic Surface removed. This self-cleaning does not only work when it comes into contact with water but also with oil.
Für die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Oberfläche gibt es eine
Vielzahl von technischen Verwendungsmöglichkeiten. Beansprucht werden deshalb
auch die folgenden Anwendungen der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten ultraphoben Oberflächen:
Mit der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten ultraphoben Oberfläche
können Schiffsrümpfe beschichtet werden, um deren Reibungswiderstand zu
reduzieren.There are a large number of possible technical uses for the surface produced using the method according to the invention. The following applications of the ultraphobic surfaces produced by the process according to the invention are therefore also claimed:
With the ultraphobic surface produced by the method according to the invention, ship hulls can be coated in order to reduce their frictional resistance.
Eine weitere Anwendung der ultraphoben Oberfläche ist die Behandlung von Oberflächen, auf denen kein Wasser anhaften soll, um Vereisung zu vermeiden. Beispielhaft seien hier die Oberflächen von Wärmetauschern z. B. in Kühlschränken oder die Oberflächen von Flugzeugen genannt.Another application of the ultraphobic surface is the treatment of Surfaces on which no water should adhere to prevent icing. Examples are the surfaces of heat exchangers such. B. in refrigerators or called the surfaces of airplanes.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Oberflächen eignen sich außerdem zur Anbringung an Hausfassaden, Dächern, Denkmälern, um diese selbstreinigend zu machen.The surfaces produced using the method according to the invention are suitable also for attachment to house facades, roofs, monuments, around them to make self-cleaning.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Werkstoff oder Baustoff aufweisend eine erfindungsgemäße ultraphobe Oberfläche.The invention also relates to a material or building material comprising a ultraphobic surface according to the invention.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen ultraphoben Oberfläche zur reibungsvermindernden Auskleidung von Fahrzeugkarosserien, Flugzeug- oder Schiffsrümpfen.Another object of the invention is the use of the invention ultraphobic surface for the friction reducing lining of Vehicle bodies, aircraft or ship hulls.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen ultraphoben Oberfläche als selbstreinigende Beschichtung oder Beplankung von Bauten, Dächern, Fenstern, keramischem Baumaterial, z. B. für Sanitäranlagen, Haushaltsgeräte. The invention also relates to the use of the invention ultraphobic surface as self-cleaning coating or planking of Buildings, roofs, windows, ceramic building materials, e.g. B. for sanitary facilities, Domestic appliances.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen ultraphoben Oberfläche als rostschützende Beschichtung von Metallgegenständen.The invention also relates to the use of the invention ultraphobic surface as a rust-protecting coating of metal objects.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen näher erläutert.The method according to the invention is described in more detail below with the aid of examples explained.
In eine 0,3 mm Dicke Aluminiumfolie werden parallele Rillen mit einer Tiefe von 0,2 mm geritzt. Der Abstand der Mittelachsen der Rillen zueinander beträgt 0,3 mm. Die Rillen haben einen quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge von 0,1 mm.In a 0.3 mm thick aluminum foil, parallel grooves with a depth of 0.2 mm scratched. The distance between the center axes of the grooves is 0.3 mm. The grooves have a square cross section with an edge length of 0.1 mm.
Die so hergestellte Folie wurde in einer Apparatur bzw. in einem Gestell anodisch Oxidiert (eloxiert), die bei Georg Wießmeier "Monolithische Mikrostruktur- Reaktoren mit Mikroströmungskanälen und regelmäßigen Mesoporensystemen für selektive, heterogene katalysierte Gasphasenreaktionen", Shaker Verlag, Aachen, 1997 auf Seite 181-184 beschrieben ist.The film thus produced was anodized in an apparatus or in a frame Oxidized (anodized), which Georg Wießmeier's "Monolithic Microstructure Reactors with microflow channels and regular mesopore systems for selective, heterogeneous catalyzed gas phase reactions ", Shaker Verlag, Aachen, 1997 on pages 181-184.
Vor der anodischen Oxidation wurde die Folie zunächst einmal mit Tetrachlorethylen entfettet und danach mit deionisiertem Wasser gespült. Die anodische Oxidation erfolgte in 1,5 Gew.-%iger Oxalsäure, die konstant auf 285 K temperiert wurde. Die Anodisierungsspannung betrug 50 V und die Anodisierungsdauer 3 Stunden.Before the anodic oxidation, the film was first covered with tetrachlorethylene degreased and then rinsed with deionized water. The anodic oxidation took place in 1.5 wt .-% oxalic acid, which was constantly heated to 285 K. The Anodizing voltage was 50 V and the anodizing time was 3 hours.
Nach der anodischen Oxidation wurde die Folie bei 450°C in der Gegenwart von Luft 6 Stunden lang kalziniert.After the anodic oxidation, the film was at 450 ° C in the presence of Air calcined for 6 hours.
Das so behandelte Blech wurde mit einer etwa SOnm dicken Goldschicht durch Zerstäubung beschichtet. Dieses Beschichtung entspricht dem Verfahren, das auch für die Präparation in der Elektronenmikroskopie üblich und bei Klaus Wetzig, Dietrich Schulze, "In situ Scanning Electron Microscopy in Material Research", 36-40, Akademie Verlag, Berlin 1995 beschrieben ist. Diese Literaturstelle wird als Referenz eingeführt und gilt somit als Teil der Offenbarung. The sheet treated in this way was covered with an approximately SO nm thick gold layer Atomization coated. This coating corresponds to the process that too usual for preparation in electron microscopy and with Klaus Wetzig, Dietrich Schulze, "In situ Scanning Electron Microscopy in Material Research", 36-40, Akademie Verlag, Berlin 1995 is described. This reference is called Reference introduced and is therefore considered part of the disclosure.
Schließlich wurde die Goldschicht der Probe 24 Stunden lang in einer Lösung von n- Decanthiol in Ethanol (1 g/l) bei Raumtemperatur in einem geschlossenem Gefäß beschichtet, anschließend mit Ethanol gespült und getrocknet.Finally, the gold layer of the sample was placed in a solution of n- Decanethiol in ethanol (1 g / l) at room temperature in a closed vessel coated, then rinsed with ethanol and dried.
Die Oberfläche weist für Wasser einen statischen Randwinkel von ≧ 160° auf. Bei einer Neigung der Oberfläche um < 3° rollt ein Wassertropfen des Volumens 10 µl ab.For water, the surface has a static contact angle of ≧ 160 °. At If the surface is inclined by <3 °, a water drop with a volume of 10 µl rolls from.
Eine Aluminiumfolie wurde gemäß Beispiel 1 eloxiert und kalziniert.An aluminum foil was anodized and calcined according to Example 1.
Die so behandelte Folie wurde 5 Stunden lang bei pH 7 in eine 1gew.-%ige Lösung aus Fluowet PL80 der Firma Clariant getaucht und anschließend mit Wasser gespült und bei 60°C getrocknet.The film thus treated was placed in a 1% by weight solution at pH 7 for 5 hours immersed in Fluowet PL80 from Clariant and then rinsed with water and dried at 60 ° C.
Die Oberfläche weist für Wasser einen statischen Randwinkel von < 160° auf. Bei einer Neigung der Oberfläche um < 3° rollt ein Wassertropfen des Volumens 10 µl ab.For water, the surface has a static contact angle of <160 °. At If the surface is inclined by <3 °, a water drop with a volume of 10 µl rolls from.
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