DE19938551A1

DE19938551A1 - Production of waterproof coatings, e.g. on metals, glass, ceramics or wood, involves coating with thin, nanoscale metal oxide layer from sol and then applying alkyl-trialkoxy-silane by condensation reaction

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Publication number: DE19938551A1
Application number: DE1999138551
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2001-02-22

Abstract

The production of waterproof coatings, involves a 2-stage process in which: (1) a metal oxide layer is applied to a surface by means of a sol; and (2) alkyl-alkoxy-silanes, preferably alkyl-trialkoxy-silanes, are then attached to the metal oxide layer by condensation reactions.

Description

Es wird die Herstellung einer hydrophoben Beschichtung beschrieben, die wahlweise gleichzeitig oleophobe Eigenschaften besitzt.The production of a hydrophobic coating is described, optionally at the same time possesses oleophobic properties.

Das Verfahren ermöglicht die preiswerte Produktion hydrophober und oleophober Beschichtungen auf glatten, geschlossenen oder porösen Oberflächen aus verschiedenen Materialien, wie Metallen, Metalloxiden, keramischen Nichtmetalloxiden, Keramiken, Gläsern, Kunststoffen, Farbanstrichen und Holz.The process enables inexpensive production of hydrophobic and oleophobic coatings smooth, closed or porous surfaces made of different materials, such as metals, Metal oxides, ceramic non-metal oxides, ceramics, glasses, plastics, paints and Wood.

Das Verfahren ist ein 2-Schritt-Verfahren und besteht aus der Kombination der Beschichtung mit einem Metalloxidsol und einer daraus entstehenden nanoskaligen Metalloxidschicht und der nachfolgenden Beschichtung der nanoskaligen Metalloxidschicht mit einem chemisch an die aus dem Sol entstehende Metalloxidschicht und in deren Poren ankoppelnde Organosilanverbindung.The process is a 2-step process and consists of combining the coating with one Metal oxide sol and a resulting nanoscale metal oxide layer and the following Coating of the nanoscale metal oxide layer with a chemically on the resulting from the sol Metal oxide layer and organosilane compound coupling in its pores.

Als Organosilanverbindungen geeignet sind Alkylalkoxysilanverbindungen, besonders geeignet sind kommerziell erhältliche Alkyltrialkoxysilane oder Mischungen, die Alkyltrialkoxyverbindungen enthalten. Verwendet man halogenierte, besonders fluorierte oder perfluorierte Alkyltrialkoxyverbindungen, erhält man Beschichtungen die neben der Hydrophobie zusätzlich Oleophobie aufweisen. Solchermaßen beschichtete Flächen sind gut als tranparente, "selbstreinigende" Oberflächen zu verwenden, wobei unter "Selbstreinigung" vom Verständnis her der Einfluß einer geringen, z. B. durch Wasser verursachten, mechanischen Kraft eingeschlossen sein kann.Alkyl alkoxysilane compounds are suitable as organosilane compounds, and are particularly suitable commercially available alkyl trialkoxysilanes or mixtures containing alkyl trialkoxy compounds. If halogenated, especially fluorinated or perfluorinated alkyl trialkoxy compounds are used, is obtained coatings which, in addition to hydrophobicity, also have oleophobia. In such a way coated surfaces are good to use as transparent, "self-cleaning" surfaces, with under "Self-cleaning" from an understanding of the influence of a small, z. B. caused by water, mechanical force can be included.

Das Aufbringen der Solschicht geschieht durch Auftragen eines sauren Sols oder alkalischen Sols durch Eintauchen, Sprühen oder Wischen auf der Oberfläche des zu behandelnden Substrates und Verfestigen, bzw. Keramisieren des Sols bevorzugt durch Zufuhr von Wärme.The sol layer is applied by applying an acidic sol or alkaline sol Dipping, spraying or wiping on the surface of the substrate to be treated and solidifying, or ceramizing the sol preferably by supplying heat.

Die Sole selbst von Titanoxidhydrat, Zirkonoxidhydrat und Aluminiumoxidhydrat werden hergestellt durch Peptisieren mittels Salzsäure oder Salpetersäure von durch Hydrolyse von hydrolysierbaren Metallverbindungen entstandenen Metalloxidhydratniederschlägen. Alternativ können handelsübliche Lösungen von z. B. Zirkonnitrat verwendet werden. Die Silikasole werden als leicht basische, handelsübliche Lösungen eingesetzt. Alternativ kann auch Kieselsäure verwendet werden.The brine itself of titanium oxide hydrate, zirconium oxide hydrate and aluminum oxide hydrate are produced by Peptize with hydrochloric acid or nitric acid by hydrolysis of hydrolyzable Metal oxide hydrate deposits formed. Alternatively, commercially available Solutions from e.g. B. zirconium nitrate can be used. The silica sols are considered slightly basic, commercial solutions are used. Alternatively, silica can also be used.

Die im Falle der Verwendung von saurem Sol unter Einfluß von thermischer Energie entstehende nur wenige µm dünne, nanoskalige Metalloxidschicht hat gegenüber dem Substrat auf das sie aufgebracht wird, eine im Nanometermaßstab rauhe oder poröse Oberfläche. Die so entstandene Metalloxidschicht trägt auf der Außenfläche und in ihren Poren reaktive Hydroxyd-Gruppen, die mit den reaktiven Gruppen der Alkylalkoxysilanverbindungen erfindungsgemäß Bindungen, vorwiegend durch Kondensation, eingehen. Diese Rauhigkeit der enstehenden Metalloxidschicht, in Verbindung mit der erhöhten Reaktivität der entstehenden Metalloxidschicht, bewirkt erfindungsgemäß eine wesentlich bessere Anbindung der Silane an die Oberfläche der Träger. Die Bindung des einzelnen, aus dem Silan stammenden Si-Atomes erfolgt schematisch derart, daß jeweils zwei Bindungen zu jeweils einem benachbarten, ebenfalls aus Silan stammenden Si-Atom über je ein Sauerstoffatom und jeweils eine Bindung über ein Sauerstoffatom an die Oberfläche der behandelten Schicht besteht. Die jeweils vierte Bindung besteht zum Alkylrest. The only result in the case of the use of acidic sol under the influence of thermal energy A few µm thin, nanoscale metal oxide layer has compared to the substrate to which it is applied is a rough or porous surface on the nanometer scale. The resulting metal oxide layer bears on the outer surface and in their pores reactive hydroxide groups, which with the reactive groups of the According to the invention, alkylalkoxysilane compounds form bonds, predominantly by condensation. This roughness of the resulting metal oxide layer, in conjunction with the increased reactivity of the resulting metal oxide layer, according to the invention brings about a much better binding of the silanes to the surface of the carrier. The binding of the individual Si atom originating from the silane takes place schematically such that two bonds each to an adjacent one, also made of silane originating Si atom via an oxygen atom and a bond via an oxygen atom the surface of the treated layer exists. The fourth bond is to the alkyl radical.

Embodiment

5 g Tetraisopropyltitanat werden mit 7 g Eiswasser versetzt und 30 min. gerührt. Nach Zugabe von 3 g Salpetersäure (25%) wird 1 h weitergerührt und 80 g Wasser zugegeben.5 g of tetraisopropyl titanate are mixed with 7 g of ice water and 30 min. touched. After adding 3 g Nitric acid (25%) is further stirred for 1 h and 80 g of water are added.

Wenige Tropfen des sauren Soles werden auf eine Polypropylenwatte gegeben und auf einer Glasplatte verrieben. Mit einem Heißluftfön wird die Platte etwa 1/2 Minute auf 150-300°C erhitzt, wobei sich eine nanoskalige Titandioxidmembran bildet.A few drops of the acidic brine are placed on a polypropylene wadding and on a glass plate rubbed. The plate is heated to 150-300 ° C for about 1/2 minute using a hot-air dryer forms nanoscale titanium dioxide membrane.

20 ml einer 2% ethanolischen Lösung von Tridecafluorooctyltriethoxysilan wird 20 ml einer 10%-igen Essigsäurelösung zugegeben. Nach etwa 4 Stunden wird diese Lösung auf den kalten Träger aufgesprüht. Nach etwa 30 Minuten ist die Platte zur Prüfung der Eigenschaften verwendungsfähig.20 ml of a 2% ethanolic solution of tridecafluorooctyltriethoxysilane becomes 20 ml of a 10% Acetic acid solution added. After about 4 hours, this solution is sprayed onto the cold carrier. After about 30 minutes, the plate is ready to be used to test the properties.

Claims

1. Production of hydrophobic coatings, characterized in that surfaces are first provided with a metal oxide layer by means of a brine in a 2-stage process and then silanes are bonded to this metal oxide layer by means of a condensation reaction, the silanes being alkylalkoxysilanes, preferably alkyltrialkoxysilanes.

2. Production of hydrophobic and oleophobic coatings according to claim 1, characterized in that in a 2-step process, surfaces are first grown using a brine with a thickness of only a few µm, Nanoscale metal oxide layer and then attached to this metal oxide layer Condensation reaction fluorocarbonsilanes are bound, it being the fluorocarbonsilanes is preferably fluorocarbontrialkoxysilane.

3. Production of hydrophobic and oleophobic coatings according to claim 1 and 2, characterized in that the sol is a metal oxide hydrate peptized with nitric acid or hydrochloric acid, is preferably titanium, zirconium or aluminum.

4. Production of hydrophobic and oleophobic coatings according to claim 1 to 3, characterized in that that the solidification of the acidic brine takes place thermally with evaporation of the peptizing acid.

5. Production of hydrophobic and oleophobic coatings according to claim 1 to 3, characterized in that that the sol is silica sol in a slightly basic environment and the solidification of the emerging, nanoscale metal oxide layer at room temperature or thermally.

6. Production of hydrophobic and oleophobic coatings according to claim 1 to 3, characterized in that that the acidic sol is silica.

7. Production of hydrophobic and oleophobic coatings according to claim 1 to 2, characterized in that that the silanes used are pre-hydrolyzed and prepolymerized before use.