Erhalt des Lotus-Effektes durch Verhinderung des Mikrobenwachstums nach Beschädigung der selbstreinigenden OberflächeMaintaining the lotus effect by preventing microbial growth after damage to the self-cleaning surface
Die vorliegende Erfindung betrifft selbstreinigende Oberflächen, die unter der Verwendung von Reaktivformulierungen antimikrobiell ausgerüstet werden.The present invention relates to self-cleaning surfaces which are given an antimicrobial treatment using reactive formulations.
Gegenstände mit extrem schwer benetzbaren Oberflächen, sogenannte Lotus-Effekt- Oberflächen, weisen eine Reihe von wirtschaftlich bedeutsamen Merkmalen auf, insbesondere sind solche Oberflächen selbstreinigend. So ist die Reinigung von Oberflächen zeit- und kostenintensiv. Selbstreinigende Oberflächen sind somit von höchstem wirtschaftlichen Interesse. Haftmechanismen werden üblicherweise durch grenzflächenenergetische Parameter zwischen den beiden sich berührenden Oberflächen bedingt. In der Regel versuchen dabei die Systeme ihre freie Grenzflächenenergie zu erniedrigen. Liegen die freien Grenzflächenenergien zwischen zwei Komponenten an sich auch schon sehr niedrig, so kann allgemein davon ausgegangen werden, dass die Haftung zwischen diesen beiden Komponenten schwach ausgeprägt ist. Wichtig ist dabei die relative Erniedrigung der freien Grenzflächenenergie. Bei Paarungen mit einer hohen und einer niedrigen Grenzflächenenergie kommt es sehr auf die Möglichkeit der Wechselwirkungen an. So ist es beispielsweise beim Aufbringen von Wasser auf eine hydrophobe Oberfläche nicht möglich, eine merkliche Erniedrigung der Grenzflächenenergie herbeizuführen. Dies ist daran erkennbar, dass die Benetzung schlecht ist. Aufgebrachtes Wasser bildet Tropfen mit sehr großen Kontaktwinkeln. Perfluorierte Kohlenwasserstoffe, z. B. Polytetrafluorethlyen, haben eine sehr niedrige Grenzflächenenergie. Auf solchen Oberflächen haften kaum irgendwelche Komponenten, bzw. auf solchen Oberflächen abgelagerte Komponenten können sehr leicht wieder entfernt werden.Objects with extremely difficult to wet surfaces, so-called lotus effect surfaces, have a number of economically important features, in particular such surfaces are self-cleaning. Cleaning surfaces is time-consuming and costly. Self-cleaning surfaces are therefore of the highest economic interest. Adhesion mechanisms are usually caused by interfacial energy parameters between the two touching surfaces. As a rule, the systems try to lower their free interface energy. If the free interface energies between two components are themselves very low, it can generally be assumed that the adhesion between these two components is weak. What is important here is the relative reduction in the free interface energy. In pairings with a high and a low interfacial energy, the possibility of interactions is very important. For example, when water is applied to a hydrophobic surface, it is not possible to bring about a noticeable reduction in the interfacial energy. This can be seen from the fact that the wetting is poor. Applied water forms drops with very large contact angles. Perfluorinated hydrocarbons, e.g. B. polytetrafluoroethylene, have a very low interfacial energy. Hardly any components adhere to such surfaces, or components deposited on such surfaces can be removed very easily.
Der Einsatz von hydrophoben Materialien, wie perfluorierten Polymeren, zur Herstellung von hydrophoben Oberflächen ist bekannt. Eine Weiterentwicklung dieser Oberflächen besteht darin, die Oberflächen im μm-Bereich bis nm-Bereich zu strukturieren. US PS 5,599,489 offenbart ein Verfahren, bei dem eine Oberfläche durch Beschuss mit Partikeln einer entsprechenden Größe aufgeraut und durch anschließende Perfluorierung besonders abweisend ausgestattet werden kann. Ein anderes Verfahren beschreiben H. Saito et al in
"Service Coatings International" 4, 1997, S. 168 ff. Hier werden Partikel aus Fluorpolymeren auf Metalloberflächen aufgebracht, wobei eine stark erniedrigte Benetzbarkeit der so erzeugten Oberflächen gegenüber Wasser mit einer erheblich reduzierten Vereisungsneigung festgestellt wurde.The use of hydrophobic materials, such as perfluorinated polymers, for the production of hydrophobic surfaces is known. A further development of these surfaces consists in structuring the surfaces in the μm range to the nm range. US Pat. No. 5,599,489 discloses a method in which a surface can be roughened by bombardment with particles of a corresponding size and can be given a particularly repellent finish by subsequent perfluorination. Another method is described by H. Saito et al in "Service Coatings International" 4, 1997, p. 168 ff. Here, particles of fluoropolymers are applied to metal surfaces, with a greatly reduced wettability of the surfaces thus produced against water with a considerably reduced tendency to icing.
In US-PS 3 354 022 und WO 96/04123 sind weitere Verfahren zur Erniedrigung der Benetzbarkeit von Gegenständen durch topologische Veränderungen der Oberflächen beschrieben. Hier werden künstliche Erhebungen bzw. Vertiefungen mit einer Höhe von ca. 5 bis 1 000 μm und einem Abstand von ca. 5 bis 500 μm auf hydrophobe oder nach der Strukturierung hydrophobierte Werkstoffe aufgebracht. Oberflächen dieser Art führen zu einer schnellen Tropfenbildung, wobei die abrollenden Tropfen Schmutzteilchen aufnehmen und somit die Oberfläche reinigen.US Pat. Nos. 3,354,022 and WO 96/04123 describe further methods for reducing the wettability of objects by topological changes in the surfaces. Here, artificial elevations or depressions with a height of approx. 5 to 1,000 μm and a distance of approx. 5 to 500 μm are applied to hydrophobic or hydrophobicized materials after structuring. Surfaces of this type lead to rapid drop formation, the rolling drops picking up dirt particles and thus cleaning the surface.
Dieses Prinzip ist der Natur entlehnt. Kleine Kontaktflächen erniedrigen die Van-der-Waal's- Wechselwirkung, die für die Haftung an ebenen Oberflächen mit niedriger Oberflächenenergie verantwortlich ist. Beispielsweise sind die Blätter der Lotus-Pflanze mit Erhebungen aus einem Wachs versehen, die die Kontaktfläche zu Wasser herabsetzen. WO 00/58410 beschreibt die Strukturen und beansprucht die Ausbildung selbiger durch Aufsprühen von hydrophoben Alkoholen, wie Nonakosan-10-ol, oder Alkandiolen, wie Nonakosan-5,10-diol. Nachteilig hieran ist die mangelhafte mechanische Stabilität der selbstreinigenden Oberflächen und die Tatsache, dass Detergentien zur Ablösung der Struktur führen.This principle is borrowed from nature. Small contact areas reduce the van der Waal's interaction, which is responsible for the adhesion to flat surfaces with low surface energy. For example, the leaves of the lotus plant are provided with raised areas made of wax, which reduce the contact area with water. WO 00/58410 describes the structures and claims the formation thereof by spraying on hydrophobic alcohols, such as nonakosan-10-ol, or alkanediols, such as nonakosan-5,10-diol. The disadvantage here is the poor mechanical stability of the self-cleaning surfaces and the fact that detergents lead to the detachment of the structure.
Eine weitere Methode, leicht reinigbare Oberflächen zu erzeugen, ist in DE 19917367 AI beschrieben. Überzüge auf Basis fluorhaltiger Kondensate sind aber nicht selbstreinigend. Die Kontaktfläche zwischen Wasser und Oberfläche ist zwar reduziert, jedoch nicht in ausreichendem Maße.Another method of producing easily cleanable surfaces is described in DE 19917367 AI. However, coatings based on fluorine-containing condensates are not self-cleaning. The contact area between water and surface is reduced, but not to a sufficient extent.
EP 1 040 874 A2 beschreibt das Abprägen von MikroStrukturen und beansprucht die Verwendung solcher Strukturen in der Analytik (Mikrofluidik). Nachteilig an diesen Strukturen ist die ungenügende mechanische Stabilität.
Trotz ausgezeichneter selbstreinigender Oberflächen ist die Besiedlung und Ausbreitung von Bakterien auf Oberflächen, z. B. von Rohrleitungen und Behältern oder Verpackung möglich, ganz besonders dann, wenn Beschädigungen der selbstreinigenden Oberfläche vorliegen. Besiedlungen mit Mikroorganismen sind aber im hohen Maße unerwünscht, da sie die Selbstreinigung erschweren, wenn nicht gar vollständig zurückdrängen. Es bilden sich häufig Schleimschichten, die die Mikrobenpopulationen extrem ansteigen lassen, die z. B. Wasser-, Getränke- und Lebensmittelqualitäten nachträglich beeinträchtigen und sogar zum Verderb der Ware sowie zur gesundheitlichen Schädigung der Verbraucher fuhren können.EP 1 040 874 A2 describes the stamping of microstructures and claims the use of such structures in analysis (microfluidics). The disadvantage of these structures is the insufficient mechanical stability. Despite excellent self-cleaning surfaces, the colonization and spread of bacteria on surfaces, e.g. B. of pipes and containers or packaging possible, especially if there is damage to the self-cleaning surface. Colonization with microorganisms is highly undesirable because it makes self-cleaning difficult, if not completely suppressed. Mucus layers are often formed, which can extremely increase the microbial populations, e.g. B. subsequently affect water, beverage and food qualities and can even lead to spoilage of the goods and damage to the health of consumers.
Aus allen Lebensbereichen, in denen Hygiene von Bedeutung ist, sind Bakterien fernzuhalten. Davon betroffen sind Möbel und Geräteoberflächen ebenso wie Abtrennvorrichtungen zum Schutz der Intimsphäre, sowie Wand- und Abgrenzungsoberflächen im sanitären Bereich.Bacteria must be kept away from all areas of life where hygiene is important. This affects furniture and device surfaces as well as partitioning devices to protect the privacy, as well as wall and boundary surfaces in the sanitary area.
Gegenwärtig werden Geräteoberflächen von Möbeln und Textilien gegen Bakterien im Bedarfsfall oder vorsorglich mit Chemikalien oder anderen Lösungen sowie Mischungen behandelt, die als Desinfektionsmittel mehr oder weniger breit und massiv antimikrobiell wirken. Solche chemischen Mittel wirken unspezifisch, sind häufig selbst toxisch oder reizend und können gesundheitlich bedenkliche Abbauprodukte bilden. Häufig zeigen sich auch Unverträglichkeiten bei entsprechend sensibilisierten Personen.Device surfaces of furniture and textiles against bacteria are currently being treated as necessary or as a precautionary measure with chemicals or other solutions and mixtures that act as a disinfectant to a greater or lesser extent and have a massive antimicrobial effect. Such chemical agents have a non-specific effect, are often themselves toxic or irritating and can form degradation products which are harmful to health. Often, intolerances also appear in people who are appropriately sensitized.
Trotz wasserabweisenden Oberflächen kommt es zuweil zu Algenbewuchs auf Außenflächen von Gebäuden, die mit solchen wasserabweisenden Kunststoffoberflächen ausgerüstet sind. Neben dem unerwünschten optischen Eindruck kann unter Umständen auch die Funktion entsprechender Bauteile vermindert werden. In diesem Zusammenhang ist z. B. an eine Veralgung von photovoltaisch funktionellen Flächen zu denken. Zudem geht der wasserabweisende bzw. selbstreinigende Effekt mit zunehmendem Algenbewuchs verloren.Despite water-repellent surfaces, algae on the outer surfaces of buildings that are equipped with such water-repellent plastic surfaces sometimes occur. In addition to the undesirable visual impression, the function of corresponding components can also be reduced under certain circumstances. In this context, e.g. B. to think of algae growth of photovoltaic functional areas. In addition, the water-repellent or self-cleaning effect is lost with increasing algae growth.
Eine weitere Form der mikrobiellen Verunreinigung, für die es bis heute ebenfalls keine technisch zufriedenstellende Lösung gibt, ist der Befall von Oberflächen durch Pilze. So stellt z. B. der Befall von Fugen und Wänden in Feuchträumen mit AspergiUus niger neben dem beeinträchtigten optischen Erscheinungsbild, auch einen ernstzunehmenden
gesundheitsrelevanten Aspekt dar, da viele Menschen auf die von Pilzen abgegebenen Stoffe allergisch reagieren, was bis hin zu schweren chronischen Atemwegserkrankungen führen kann.Another form of microbial contamination, for which there is still no technically satisfactory solution, is the contamination of surfaces by fungi. So z. B. the infestation of joints and walls in damp rooms with AspergiUus niger in addition to the impaired visual appearance, also a serious one health-related aspect, since many people are allergic to the substances released by fungi, which can lead to severe chronic respiratory diseases.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb selbstreinigende Oberflächen und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die nicht durch anhaftende Bakterien, Algen oder Pilze ihre selbstreinigende Wirkung verlieren.The object of the present invention was therefore to provide self-cleaning surfaces and a process for their production which do not lose their self-cleaning effect as a result of adhering bacteria, algae or fungi.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass selbstreinigende Oberflächen, die aus einem Trägermaterial und einem partikulären System bestehen, wobei das Trägermaterial antimikrobielle Eigenschaften aufweist, nach Beschädigung der selbstreinigenden Oberfläche, beispielsweise durch Kratzer, deutlich langsamer von Bakterien, Algen oder Pilzen bewachsen werden als herkömmliche selbstreinigende Oberflächen.Surprisingly, it was found that self-cleaning surfaces, which consist of a carrier material and a particulate system, the carrier material having antimicrobial properties, are covered with bacteria, algae or fungi much more slowly than conventional self-cleaning surfaces after damage to the self-cleaning surface, for example by scratches.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine Oberfläche gemäß Anspruch 1, die eine künstliche Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, die selbstreinigende Eigenschaften aufweist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberfläche ein Trägersystem mit antimikrobiellen Eigenschaften aufweist.The subject of the present invention is therefore a surface according to claim 1, which has an artificial surface structure of elevations and depressions, which has self-cleaning properties, which is characterized in that the surface has a carrier system with antimicrobial properties.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 8 zur Herstellung von Oberflächen gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, die selbstreinigende Eigenschaften aufweisen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Herstellung der Oberflächen zumindest ein Material eingesetzt wird, welches antimikrobielle Eigenschaften aufweist.The present invention also relates to a method according to claim 8 for the production of surfaces according to at least one of claims 1 to 7 which have self-cleaning properties, which is characterized in that at least one material which has antimicrobial properties is used in the production of the surfaces ,
Die erfindungsgemäßen Oberflächen haben den Vorteil, dass eine Anhaftung und Ausbreitung von biologischen Verschmutzungen, wie z. B. Bakterien, Pilzen und Algen deutlich verlangsamt wird und damit die selbstreinigenden Eigenschaften der Oberflächen länger wirksam erhalten bleiben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die selbstreinigende Schicht z. B. durch Kratzer beschädigt wurde, da an der beschädigten Stelle die antimikrobiellen Eigenschaften des Trägersystems besonders gut wirken.
Im Folgenden soll unter den Begriffen antimikrobiell und mikrobizid ein und dieselbe Eigenschaft verstanden werden.The surfaces of the invention have the advantage that adhesion and spread of biological contaminants, such as. B. bacteria, fungi and algae is significantly slowed down and thus the self-cleaning properties of the surfaces are effectively retained for longer. This is particularly the case when the self-cleaning layer z. B. has been damaged by scratches, since the antimicrobial properties of the carrier system work particularly well at the damaged area. In the following, the terms antimicrobial and microbicidal are to be understood to mean one and the same property.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 862 858 ist bekannt, dass Copolymere von Tertiärbutylaminoethylmethacrylat, einem Methacrylsäureester mit sekundärer Amino- funktion, inhärent mikrobizide Eigenschaften besitzen. In den Beispielen wird dieses Copolymer Amina T 100 genannt.From European patent application EP 0 862 858 it is known that copolymers of tertiary butylaminoethyl methacrylate, a methacrylic acid ester with a secondary amino function, have inherent microbicidal properties. In the examples, this copolymer is called Amina T 100.
Diese Polymeren weisen, ohne Zusatz eines mikrobiziden Wirkstoffes, sogenannte Kontaktmikrobizidität auf. Uns sind aus den folgenden Patentanmeldungen eine große Anzahl kontaktmikrobizider Polymere bekannt: DE 10024270, DE 10022406, PCT/EP 00/06501, DE 10014726, DE 10008177. Diese Polymere enthalten keine niedermolekularen Bestandteile. Die antimikrobiellen Eigenschaften sind auf den Kontakt von Bakterien mit der Oberfläche zurückzuführen.Without the addition of a microbicidal active ingredient, these polymers have so-called contact microbicidity. We are aware of a large number of contact microbicidal polymers from the following patent applications: DE 10024270, DE 10022406, PCT / EP 00/06501, DE 10014726, DE 10008177. These polymers contain no low molecular weight constituents. The antimicrobial properties are due to the contact of bacteria with the surface.
Die erfindungsgemäße Oberfläche wird im folgenden beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt sein soll.The surface according to the invention is described below by way of example, without the invention being restricted to these examples.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberfläche, die eine künstliche Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, die selbstreinigende Eigenschaften aufweist, wobei die Oberfläche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberfläche ein Trägersystem mit antimikrobiellen Eigenschaften aufweist. Insbesondere weist die Oberfläche nach Beschädigung der Oberflächenstruktur zumindest teilweise antimikrobielle Eigenschaften auf.The present invention relates to a surface which has an artificial surface structure of elevations and depressions which has self-cleaning properties, the surface being characterized in that the surface has a carrier system with antimicrobial properties. In particular, the surface has at least partially antimicrobial properties after damage to the surface structure.
Zur Erzielung der selbstreinigenden Wirkung ist es vorteilhaft, wenn die Erhebungen der Oberflächenstruktur einen Abstand von 50 nm bis 200 μm, vorzugsweise 500 nm bis 100 μm und ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 20 μm aufweisen. Ebenso vorteilhaft ist es, wenn die Erhebungen der Oberflächenstruktur eine Höhe von 50 nm bis 100 000 nm, vorzugsweise von 50 bis 50 000 nm und ganz besonders bevorzugt von 100 nm bis 30 000 nm aufweisen.To achieve the self-cleaning effect, it is advantageous if the elevations of the surface structure are at a distance of 50 nm to 200 μm, preferably 500 nm to 100 μm and very particularly preferably 0.1 to 20 μm. It is also advantageous if the elevations of the surface structure have a height of 50 nm to 100,000 nm, preferably 50 to 50,000 nm and very particularly preferably 100 nm to 30,000 nm.
Die Erhebungen können auf die Oberfläche aufgebrachte Strukturen sein oder durch zwischen
Vertiefungen, die in die Oberfläche eingebracht wurden, sich erhebenden Erhebungen sein. Das Einbringen der Vertiefungen in die Oberfläche kann insbesondere durch Prägen oder Abformen von Strukturen in das Trägersystem erfolgen.The elevations can be structures applied to the surface or through between Indentations that have been made in the surface are elevations. The indentations can be introduced into the surface in particular by embossing or molding structures into the carrier system.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberfläche werden die Erhebungen und Vertiefungen dadurch gebildet, dass die Oberfläche auf ihr aufgebrachte Partikel aufweist, die vorzugsweise durch das Trägersystem fixiert werden.In a particularly preferred embodiment of the surface according to the invention, the elevations and depressions are formed in that the surface has particles applied to it, which are preferably fixed by the carrier system.
Als Partikel können Partikel eingesetzt werden, die zumindest ein Material, ausgewählt aus Silikaten, dotierten oder pyrogenen Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren. Metallen oder Polymeren aufweisen. Vorzugsweise werden Partikel eingesetzt, die einen Partikeldurchmesser von 0,02 bis 100 μm, besonders bevorzugt von 0,1 bis 50 μm und ganz besonders bevorzugt von 0,3 bis 30 μm aufweisen. Die erfindungsgemäßen Oberflächenstrukturen weisen die einzelnen Partikel auf der Oberfläche in Abständen von 0 - 10 Partikeldurchmesser, insbesondere von 0 - 3 Partikeldurchmesser, auf.Particles which can be used are particles which comprise at least one material selected from silicates, doped or pyrogenic silicates, minerals, metal oxides, silicas. Have metals or polymers. Preferably particles are used which have a particle diameter of 0.02 to 100 μm, particularly preferably from 0.1 to 50 μm and very particularly preferably from 0.3 to 30 μm. The surface structures according to the invention have the individual particles on the surface at intervals of 0-10 particle diameter, in particular of 0-3 particle diameter.
Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Oberflächen Partikel auf, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Die hydrophoben Eigenschaften der Partikel können durch das verwendete Material der Partikel inhärent vorhanden sein. Es können aber auch hydrophobierte Partikel eingesetzt werden, die z. B. durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane, Paraffine, Wachse, Fettsäureestern, funktionalisierte langkettige Alkanderivate oder Alkyldisilazane, hydrophobe Eigenschaften aufweisen.The surfaces according to the invention preferably have particles which have hydrophobic properties. The hydrophobic properties of the particles may be inherent due to the material used for the particles. However, hydrophobized particles can also be used, which, for. B. by treatment with at least one compound from the group of alkylsilanes, perfluoroalkylsilanes, paraffins, waxes, fatty acid esters, functionalized long-chain alkane derivatives or alkyldisilazanes, have hydrophobic properties.
Die Partikel können auch als Aggregate oder Agglomerate vorliegen, wobei gemäß DIN 53 206 unter Aggregaten flächig oder kantenfbrmig aneinander gelagerte Primärteilchen (Partikel) und unter Agglomeraten punktfb'rmig aneinander gelagerte Primärteilchen (Partikel) verstanden werden. Als Partikel können auch solche eingesetzt werden, die sich aus Primärteilchen zu Agglomeraten oder Aggregaten mit einer Größe von 0,2 - 100 μm zusammenlagern.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die eingesetzten Partikel eine strukturierte Oberfläche haben. Vorzugsweise werden Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich auf der Oberfläche aufweisen, eingesetzt. Die Feinstruktur der Partikel ist vorzugsweise eine zerklüftete Struktur mit Erhebungen und/oder Vertiefungen im Nanometerbereich. Vorzugsweise weisen die Erhöhungen im Mittel eine Höhe von 20 bis 500 nm, besonders bevorzugt von 50 bis 200 nm auf. Der Abstand der Erhöhungen bzw. Vertiefungen auf den Partikeln beträgt vorzugsweise weniger als 500 nm, ganz besonders bevorzugt weniger als 200 nm. Diese Vertiefungen, wie z. B. Krater, rissartige Einkerbungen, Kerben, Spalten, Löcher und Kavitäten unterstützen die wirksame Struktur der Partikel in Bezug auf den Selbstreinigungseffekt.The particles may also be present as aggregates or agglomerates, wherein, according to DIN 53 206, aggregates surface or kantenfbrmig each bearing (primary) particles and agglomerates' RMIG each mounted primary punktfb (particles) are understood. As particles it is also possible to use particles which aggregate from primary particles to form agglomerates or aggregates with a size of 0.2-100 μm. It can be advantageous if the particles used have a structured surface. Particles which have an irregular fine structure in the nanometer range on the surface are preferably used. The fine structure of the particles is preferably a jagged structure with elevations and / or depressions in the nanometer range. The elevations preferably have an average height of 20 to 500 nm, particularly preferably 50 to 200 nm. The distance between the elevations or depressions on the particles is preferably less than 500 nm, very particularly preferably less than 200 nm. B. craters, crack-like notches, notches, gaps, holes and cavities support the effective structure of the particles in relation to the self-cleaning effect.
Als Partikel, insbesondere als Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich an der Oberfläche aufweisen, werden vorzugsweise solche Partikel eingesetzt, die zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus pyrogener Kieselsäure, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Mischoxide, pyrogenen Silikaten oder pulverförmige Polymeren oder pulverförmige Metallen aufweisen. Es kann vorteilhaft sein, wenn die eingesetzten Partikel hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Ganz besonders eignen sich als Partikel unter anderem hydrophobierte, pyrogene Kieselsäuren, so genannte Aerosile®.As particles, in particular as particles which have an irregular fine structure in the nanometer range on the surface, those particles are preferably used which have at least one compound selected from pyrogenic silica, aluminum oxide, silicon oxide, mixed oxides, pyrogenic silicates or powdered polymers or powdered metals. It can be advantageous if the particles used have hydrophobic properties. Particularly suitable particles are, inter alia, hydrophobicized, pyrogenic silicas, so-called Aerosile ® .
Ganz besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Oberfläche Partikel auf, die mittels eines Trägersystems auf der Oberfläche fixiert sind. Als Basis für das Trägersystem mit antimikrobiellen Eigenschaften können die bekannten Klebstoff- oder Lacksysteme eingesetzt werden. Solche Trägersysteme sind z. B. Schmelzkleber, die zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus den Ethylen/Ethylacrylat-Copolymeren, Ethylen/Ninylacetat-Copolymeren, Polyamiden, Polyethersulfonen, Polyisobutenen oder Polyvinylbutyralen aufweisen oder Lacke, die zumindest Mischungen aus einfach und/oder mehrfach ungesättigten Acrylaten und/oder Methacrylaten und/oder Polyurethane aufweisen.The surface according to the invention very particularly preferably has particles which are fixed on the surface by means of a carrier system. The known adhesive or lacquer systems can be used as the basis for the carrier system with antimicrobial properties. Such carrier systems are e.g. B. hot melt adhesive, which have at least one compound selected from the ethylene / ethyl acrylate copolymers, ethylene / vinyl acetate copolymers, polyamides, polyether sulfones, polyisobutenes or polyvinyl butyrals, or lacquers which contain at least mixtures of mono- and / or polyunsaturated acrylates and / or methacrylates and / or have polyurethanes.
Das Trägersystem, das antimikrobielle Eigenschaften aufweist, weist zu diesem Zweck zumindest ein antimikrobielles Polymer auf, welches aus zumindest einem Monomeren ausgewählt aus Methacrylsäure-2-tert.-butylaminoethylester, Methacrylsäure-2-diethylamino-
ethylester, Methacrylsäure-2-diethylaminomethylester, Acrylsäure-2-tert.-butylaminoethyl- ester, Acrylsäure-3-dimethylaminopropylester, Acrylsäure-2-diethylaminoethylester, Acryl- säure-2-dimethylaminoethylester, Dimethylaminopropylmethacrylamid, Diethylamino-propyl- methacrylamid, Acrylsäure-3-dimethylaminopropylamid, 2-Methacryloyloxyethyltrimethyl- ammoniummethosulfat, Methacrylsäure-2-diethylaminoethylester, 2-Methacryloyloxyethyltri- methylammoniumchlorid, 3 -Methacryloylaminopropyltrimethylammoniumchlorid, 2-Meth- acryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid, 2- Acryloyloxyethyl-4-benzoyldimethyl- ammoniumbromid, 2- Methacryloyloxyethyl-4-benzoyldimethylammoniumbromid, 2-Acryl- amido-2-methyl-l-propansulfonsäure, 2-Diethylaminoethylvinylether oder 3-Aminopropyl- vinylether hergestellt wurde.For this purpose, the carrier system, which has antimicrobial properties, has at least one antimicrobial polymer which is selected from at least one monomer from methacrylic acid-2-tert-butylaminoethyl ester, methacrylic acid-2-diethylamino ethyl ester, methacrylic acid-2-diethylaminomethyl ester, acrylic acid-2-tert-butylaminoethyl ester, acrylic acid-3-dimethylaminopropyl ester, acrylic acid 2-diethylaminoethyl ester, acrylic acid-2-dimethylaminoethyl ester, dimethylaminopropyl methacrylamide, diethylamino-propyl-methacrylamide, acrylic acid -dimethylaminopropylamide, 2-methacryloyloxyethyltrimethyl-ammonium methosulfate, methacrylic acid-2-diethylaminoethyl ester, 2-methacryloyloxyethyltrimethylammonium chloride, 3-methacryloylaminopropyltrimethylammonium chloride, 2-meth-acryloyloxyethyltrimethylammonium-4-methyl-ammonoyl-methyl-2-methyloylmoyl-methyl-2-methyloylmoylmethyl-2-methyloylmoylmethyl-2-methyl-ammonoyl-methyl-2-methyl-ammonoyl-methyl-2-methyl-ammonoyl-methyl-2-methyl-ammonoyl-methyl-2-methyl-ammonoyl-methyl-2-methyl-ammonoyl-methyl-2-methoxy-4-yl -Acryl- amido-2-methyl-l-propanesulfonic acid, 2-diethylaminoethyl vinyl ether or 3-aminopropyl vinyl ether was prepared.
Das Trägersystem, welches ein Polymer mit antimikrobiellen Eigenschaften aufweist, weist vorzugsweise einen Gehalt an antimikrobiellem Polymer von 0,01 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,1 bis 13 Gew-% und ganz besonders bevorzugt von 6 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das polymerisierbare Trägersystem auf.The carrier system, which has a polymer with antimicrobial properties, preferably has an antimicrobial polymer content of from 0.01 to 25% by weight, particularly preferably from 0.1 to 13% by weight and very particularly preferably from 6 to 10% by weight. -%, based on the polymerizable carrier system.
Die erfindungsgemäße Oberfläche kann zumindest eine Fläche eines Formkörpers aus einem Material, ausgewählt aus Polymeren, wie z. B. Polyamiden, Polyurethanen, Polyetherblockamiden, Polyesteramiden, Polyvinylchlorid, Polyolefinen, Polysilikonen, Polysiloxanen, Polymethylmethacrylaten oder Polyterephthalaten sowie Metallen, Hölzern, Leder, Fasern, Geweben, Gläsern oder Keramiken sein. Die Auflistung der polymeren Materialien ist beispielhaft und beschränkt sich nicht nur auf diese. Handelt es sich bei dem Formkörper um einen Formkörper aus Polymerem so kann es vorteilhaft sein, wenn dieser Formkörper, und damit die Oberfläche, ein Polymer mit antimikrobiellen Eigenschaften aufweist.The surface according to the invention can have at least one surface of a shaped body made of a material selected from polymers such as, for. B. polyamides, polyurethanes, polyether block amides, polyester amides, polyvinyl chloride, polyolefins, polysilicones, polysiloxanes, polymethyl methacrylates or polyterephthalates, as well as metals, woods, leather, fibers, fabrics, glasses or ceramics. The list of polymeric materials is exemplary and is not limited to these. If the shaped body is a shaped body made of polymer, it can be advantageous if this shaped body, and thus the surface, has a polymer with antimicrobial properties.
Die erfindungsgemäßen Oberflächen werden vorzugsweise mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit einer künstlichen Oberflächenstruktur, die selbstreinigende Eigenschaften aufweisen, hergestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Herstellung der Oberflächen zumindest ein Material als Trägersystem eingesetzt wird, welches antimikrobielle Eigenschaften aufweist.
Die Oberflächenstruktur, die Erhebungen oder Vertiefungen aufweist, kann auf der Oberfläche, auf der ein Trägersystem aufgebracht ist, selbst erzeugt werden. Dies kann z. B. durch Prägen einer Negativform in das Trägersystem und anschließendes Härten des Trägersystems erfolgen, oder aber durch Aufbringen und Fixieren von Partikeln auf der Oberfläche erfolgen. Das Aufbringen und das Fixieren der Partikel auf der Oberfläche kann auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise erfolgen. Als chemische Methode der Fixierung wird die Verwendung eines Trägersystems eingesetzt. Als Trägersystem kommen verschiedene Klebstoffe, Haftvermittler oder Lacke in Frage, denen vorzugsweise antimikrobielle Polymere zugeschlagen wurden. Dem Fachmann ergeben sich weitere Trägersysteme oder chemische Fixiermethoden.The surfaces according to the invention are preferably produced using a method according to the invention for producing surfaces with an artificial surface structure which have self-cleaning properties, which is characterized in that at least one material which has antimicrobial properties is used as the carrier system in the production of the surfaces. The surface structure, which has elevations or depressions, can itself be produced on the surface on which a carrier system is applied. This can e.g. B. by embossing a negative form in the carrier system and subsequent hardening of the carrier system, or by applying and fixing particles on the surface. The particles can be applied and fixed on the surface in a manner known to the person skilled in the art. The use of a carrier system is used as the chemical method of fixation. Various adhesives, adhesion promoters or lacquers, to which antimicrobial polymers have preferably been added, can be used as the carrier system. Additional support systems or chemical fixing methods are apparent to the person skilled in the art.
Das Aufbringen der Partikel auf die Oberfläche zur Erzeugung der Oberflächenstruktur kann z. B. so durchgeführt werden, dass das Trägersysteme, welches eine härtbare Substanz sein kann und antimikrobiell wirksames Polymer enthält, durch Aufsprühen, Aufrakeln, Aufstreichen oder Aufspritzen auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Vorzugsweise wird die härtbare Substanz in einer Dicke von 1 bis 200 μm, vorzugsweise in einer Dicke von 5 bis 75 μm aufgebracht. Je nach Viskosität der härtbaren Substanz kann es vorteilhaft sein, die Substanz vor einem Aufbringen der Partikel anhärten zu lassen. Idealerweise wird die Viskosität der härtbaren Substanz so gewählt, dass die aufgebrachten Partikel zumindest teilweise in die härtbare Substanz einsinken können, die härtbare Substanz bzw. die auf ihr aufgebrachten Partikel aber nicht mehr verlaufen, wenn die Oberfläche senkrecht gestellt wird.The application of the particles to the surface to produce the surface structure can e.g. B. be carried out so that the carrier system, which can be a curable substance and contains antimicrobial polymer, is applied by spraying, knife coating, brushing or spraying onto a surface. The curable substance is preferably applied in a thickness of 1 to 200 μm, preferably in a thickness of 5 to 75 μm. Depending on the viscosity of the curable substance, it may be advantageous to allow the substance to harden before the particles are applied. Ideally, the viscosity of the curable substance is selected so that the particles applied can at least partially sink into the curable substance, but the curable substance or the particles applied to it no longer run when the surface is placed vertically.
Das Aufbringen der Partikel selbst kann bei dieser Ausführungsart durch Aufsprühen erfolgen. Insbesondere kann das Aufbringen der Partikel durch Aufsprühen unter Verwendung einer elektrostatischen Sprühpistole erfolgen. Nach dem Aufbringen der Partikel können überschüssige Partikel, also Partikel die nicht an der härtbaren Substanz haften, durch Schütteln, Abbürsten oder Abblasen von der Oberfläche entfernt werden. Diese Partikel können gesammelt und wiedereingesetzt werden.In this embodiment, the particles themselves can be applied by spraying. In particular, the particles can be applied by spraying using an electrostatic spray gun. After the particles have been applied, excess particles, that is to say particles which do not adhere to the curable substance, can be removed from the surface by shaking, brushing or blowing off. These particles can be collected and reused.
Bei dieser Ausfuhrungsart des erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Fixieren der Partikel
auf der Oberfläche durch Härten des Trägersystems, wobei dieses vorzugsweise durch thermische Energie und/oder Lichtenergie erfolgt. Besonders bevorzugt erfolgt das Härten des Trägersystems durch Lichtenergie. Vorzugsweise erfolgt das Härten des Trägers unter einer Inertgas- Atmosphäre, ganz besonders bevorzugt unter einer Stickstoffatmosphäre.In this embodiment of the method according to the invention, the particles are fixed on the surface by hardening the carrier system, this preferably being done by thermal energy and / or light energy. The carrier system is particularly preferably hardened by light energy. The carrier is preferably hardened under an inert gas atmosphere, very particularly preferably under a nitrogen atmosphere.
Als Trägersysteme können insbesondere antimikrobiell ausgerüstete, UV-härtbare, thermisch härtbare oder an der Luft härtende Coatingsysteme dienen. Unter Coatingsysteme fallen lackartige Mischungen aus einfach ungesättigten Acrylaten oder Methacrylaten mit mehrfach ungesättigten Acrylaten oder Methacrylaten, aber auch Mischungen der mehrfach ungesättigten Acrylate bzw. Methacrylate untereinander. Lacksysteme auf Urethanbasis gelten ebenfalls als Coatingsysteme. Die Mischungsverhältnisse können in weiten Grenzen variiert werden. Abhängig von der später zuzugebenden strukturbildenden Komponente, können weitere funktionelle Gruppen wie Hydroxygruppen, Ethoxygruppen, Amine, Ketone, Isocyanate oder ähnliche, aber auch fluorhaltige Monomere oder inerte Füllkomponenten, wie in Monomermischung lösliche Polymere, zugegeben werden. Die zusätzliche Funktionalität dient hauptsächlich der besseren Anbindung der Strukturbildner. Ferner können als Trägersysteme Reinacrylatdispersionen und Pulverlacksysteme verwandt werden.In particular, antimicrobial, UV-curable, thermally curable or air-curing coating systems can serve as carrier systems. Coating systems include paint-like mixtures of monounsaturated acrylates or methacrylates with polyunsaturated acrylates or methacrylates, but also mixtures of the polyunsaturated acrylates or methacrylates with one another. Urethane-based paint systems are also considered coating systems. The mixing ratios can be varied within wide limits. Depending on the structure-forming component to be added later, further functional groups such as hydroxyl groups, ethoxy groups, amines, ketones, isocyanates or the like, but also fluorine-containing monomers or inert filler components, such as polymers soluble in a monomer mixture, can be added. The additional functionality mainly serves the better connection of the structure formers. Pure acrylic dispersions and powder coating systems can also be used as carrier systems.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass insbesondere die Trägersysteme für die Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen sich auf einfache Weise dadurch antimikrobiell ausrüsten lassen, dass man einer Reaktivmischung des Trägersystems aus verschiedenenSurprisingly, it was found that, in particular, the carrier systems for the production of self-cleaning surfaces can be equipped with antimicrobial agents in a simple manner by adding a reactive mixture of the carrier system from different
Monomeren, Initiatoren und ggf. weiteren Zusatzstoffen eine definierte Menge an antimikrobiellem Polymeren beifügt. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass antimikrobielle Polymere, und nicht etwa das oder die zur Herstellung dieses antimikrobiellen Polymeren verwendeten Monomeren, in der Reaktivmischung eingesetzt werden, da nur durch diese Vorgehensweise eine effektive antimikrobielle Ausrüstung erreicht werden kann. Nach dem Abreagieren (Aushärten) der Reaktivmischung, durch das die Partikel fixiert werden, erhält man ein Trägersystem, das ein antimikrobielles Polymer aufweist und deshalb selbst antimikrobielle Eigenschaften aufweist.Monomers, initiators and possibly other additives add a defined amount of antimicrobial polymer. It has proven to be advantageous here that antimicrobial polymers, and not, for example, the monomer or monomers used to produce this antimicrobial polymer, are used in the reactive mixture, since effective antimicrobial finishing can only be achieved by this procedure. After the reactive mixture has reacted (hardened), by means of which the particles are fixed, a carrier system is obtained which has an antimicrobial polymer and therefore itself has antimicrobial properties.
Vorzugsweise weist das eingesetzte Trägersystem einen Gehalt an antimikrobiellem Polymer
von 0,01 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,1 bis 13 Gew-% und ganz besonders bevorzugt von 6 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trägersystem auf.The carrier system used preferably has an antimicrobial polymer content from 0.01 to 25% by weight, particularly preferably from 0.1 to 13% by weight and very particularly preferably from 6 to 10% by weight, based on the carrier system.
Als Partikel können Partikel eingesetzt werden, die zumindest ein Material, ausgewählt aus Silikaten, dotierten oder pyrogenen Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Metallmischoxiden, Kieselsäuren. Metallen oder Polymeren aufweisen. Vorzugsweise werden Partikel eingesetzt, die einen Partikeldurchmesser von 0,02 bis 100 μm, besonders bevorzugt von 0,2 bis 50 μm und ganz besonders bevorzugt von 0,3 bis 30 μm aufweisen.Particles which can be used are particles which comprise at least one material selected from silicates, doped or pyrogenic silicates, minerals, metal oxides, mixed metal oxides, silicas. Have metals or polymers. Preferably particles are used which have a particle diameter of 0.02 to 100 μm, particularly preferably from 0.2 to 50 μm and very particularly preferably from 0.3 to 30 μm.
Es kann vorteilhaft sein, wenn Partikel eingesetzt werden, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Die hydrophoben Eigenschaften der Partikel können durch das verwendete Material der Partikel inhärent vorhanden sein. Es können aber auch hydrophobierte Partikel eingesetzt werden, die z. B. durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane, Paraffine, Wachse, Fettsäureestern, funktionalisierte langkettige Alkanderivate oder Alkyldisilazane, hydrophobe Eigenschaften aufweisen.It can be advantageous if particles are used which have hydrophobic properties. The hydrophobic properties of the particles may be inherent due to the material used for the particles. However, hydrophobized particles can also be used, which, for. B. by treatment with at least one compound from the group of alkylsilanes, perfluoroalkylsilanes, paraffins, waxes, fatty acid esters, functionalized long-chain alkane derivatives or alkyldisilazanes, have hydrophobic properties.
Die Partikel können auch als Aggregate oder Agglomerate vorliegen, wobei gemäß DIN 53 206 unter Aggregaten flächig oder kantenf rmig aneinander gelagerte Primärteilchen (Partikel) und unter Agglomeraten punktformig aneinander gelagerte Primärteilchen (Partikel) verstanden werden. Als Partikel können auch solche eingesetzt werden, die sich aus Primärteilchen zu Agglomeraten oder Aggregaten mit einer Größe von 0,2 - 100 μm zusammenlagern.The particles can also be in the form of aggregates or agglomerates, in accordance with DIN 53 206 being understood as aggregates of flat or edged primary particles (particles) and agglomerates of punctiform primary particles (particles). As particles it is also possible to use particles which aggregate from primary particles to form agglomerates or aggregates with a size of 0.2-100 μm.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die eingesetzten Partikel eine strukturierte Oberfläche haben. Vorzugsweise werden Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich auf der Oberfläche aufweisen, eingesetzt. Die Feinstruktur der Partikel ist vorzugsweise eine zerklüftete Struktur mit Erhebungen und/oder Vertiefungen im Nanometerbereich. Vorzugsweise weisen die Erhöhungen im Mittel eine Höhe von 20 bis 500 nm, besonders bevorzugt von 50 bis 200 nm auf. Der Abstand der Erhöhungen bzw. Vertiefungen auf den Partikeln beträgt vorzugsweise weniger als 500 nm, ganz besonders bevorzugt weniger als
200 nm. Diese Vertiefungen, wie z. B. Krater, rissartige Einkerbungen, Kerben, Spalten, Löcher und Kavitäten unterstützen die wirksame Struktur der Partikel in Bezug auf den Selbstreinigungseffekt.It can be advantageous if the particles used have a structured surface. Particles which have an irregular fine structure in the nanometer range on the surface are preferably used. The fine structure of the particles is preferably a jagged structure with elevations and / or depressions in the nanometer range. The elevations preferably have an average height of 20 to 500 nm, particularly preferably 50 to 200 nm. The distance between the elevations or depressions on the particles is preferably less than 500 nm, very particularly preferably less than 200 nm. These wells, such as. B. craters, crack-like notches, notches, gaps, holes and cavities support the effective structure of the particles in relation to the self-cleaning effect.
Vorzugsweise werden solche Partikel, die zumindest ein Material, ausgewählt aus Silikaten oder dotierten Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Metallmischoxiden, pyrogenen Kieselsäuren oder Fällungskieselsäuren oder Polymeren aufweisen, eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt weisen die Partikel Silikate, pyrogene Kieselsäuren oder Fällungskieselsäuren, insbesondere Aerosile, Mineralien wie Magadiit, Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2 und mit Aerosil R 974 ummanteltes Zn-Pulver oder pulverförmige Polymere, wie z. B. kryogen gemahlenes oder sprühgetrocknet Polytetrafluorethylen (PTFE), auf.Those particles which have at least one material selected from silicates or doped silicates, minerals, metal oxides, mixed metal oxides, pyrogenic silicas or precipitated silicas or polymers are preferably used. The particles very particularly preferably have silicates, pyrogenic silicas or precipitated silicas, in particular aerosils, minerals such as magadiite, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 and Zn powder coated with Aerosil R 974 or powdery polymers such as e.g. B. cryogenically ground or spray dried polytetrafluoroethylene (PTFE).
Besonders bevorzugt werden Partikel mit einer BET-Oberfläche von 50 bis 600 m /g eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt werden Partikel eingesetzt, die eine BET-Oberfläche von 50 bis 200 m Ig aufweisen.Particles with a BET surface area of 50 to 600 m / g are particularly preferably used. Particles with a BET surface area of 50 to 200 m Ig are very particularly preferably used.
Vorzugsweise weisen die Partikel zur Generierung der selbstreinigenden Oberflächen neben den zerklüfteten Strukturen auch hydrophobe Eigenschaften auf. Die Partikel können selbst hydrophob sein, wie z. B. PTFE aufweisende Partikel, oder die eingesetzten Partikel können hydrophobiert worden sein. Das Hydrophobieren der Partikel kann auf eine dem Fachmann bekannte Weise erfolgen. Typische hydrophobierte Partikel sind z. B. Feinstpulver wie Aerosil R 974 oder Aerosil-R 8200 (Degussa AG), die käuflich zu erwerben sind.The particles for generating the self-cleaning surfaces preferably also have hydrophobic properties in addition to the jagged structures. The particles themselves can be hydrophobic, e.g. B. PTFE-containing particles, or the particles used may have been made hydrophobic. The particles can be made hydrophobic in a manner known to the person skilled in the art. Typical hydrophobized particles are e.g. B. Very fine powder such as Aerosil R 974 or Aerosil-R 8200 (Degussa AG), which are commercially available.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Trägersysteme muß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das eingesetzte Trägersystem das antimikrobielle Material aufweisen. Bevorzugt werden als antibakterielle Materialien solche Polymeren eingesetzt, die aus Stickstoff- oder phosphorfunktionalisierten Monomere hergestellt wurden. Besonders bevorzugt werden als antibakterielle Materialien solche Polymeren eingesetzt, die aus zumindest einem der Monomeren, ausgewählt aus Methacrylsäure-2-tert.-butylaminoethylester, Methacrylsäure-2- diethylaminoethylester, Methacrylsäure-2-diethylaminomethylester, Acrylsäure-2-tert.-butyl- aminoethylester, Acrylsäure-3-dimethylaminopropylester, Acrylsäure-2-diethylaminoethyl-
ester, Acrylsäure-2-dimethylaminoethylester, Dimethylaminopropylmethacrylamid, Diethyl- aminopropylmethacrylamid, Acrylsäure-3 -dimethylaminopropylamid, 2-Methacryloyloxy- ethyltrimethylammoniummethosulfat, Methacrylsäure-2-diethylaminoethylester, 2-Methacryl- oyloxyethyltrimethylammoniumchlorid, 3-Methacryloylaminopropyltrimethylammonium- chlorid, 2-Methacryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid, 2- Acryloyloxyethyl-4-benzoyl- dimethylammoniumbromid, 2- Methacryloyloxyethyl-4-benzoyldimethylammoniumbromid, 2-Acrylamido-2-methyl-l-propansulfonsäure, 2-Diethylaminoethylvinylether, 3-Amino- propylvinylether hergestellt worden sind.To produce the carrier systems according to the invention, the carrier system used in the method according to the invention must have the antimicrobial material. Polymers which have been prepared from nitrogen- or phosphorus-functionalized monomers are preferably used as antibacterial materials. Particularly preferred antibacterial materials are those polymers which consist of at least one of the monomers selected from 2-tert-butylaminoethyl methacrylate, 2-diethylaminoethyl methacrylate, 2-diethylaminomethyl methacrylate, 2-tert.-butylaminoethyl acrylate , 3-dimethylaminopropyl acrylic acid, 2-diethylaminoethyl acrylic acid esters, 2-dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminopropyl methacrylamide, diethylaminopropylmethacrylamide, 3-dimethylaminopropylamide, 2-methacryloyloxyethyltrimethylammonium methosulfate, 2-diethylaminoethyl methacrylate, 2-methacryloyloxyethyltrimethylethylmethyl chloride, 2-methoxyammonylammonyl methoxyl ammonium chloride, Acryloyloxyethyl-4-benzoyl-dimethylammonium bromide, 2-methacryloyloxyethyl-4-benzoyldimethylammonium bromide, 2-acrylamido-2-methyl-l-propanesulfonic acid, 2-diethylaminoethyl vinyl ether, 3-amino propyl vinyl ether have been prepared.
Es kann vorteilhaft sein, wenn auch die eingesetzten Partikel zumindest teilweise antibakterielle Materialien aufweisen. Solche Partikel können z. B. aus Polymeren mit antimikrobiellen Eigenschaften bestehen, oder mit solchen Polymeren aber auch anderen antimikrobiellen Materialien beschichtet sein.It can be advantageous if the particles used also have at least partially antibacterial materials. Such particles can e.g. B. consist of polymers with antimicrobial properties, or coated with such polymers but also other antimicrobial materials.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann hervorragend zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf planaren oder nichtplanaren Gegenständen, insbesondere auf nichtplanaren Gegenständen verwendet werden, die nach Beschädigung der Partikelschicht antimikrobielle Eigenschaften aufweisen. Dies ist mit den herkömmlichen Verfahren nur eingeschränkt möglich. Insbesondere über Verfahren, bei denen vorgefertigte Filme auf eine Oberfläche aufgebracht werden oder bei Verfahren, bei denen eine Struktur durch Prägen erstellt werden soll, sind nichtplanare Gegenstände, wie z. B. Skulpturen, nicht oder nur eingeschränkt zugänglich. Naturgemäße kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen auf Gegenständen mit planaren Oberflächen, wie z. B. Gewächshäusern oder öffentlichen Verkehrsmitteln verwendet werden. Insbesondere die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen an Gewächshäusern weist Vorteile auf, da mit dem Verfahren selbstreinigende Oberflächen z. B. auch auf transparenten Materialien wie Glas oder Plexiglas hergestellt werden können und die selbstreinigende Oberfläche zumindest soweit transparent ausgebildet werden kann, dass für das Wachstum der Pflanzen im Gewächshaus genügend Sonnenlicht durch die mit einer selbstreinigenden Oberfläche ausgerüstete transparente Oberfläche dringen kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gewächshäusern, die regelmäßig unter anderem von
Laub-, Staub-, Kalk- und biologischem Material, wie z. B. Algen, gereinigt werden müssen, können Gewächshäuser, die eine erfindungsgemäße Oberfläche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisen, mit längeren Reinigungsintervallen betrieben werden.The method according to the invention can be used excellently for the production of self-cleaning surfaces on planar or non-planar objects, in particular on non-planar objects which have antimicrobial properties after the particle layer has been damaged. This is only possible to a limited extent with the conventional methods. In particular, via processes in which prefabricated films are applied to a surface or in processes in which a structure is to be created by embossing, non-planar objects, such as, for. B. sculptures, not or only partially accessible. Naturally, the method according to the invention can also be used to produce self-cleaning surfaces on objects with planar surfaces, such as, for. B. greenhouses or public transport. In particular, the use of the method according to the invention for the production of self-cleaning surfaces on greenhouses has advantages, since with the method self-cleaning surfaces z. B. can also be produced on transparent materials such as glass or plexiglass and the self-cleaning surface can be made at least sufficiently transparent that sufficient sunlight can penetrate through the transparent surface provided with a self-cleaning surface for the growth of the plants in the greenhouse. In contrast to conventional greenhouses, which are regularly used by Foliage, dust, lime and biological material, such as. B. algae, must be cleaned, greenhouses that have a surface according to the invention according to one of claims 1 to 8, can be operated with longer cleaning intervals.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten selbstreinigenden Oberflächen zur Herstellung von nach Beschädigung selbiger antimikrobiell wirksame Oberflächen aufweisenden Erzeugnissen und die so hergestellten Erzeugnisse als solche. Solche Erzeugnisse basieren vorzugsweise auf Polymeren wie z. B. Polyamiden, Polyurethanen, Polyetherblockamiden, Polyesteramiden, Polyvinylchlorid, Polyolefinen, Polysilikonen, Polysiloxanen, Polymethylmethacrylaten oder Polyterephthalaten sowie Metallen, Hölzern, Leder, Fasern, Geweben, Gläsern und Keramiken, die mit erfindungsgemäßen Verbindungen bzw. Polymerformulierungen und Strukturbildner beschichtete Oberflächen aufweisen. Die Auflistung der polymeren Materialien ist beispielhaft und beschränkt sich nicht nur auf die genannten.The present invention also relates to the use of the self-cleaning surfaces produced according to the invention for the production of products having antimicrobial surfaces after damage to the same and the products thus produced as such. Such products are preferably based on polymers such as. B. polyamides, polyurethanes, polyether block amides, polyester amides, polyvinyl chloride, polyolefins, polysilicones, polysiloxanes, polymethyl methacrylates or polyterephthalates as well as metals, woods, leather, fibers, fabrics, glasses and ceramics which have surfaces coated with compounds or polymer formulations and structuring agents according to the invention. The list of polymeric materials is exemplary and is not limited to the above.
Antimikrobiell wirksame Trägersysteme enthaltende Erzeugnisse dieser Art sind beispielsweise und insbesondere Bauteile von Klimaanlagen, beschichtete Rohre, Halbzeuge, Bedachungen, Badezimmer und Toilettenartikel, Küchenartikel, Komponenten von Sanitäreinrichtungen, Komponenten von Tierkäfigen und Behausungen sowie Materialien des sogenannten textilen Bauens.Products of this type containing antimicrobial active carrier systems are, for example, and in particular components of air conditioning systems, coated pipes, semi-finished products, roofs, bathrooms and toilet articles, kitchen articles, components of sanitary facilities, components of animal cages and dwellings as well as materials of so-called textile construction.
Die selbstreinigenden Beschichtungen mit antimikrobiellen Trägersystemen können überall verwendet werden, wo es auf möglichst bakterienfreie, algen- und/oder pilzfreie, d. h. mikrobizide Oberflächen und Oberflächen mit Antihafteigenschaften, ankommt. Verwendungsbeispiele für die erfindungsgemäßen Oberflächen finden sich in folgendenThe self-cleaning coatings with antimicrobial carrier systems can be used wherever there is a lack of bacteria, algae and / or fungi, i.e. H. microbicidal surfaces and surfaces with non-stick properties. Examples of uses for the surfaces according to the invention can be found in the following
Bereichen:areas:
Marine: Hafenanlagen, Bojen, BohrplattformenMarine: port facilities, buoys, drilling platforms
Haus: Bedachungen, Wände, Fassaden, Gewächshäuser, Sonnenschutz, Gartenzäune,House: roofing, walls, facades, greenhouses, sun protection, garden fences,
Holzschutz, Markisen, Textiles Bauen Sanitär: Öffentliche Sanitäreinrichtungen wie z. B. Toiletten, Badezimmer, Duschvorhänge,Wood protection, awnings, textile construction Sanitary: Public sanitary facilities such. B. toilets, bathrooms, shower curtains,
Toilettenartikel, Sauna, Schwimmbad, Krankenhauseinrichtungen, Einrichtungen von
Arztpraxen und von physiotherapeutischen Behandlungszentren.Toiletries, sauna, swimming pool, hospital facilities, facilities of Medical practices and physiotherapy treatment centers.
Lebensmittel: Küche, KüchenartikelFood: kitchen, kitchen items
Maschinenteile: Bioreaktoren, Solaranlagen,Machine parts: bioreactors, solar systems,
Gebrauchsgegenstände: öffentliche Verkehrsmittel, LKW-Planen, Tierkäfige,Utility articles: public transport, truck tarpaulins, animal cages,
In den Abbildungen Fig. 1 bis Fig. 4 sind graphisch die Versuchsergebnisse aus den Beispielen 1 bis 3 sowie des Vergleichsbeispiels wiedergegeben. Dabei bedeuten WSH: Wasser standardisierter Härte und 2 x 2 bezeichnet die Probenkörpergröße in cm. Aufgetragen ist in den Figuren Fig. 1 bis 4 die Keimzahlreduzierung in log-Stufen verglichen zu der von Wasser standardisierter Härte. Dabei bedeuten N: Anzahl der Keime pro Volumeneinheit und N° Anzahl der Keime in der Wasserprobe nach der entsprechenden Kontaktzeit.The test results from Examples 1 to 3 and the comparative example are shown graphically in FIGS. 1 to 4. WSH mean water of standardized hardness and 2 x 2 denotes the specimen size in cm. 1 to 4 shows the reduction in the number of bacteria in log stages compared to the hardness standardized by water. Number of nuclei per unit volume and N ° Number of germs in the water sample after the respective contact time: where N mean.
Fig. 1 zeigt die Versuchsergebnisse des Vergleichsbeispiels. Es ist gut zu erkennen, dass keinerlei das Mikrobenwachstum negativ beeinflussende Faktoren zugegen sind.1 shows the test results of the comparative example. It is easy to see that there are no factors that negatively affect microbial growth.
Fig. 2 zeigt die Versuchsergebnisse des Beispiels 1. Es ist gut zu erkennen, dass intakte, selbstreinigende Oberflächen nur marginales antimikrobielles Verhalten aufweisen.FIG. 2 shows the test results of Example 1. It can be clearly seen that intact, self-cleaning surfaces have only marginal antimicrobial behavior.
Fig. 3 zeigt die Versuchsergebnisse des Beispiels 2. Es ist gut zu erkennen, dass geringfügige Beschädigungen der selbstreinigenden Oberfläche beginnende antimikrobielle Eigenschaften hervorbringen.3 shows the test results of Example 2. It can be clearly seen that slight damage to the self-cleaning surface brings about the beginning of antimicrobial properties.
Fig. 4 zeigt die Versuchsergebnisse des Beispiels 3. Es ist gut zu erkennen, dass mit zunehmender Zerstörung der selbstreinigenden Oberfläche die antimikrobiellen Effekte zunehmen.4 shows the test results of Example 3. It can be clearly seen that the antimicrobial effects increase with increasing destruction of the self-cleaning surface.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die erfindungsgemäßen Oberflächen näher erläutern, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsarten beschränkt sein soll.The following examples are intended to explain the surfaces according to the invention in more detail, without the invention being restricted to these embodiments.
VergleichsbeispielComparative example
20 % Methylmethacrylat, 20 % Pentaerithrittetraacrylat und 60 % Hexandioldimethacrylat
werden miteinander gemischt. Bezogen auf diese Mischung werden 14 % Plex 4092 F (Plexiglas, Firma Röhm) und 2 % Darocur 1173, ein UV-Härter zugesetzt und mindestens 60 min. gerührt. Diese Mischung wird auf eine 2 mm dicke PMMA-Platte 50 μm dick aufgezogen und die Schicht 5 min. antrocknen lassen. Anschließend wird eine Kieselsäure (Aerosil R8200, Degussa AG) aufgestreut und 3 min. später mit einer Wellenlänge von 308 nm unter Stickstoff gehärtet. Überschüssiges Aerosil R8200 wird abgebürstet. Die Charakterisierung der Oberflächen visuell und ist mit +++ protokolliert, das bedeutet, Wassertropfen bilden sich nahezu vollständig aus und der Abrollwinkel ist unterhalb von 10 °. Die Beurteilung der mikrobiziden Wirksamkeit gegen den Testkeim Staphylococcus aureus bei 30 °C in Wasser standardisierter Härte wird mit einer nicht vorhandenen Keimzahlreduzierung angegeben.20% methyl methacrylate, 20% pentaerythritol tetraacrylate and 60% hexanediol dimethacrylate are mixed together. Based on this mixture, 14% Plex 4092 F (Plexiglas, Röhm company) and 2% Darocur 1173, a UV hardener, are added and at least 60 min. touched. This mixture is drawn onto a 2 mm thick PMMA plate 50 μm thick and the layer 5 min. let dry. Then a silica (Aerosil R8200, Degussa AG) is sprinkled on and 3 min. later hardened with a wavelength of 308 nm under nitrogen. Excess Aerosil R8200 is brushed off. The characterization of the surfaces is visual and is recorded with +++, which means that water drops form almost completely and the roll angle is below 10 °. The assessment of the microbicidal activity against the test germ Staphylococcus aureus at 30 ° C in water of standardized hardness is indicated with a non-existent reduction in the bacterial count.
Beispiel 1example 1
20 % Methylmethacrylat, 20 % Pentaerithrittetraacrylat und 60 % Hexandioldimethacrylat werden miteinander gemischt. Bezogen auf diese Mischung werden 4 % Plex 4092 F (Röhm), 2 % Darocur 1173 (UV-Härter) und 10 % Amina T100 , wie zuvor beschrieben zugemischt. Die Mischung wird mindestens 60 min. lang gerührt, aufgezogen auf eine 2 mm PMMA- Platte zu 50 μm Dicke und 5 min. antrocknen lassen. Anschließend wird mit Aerosil R8200 bestreut und 3 min. später bei einer Wellenlänge von 308 nm unter Stickstoff gehärtet. Überschüssiges Aerosil R8200 wird abgebürstet. Die Charakterisierung der Oberfläche erfolgt visuell und ist mit +++ protokolliert, das bedeutet, Wassertropfen bilden sich nahezu vollständig aus und der Abrollwinkel ist unterhalb von 10 °. Aus einer so behandelten Platte wird ein 2 x 2 cm großes Stück ausgesägt und es wurde die mikrobizide Wirksamkeit getestet. Dabei wurde die Testfläche mit der strukturierten Seite in Kontakt zur Testlösung gebracht und zeitabhängig die Keimzahlreduzierung bestimmt. Die Beurteilung der mikrobiziden Wirksamkeit gegen den Testkeim Staphylococcus aureus bei 30 °C in Wasser standardisierter Härte wird mit nur 0,31 log-Stufen angegeben.20% methyl methacrylate, 20% pentaerythritol tetraacrylate and 60% hexanediol dimethacrylate are mixed together. Based on this mixture, 4% Plex 4092 F (Röhm), 2% Darocur 1173 (UV hardener) and 10% Amina T100 are mixed in as previously described. The mixture is at least 60 min. long stirred, drawn on a 2 mm PMMA plate to 50 microns thick and 5 min. let dry. Then sprinkle with Aerosil R8200 and 3 min. later hardened at a wavelength of 308 nm under nitrogen. Excess Aerosil R8200 is brushed off. The surface is characterized visually and is recorded with +++, which means that water drops form almost completely and the roll angle is below 10 °. A 2 x 2 cm piece is sawn out of a plate treated in this way and the microbicidal activity has been tested. The test area was brought into contact with the structured side of the test solution and the bacterial count was determined as a function of time. The assessment of the microbicidal activity against the test germ Staphylococcus aureus at 30 ° C in water of standardized hardness is given with only 0.31 log steps.
Beispiel 2 Analog Beispiel 1 werden die Monomeren gemischt und die Beschichtung durchgeführt. Die Oberfläche wird jedoch leicht angeritzt, so dass die antimikrobielle Coatingschicht (das
Trägersystem) Kontakt zur Nährflüssigkeit hat. Die Beurteilung der mikrobiziden Wirksamkeit gegen den Testkeim Staphylococcus aureus bei 30 °C in Wasser standardisierter Härte wird mit nur 0,40 log-Stufen angegeben.Example 2 Analogously to Example 1, the monomers are mixed and the coating is carried out. However, the surface is slightly scratched so that the antimicrobial coating layer (the Carrier system) has contact with the nutrient fluid. The assessment of the microbicidal activity against the test germ Staphylococcus aureus at 30 ° C in water of standardized hardness is given with only 0.40 log steps.
Beispiel 3Example 3
Analog Beispiel 1 werden die Monomeren gemischt und die Beschichtung durchgeführt. Die Oberfläche wird jedoch stärker angeritzt, so dass die antimikrobielle Coatingschicht (das Trägersystem) Kontakt zur Nährflüssigkeit hat. Die Beurteilung der mikrobiziden Wirksamkeit gegen den Testkeim Staphylococcus aureus bei 30 °C in Wasser standardisierter Härte wird mit 0,90 log-Stufen angegeben.Analogously to Example 1, the monomers are mixed and the coating is carried out. However, the surface is scored more so that the antimicrobial coating layer (the carrier system) is in contact with the nutrient fluid. The assessment of the microbicidal activity against the test germ Staphylococcus aureus at 30 ° C in water of standardized hardness is given as 0.90 log steps.
Anhand der Beispiele und der zugehörigen Figuren Fig. 1 bis 4 ist erkennbar, dass mit zunehmender Beschädigung der Oberfläche die antimikrobielle Wirkung zunimmt. Der gewünschte Effekt, nämlich die Verringerung des Auftretens von Keimen auf selbstreinigenden Oberflächen, insbesondere auf beschädigten selbstreinigenden Oberflächen, wurde durch die erfindungsgemäße Oberfläche erreicht.
From the examples and the associated figures FIGS. 1 to 4 it can be seen that the antimicrobial effect increases with increasing damage to the surface. The desired effect, namely the reduction in the occurrence of germs on self-cleaning surfaces, in particular on damaged self-cleaning surfaces, was achieved by the surface according to the invention.