WO2003013827A1 - Structured surfaces that show a lotus effect - Google Patents

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WO2003013827A1
WO2003013827A1 PCT/EP2002/006754 EP0206754W WO03013827A1 WO 2003013827 A1 WO2003013827 A1 WO 2003013827A1 EP 0206754 W EP0206754 W EP 0206754W WO 03013827 A1 WO03013827 A1 WO 03013827A1
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WO
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structured surfaces
structured
periodic
elevations
surfaces according
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PCT/EP2002/006754
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Markus Oles
Bernhard Schleich
Edwin Nun
Original Assignee
Creavis Gesellschaft Für Technologie Und Innovation Mbh
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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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    • B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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    • B08B17/06—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement
    • B08B17/065—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement the surface having a microscopic surface pattern to achieve the same effect as a lotus flower
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
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    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037—Other properties
    • B29K2995/0093—Other properties hydrophobic

Definitions

  • the present invention relates to structured surfaces with a low surface energy, which have elevations, the elevations being connected to one another by ridges. These surfaces can be modeled from stochastic or periodic fine structures.
  • CH-PS-268258 describes a method in which structured surfaces are produced by applying powders such as caolin, talc, clay or silica gel.
  • powders such as caolin, talc, clay or silica gel.
  • this patent does not describe what the grain size distribution is.
  • the writing also remains guilty of how the radii of curvature or the other structural features of the applied particles are.
  • WO 00/58410 comes to the conclusion that it is technically possible to make the surfaces of objects artificially self-cleaning.
  • the surface structures of elevations and depressions required for this have a distance between the elevations of the surface structures in the range from 0.1 to 200 ⁇ m and a height of the elevation in the range from 0.1 to 100 ⁇ m.
  • the materials used for this must consist of hydrophobic polymers or durable hydrophobic material. Detergent detachment from the carrier matrix must be prevented. As with the fonts described above, no information is given about the geometric shape of the structures used. Methods for producing these structured surfaces are also known.
  • DE 100 62 201 describes a method for embossing hydrophobic polymers, in which elevations with a height of 50 nm to 1000 microns and a distance of 50 nm to 500 microns are generated.
  • DE 101 10 589 describes structured surfaces and a method for their production, the structured surface consisting of elevations with a height of 50 nm to 200 ⁇ m and a distance of 50 nm to 200 ⁇ m and the elevations having an external shape which is described by a mathematical function with a rotational symmetry with respect to a maximum.
  • an aspect ratio of> 1 is not decisive for the self-cleaning effect. More important than the aspect ratio is the correct distance between the structures and the hydrophobicity of the surface. Contact angles greater than 150 ° can only be achieved by combining the size of the surface offered by the drops with a low surface energy.
  • DE 101 34 362 has therefore developed a structured surface which has line-shaped elevations and which have a height of the elevations from one another of 50 nm to 200 ⁇ m.
  • line-shaped elevations are mechanically much more stable compared to pointed or conical elevations, this only applies to forces that act in the direction of the lines.
  • the elevations are less stable when forces occur perpendicular to the lines.
  • structured, hydrophobic surfaces the structure of which is formed by elevations, adjacent elevations being connected by ridges which have a lower average height than the elevations connected by them, have a significantly higher stability to forces from all directions than conventional structures.
  • the present invention therefore relates to structured, hydrophobic surfaces according to claim 1, the structure of which is formed by elevations, which are characterized in that adjacent elevations are connected by ridges which have a lower average height than the elevations connected by them.
  • the present invention also relates to a method for producing structured surfaces according to at least one of claims 1 to 9 by molding a negative shape onto an unstructured surface, which is characterized in that the negative shape is a surface made up of parts of spheres or rounded truncated pyramids and between the Ball parts has valley-shaped incisions.
  • the present invention also relates to the use of the structured Surface according to one of claims 1 to 8 for the production of containers, foils, semi-finished products or reaction vessels and movable objects which have an outer shell with wholly or partially structured surfaces according to one of claims 1 to 9.
  • the surfaces according to the invention have the advantage that they have a significantly greater mechanical stability than conventional surfaces with a self-cleaning effect.
  • the surfaces according to the invention are also easy to produce.
  • the structured, hydrophobic surfaces according to the invention are characterized in that adjacent elevations are connected by ridges which have a lower average height than the elevations connected by them.
  • the surveys themselves preferably have an average height of 50 nm to 200 ⁇ m, particularly preferably an average height of 100 nm to 500 nm, from 0.5 ⁇ m to 50 ⁇ m or from 50 ⁇ m to 200 ⁇ m and very particularly preferably an average height of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the average height of the ridges connecting the elevations can be designed differently. This enables flat and deep forms of the structures made up of elevations and ridges.
  • the average height of the ridges connecting the elevations is preferably from 5 to 99%, preferably from 40 to 90%, particularly preferably from 40 to 50%, from 50 to 60%, from 60 to 80% and very particularly preferably from 60 to 70 % of the average height of the surveys connected by the ridge.
  • the surfaces structured according to the invention can have elevations which have a stochastic or periodic structure.
  • the stochastic structure is preferably a speckle pattern with an average speckle size of 30 to 50 ⁇ m, preferably 30 to 35 ⁇ m, 35 to 40 ⁇ m, 40 to 45 ⁇ m or 45 to 50 ⁇ m.
  • the structure has a stochastic structure, on which a periodic fine structure is superimposed.
  • This fine-tied structure preferably has a period of 0.5 to 10 ⁇ m, particularly preferably a period from 0.5 to 3 ⁇ m, from 3 to 6 ⁇ m or from 6 to 10 ⁇ m and very particularly preferably a period from 1 to 2.5 ⁇ m.
  • the structure has a periodic coarse structure on which a periodic fine structure is superimposed.
  • the structured surface according to the invention preferably has a coarse structure which has a pattern which has a 2-, 3-, 4-, 6- or 8-fold symmetry. It can be advantageous if the coarse structure has a period, that is to say a distance from tip to tip of 20 to 30 ⁇ m. Any fine structure that is present preferably has a period of 0.5 to 10 ⁇ m, very particularly preferably 1 to 2.5 ⁇ m.
  • the saddle depth ie the depth from tip to ridge of the coarse structure, is preferably from 2 to 20 ⁇ m, very particularly preferably from 7 to 11 ⁇ m. This depth in particular can be varied. Both deep coarse structures and flat coarse structures are suitable. A periodic coarse structure with a periodic fine structure has proven to be particularly suitable.
  • the structured surface can be made from a wide variety of materials. However, the surface very particularly preferably has a polymer.
  • the structured surfaces according to the invention are preferably produced by the method according to the invention for the production of structured surfaces by molding a negative shape onto an unslurctured surface, the negative shape having a surface made up of parts of spheres or rounded truncated pyramids and the negative shape having valley-shaped incisions between the spherical parts.
  • the burrs on the structured surfaces are created by the incisions that connect the spheres or pyramid tips.
  • the molding can e.g. B. done by embossing or rolling.
  • the molding by embossing or rolling is particularly suitable for the production of surfaces according to the invention on planar objects, such as. B. foils or plates. It is also possible that
  • IMD injection molding or "In Mold Decoration”
  • the latter method is particularly suitable for equipping non-planar or three-dimensional objects with a surface according to the invention.
  • the molding can also take place in liquid or pasty coatings or in reactive lacquers with simultaneous curing of the coating.
  • the surfaces according to the invention can be produced in particular by embossing in polymeric moldings or else by molding in and subsequent hardening of coating systems.
  • the ideal way to do this is to use rollers that have corresponding patterns over the circumference.
  • Polymer moldings in the aforementioned sense are, for example, injection molded moldings or deep drawn moldings.
  • the structuring can take place simultaneously with the shaping.
  • Flat polymer moldings are intelligently provided with the corresponding structures during rolling or calendering.
  • a subsequent painting and molding of the structure after the shaping falls into the paint with simultaneous or subsequent hardening, for example by UV light.
  • a material selected from soft metals or soft metal alloys, plastics, thermoplastic plastics or thermosetting plastics, in particular polyamides, polymethacrylates, polysulfones, polyoxymethylenes, polyparaphenylene oxides, polyparaphenylene sulfides or polyimides, can be used as the material for producing surfaces according to the invention. Embossing into hydrophobic polymers, hydrophobic copolymers or hydrophobic polymer blends is particularly advantageous.
  • the objects do not have to consist entirely of the materials mentioned, but it may be sufficient if the objects are coated or coated with one of the materials mentioned, the thickness of the coating or coating having to be at least so large that the impression of the surveys according to the invention is possible.
  • the surface or the material of the surface preferably has hydrophobic properties, it being possible for the surface or the material to be rendered hydrophobic before or after the structuring, or else the material itself can have hydrophobic properties without treatment. If the surface is rendered hydrophobic, this is preferably done by treating the surface with at least one compound from the group of alkylsilanes, perfluoroalkylsilanes or alkyldisilazanes.
  • the material for producing surfaces according to the invention has hydrophobic properties.
  • Such materials include in particular bulk polymers with polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or polymers made from perfluoroalkyoxy compounds, be it as a homo- or copolymer or as a component of a blend of a polymer blend.
  • Surfaces according to the invention can therefore be produced from materials which have hydrophobic behavior even before the structuring of their surface.
  • a surface modification with compounds which contain hydrophobic groups may be sufficient.
  • Methods of this type involve the covalent attachment of monomers or oligomers to the surface by a chemical reaction, e.g. B. Treating surfaces with alkyl fluorosilanes, such as Dynasilan F 8261 from Sivento Chemie Rheinfelden GmbH, with fluorinated ormocers, or by treatment with at least one compound from the group consisting of alkylsilanes, perfluoroalkylsilanes or alkyldisilazanes.
  • alkyl fluorosilanes such as Dynasilan F 8261 from Sivento Chemie Rheinfelden GmbH
  • radical sites are first generated on the surface, which react with free-radically polymerizable monomers in the presence or absence of oxygen.
  • the surfaces can be activated by means of plasma, UV or gamma radiation and by means of special photoinitiators. After activating the surface, i.e. H. after the generation of free radicals, the monomers can be polymerized. Such a method generates a mechanically particularly resistant coating.
  • the coating of a material or a structured surface by plasma polymerization of fluoroalkenes or fully or partially fluorinated vinyl compounds has proven particularly useful.
  • hydrophobization of a structured surface by means of an RF hollow cathode plasma source by plasma polymerization with argon as the carrier gas and a fluoromonomer, such as. B. C 4 F 8 , octafluro-2-butene, perfluorocyclobutane or tetrafluoroethylene, as a monomer at a pressure of about 0.2 mbar represents a technically simple and elegant variant for subsequent coating.
  • hydrophobization of polymer surfaces of any shape by means of elemental fluorine diluted in inert gas is an elegant standard process for appropriately equipped companies and is therefore suitable for the hydrophobization of surfaces according to the invention.
  • an object that has already been manufactured can be coated with a thin layer of a hydrophobic polymer. This can be done in the form of a lacquer or by polymerizing appropriate monomers on the surface of the object. Solutions, pastes or dispersions of polymers such as e.g. B. polyvinylidene fluoride (PVDF) or reactive paints are used. Particularly suitable monomers for polymerization on the materials or their structured surfaces are alkyl fluorosilanes such as Dynasilan F 8261 (Sivento Chemie Rheinfelden GmbH, Rheinfelden).
  • the negative form with stochastic structures is preferably produced by exposing a photoresist plate to a speckle pattern.
  • speckle patterns are described in detail in the book by Pramod K. Rastogi, title "Digital Speckle Pattern Interferrometry and Related Techniques", published by Wiley-Verlag, Chichester 2000.
  • An outstanding property of this stochastic structure is that there are no interference phenomena on the surface .
  • the stochastic structures can be produced by exposure to speckle patterns in a photoresist.
  • the respective speckle pattern can be generated by coherent radiation of a primary diffuser. It is possible to set both the size and the symmetry of the speckies. Etched glass panes, for example, can be used as the primary diffuser.
  • the negative forms preferably have structures that are periodic and / or stochastic in character. Such negative forms are obtainable by producing positive forms with stochastic and / or periodic structures, from which the negative forms are molded.
  • the positive forms preferably have stochastic structures that are overlaid with a periodic fine structure or periodic coarse structures that are overlaid with a periodic fine structure.
  • the stochastic structure is based on speckle patterns with an average speckle size of 30 to 50 ⁇ m. After creating this rough stochastic structure, this structure is overlaid with a periodic fine structure.
  • the period of this fine structure is from 0.5 to 10 ⁇ m, preferably from 1 to 2.5 ⁇ m.
  • the periodic rough structure which is overlaid by a periodic fine structure, arises from the overlay of two periodic structures.
  • the coarse structure preferably has a period between 20 to 30 ⁇ m.
  • a fine structure with a Period from 0.5 to 10 microns, preferably from 1 to 2.5 microns.
  • the saddle depth of the rough structure is approx. 4 ⁇ m. This depth in particular can be varied. Both deep coarse structures and flat coarse structures are suitable.
  • a periodic coarse structure with a periodic fine structure has proven to be particularly suitable.
  • Surfaces structured according to the invention have particularly high contact angles. This largely prevents wetting of the surface and leads to rapid drop formation. If the surface is inclined appropriately, the drops can roll on the elevations, pick up dirt particles and thus clean the surface at the same time.
  • Objects with surfaces structured according to the invention are very easy to clean. If rolling drops of z. B. rain water, dew or other water in the area of application of the object is not sufficient for cleaning, the objects can be cleaned by simply rinsing with water.
  • Bacteria and other microorganisms require water for adhesion to a surface or for multiplication on a surface, which is not available on the hydrophobic surfaces of the present invention.
  • Surfaces structured according to the invention prevent the growth of bacteria and other microorganisms and are therefore bacteriophobic and / or antimicrobial.
  • One area of application for the surfaces according to the invention are containers which are to be emptied without residues or holders which can be cleaned quickly, such as, for example, wafer holders in semiconductor production.
  • wafers are transported to various baths using special holders (cassettes).
  • cleaning steps in particular the holders, are required.
  • the cleaning or drying steps are dispensed with if the respective bath liquid drips completely from the holder when the wafer is removed from the bath.
  • the structured surfaces according to the invention are outstandingly suitable for the production of products, whose surfaces favor the drainage of liquids.
  • the structured surfaces according to the invention are particularly suitable for the production of containers, foils, semi-finished products or reaction vessels.
  • Surfaces according to the invention are preferably used for the production of products which clean or empty themselves by running water.
  • Preferred uses are containers, transparent bodies, pipettes, reaction vessels, foils, semi-finished products or holders.
  • objects made of almost any materials can be equipped with the structured foils according to the invention by applying and fixing the foil on the object.
  • the present invention also includes movable objects which have an outer shell with a wholly or partially structured surface according to the invention.
  • movable objects can e.g. B. be selected from vehicles, blades of wind turbines, turbine wheels or agitator blades.
  • the moving objects can in particular vehicles such. B. cars, buses, trucks, ships, boats, submarines, airplanes, balloons, zeppelins or rockets or toys.
  • the use of the surface according to the invention largely prevents contamination of the vehicles or the agitator blades.
  • the surveys of the present invention have a significantly higher durability.
  • FIGS. 1 to 3 show various structural variants according to the invention in accordance with the present invention, without the invention being restricted to these embodiments.
  • Example 1 shows an SEM image of a self-cleaning surface produced according to the invention, which has a stochastic structure. The production of this surface is described in Example 1.
  • Example 2 shows an SEM image of a self-cleaning surface produced according to the invention, which has a periodic coarse structure in the deep form, overlaid by one has periodic fine structure. The production of this surface is described in Example 2.
  • Example 3 shows an SEM image of a self-cleaning surface produced according to the invention, which has a periodic coarse structure in the flat design, superimposed by a periodic fine structure. The production of this surface is described in Example 3.
  • Example 1 Production of a self-cleaning surface with a stochastic structure
  • a glass pane was coated with a highly viscous positive photoresist ma - P1275, with a lacquer thickness of approx. 15 ⁇ m.
  • the speckle pattern was generated by irradiating a primary diffuser. Coherent laser light with a dose of 10 mJ / cm 2 and a wavelength of 364 nm was used. After exposure, a highly concentrated developer was used to develop the structure.
  • the photoresist was sputtered with a gold layer as a piater base and then electroplated in nickel. With the nickel shim thus produced, the structure was molded in a hydrophobic, UV-curing lacquer system.
  • Example 2 Production of a self-cleaning surface with a periodic coarse structure, overlaid with a periodic fine structure in the deep expression
  • a glass pane was coated with a highly viscous positive photoresist ma - P1275, with a lacquer thickness of approx. 15 ⁇ m.
  • the rough structure as well as the fine structure was generated by irradiating a cross grating (27 ⁇ m and 2 ⁇ m period) with different distances.
  • Coherent laser light with a dose of 2 x 70 mJ / cm 2 and a wavelength of 364 nm was used to produce the coarse structure.
  • Coherent laser light with a dose as in Example 1 was used for the subsequent generation of the fine structure. With the coarse structure, a saddle depth of 9 ⁇ m could be achieved at a height of the elevations of 9.5 to 10 ⁇ m.
  • the height distance from the lowest to the highest elevations of the fine structure was also approx. 10 ⁇ m.
  • a highly concentrated developer was used to develop the structure.
  • the photoresist was sputtered with a gold layer as a piater base and then electroplated in nickel. With the nickel shim thus produced, the The structure is molded in a hydrophobic, UV-curing lacquer system.
  • Example 3 Production of a self-cleaning surface with a periodic coarse structure, superimposed by a periodic fine structure in the flat shape.
  • This structure is produced analogously to Example 2.
  • the radiation doses for the coarse structure were reduced to 2 x 6mJ / cm 2 .
  • the coarse structure had a height of 3 to 3.5 ⁇ m.
  • the rough structure of this variant has a saddle depth of 2 ⁇ m.
  • the contact angle of a liquid with the surface was determined with a contact angle measuring device. The more hydrophobic the surface, the greater the contact angle. A distinction is made in the measurement between the advancing and retreating angles. At the advancing angle, a drop is pipetted onto the surface and the angle of the tangent at the point of contact between the solid and the spreading liquid drops is determined. At the retreat angle, the tangent of a water drop that decreases in volume is measured. Have good lotus surfaces Progress and retreat angles of more than 150 °.
  • Roll-off angle specifies the inclination of a surface where a drop of water rolls off this surface independently. The smaller the roll angle, the better the self-cleaning effect.

Abstract

The invention relates to self-cleaning surfaces that are generated by a stochastic structure or by combining two periodic structures. Surfaces having non-wetting properties have a number of economically important features. The surfaces that are difficult to wet with water combined with a suitable structure are referred to as so-called lotus effect surfaces. Dirt is simply removed from these surfaces by moving water, thereby eliminating the need for a very cost- and time-consuming cleaning of the surfaces.

Description

Strukturierte Oberflächen mit Lotus-EffektTextured surfaces with lotus effect
Die vorliegende Erfindung betrifft strukturierte Oberflächen mit einer niedrigen Oberflächenenergie, die Erhebungen aufweisen, wobei die Erhebungen untereinander durch Grate verbunden sind. Diese Oberflächen lassen sich aus stochastischen oder periodischen Feinstrukturen modellieren.The present invention relates to structured surfaces with a low surface energy, which have elevations, the elevations being connected to one another by ridges. These surfaces can be modeled from stochastic or periodic fine structures.
Es ist bekannt, dass Oberflächen mit einer Kombination aus Mikroslxuktur und geringer Oberflächenenergie interessante Eigenschaften aufweisen. Eine geeignete Kombination aus Struktur und Hydrophobie macht es möglich, dass schon geringe Mengen bewegten Wassers auf der Oberfläche haftende Schmutzpartikel mitnehmen und die Oberfläche vollständig reinigen (WO 96/04123; US 33 54 022). Stand der Technik gemäß EP 0 933 380 ist, dass für solche Oberflächen ein Aspektverhältnis von > 1 und eine Oberflächenenergie von weniger als 20 mN/m erforderlich ist. Das Aspektverhältnis ist hierbei definiert als der Quotient von Höhe zur Breite der Struktur.It is known that surfaces with a combination of microstructure and low surface energy have interesting properties. A suitable combination of structure and hydrophobicity makes it possible for even small amounts of moving water to take dirt particles adhering to the surface with them and to clean the surface completely (WO 96/04123; US 33 54 022). State of the art according to EP 0 933 380 is that an aspect ratio of> 1 and a surface energy of less than 20 mN / m is required for such surfaces. The aspect ratio is defined as the quotient of the height and the width of the structure.
Wasserabstoßende Oberflächen werden in der Literatur vielfach beschrieben. CH-PS-268258 beschreibt ein Verfahren, bei dem durch Aufbringen von Pulvern wie Caolin, Talkum, Ton oder Silikagel, strukturierte Oberflächen erzeugt werden. Diese Patentschrift beschreibt allerdings nicht, wie die Korngrößenverteilung ist. Die Schrift bleibt auch schuldig, wie die Krümmungsradien oder die sonstigen Strukturmerkmale der aufgebrachten Partikel sind.Water-repellent surfaces are widely described in the literature. CH-PS-268258 describes a method in which structured surfaces are produced by applying powders such as caolin, talc, clay or silica gel. However, this patent does not describe what the grain size distribution is. The writing also remains guilty of how the radii of curvature or the other structural features of the applied particles are.
WO 00/58410 kommt zu dem Ergebnis, dass es technisch möglich ist, Oberflächen von Gegenständen künstlich selbstreinigend zu machen. Die hierfür nötigen Oberflächenstrukturen aus Erhebungen und Vertiefungen haben einen Abstand zwischen den Erhebungen der Oberflächenstrukturen im Bereich von 0,1 bis 200 μm und eine Höhe der Erhebung im Bereich von 0,1 bis 100 μm. Die hierfür verwendeten Materialien müssen aus hydrophoben Polymeren oder haltbar hydrophobiertem Material bestehen. Ein Auslösen der Detergentien aus der Trägermatrix muss verhindert werden. Wie bei den zuvor beschriebenen Schriften wird auch hier keine Angabe über die geometrische Form der verwendeten Strukturen gemacht. Verfaliren zur Herstellung dieser strukturierten Oberflächen sind ebenfalls bekannt. Neben der detailgetreuen Abformung dieser Strukturen durch eine Masterstruktur im Spritzguss- oder Prägeverfahren sind auch Verfahren bekannt, die das Aufrauhen und anschließende Fluorieren von Oberflächen nutzen wie z. B. US 55 99 489. In DE 100 62 201 wird ein Verfahren zur Prägung von hydrophoben Polymeren beschrieben, bei welchem Erhebungen mit einer Höhe von 50 nm bis 1000 μm und einem Abstand von 50 nm bis 500 μm erzeugt werden. In DE 101 10 589 werden strukturierte Oberflächen und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben, wobei die strukturierte Oberfläche aus Erhebungen mit einer Höhe von 50 nm bis 200 μm und einem Abstand von 50 nm bis 200 μm besteht und die Erhebungen eine äußere Form aufweisen, die durch eine mathematische Funktion mit einer Rotationssymetrie bezüglich eines Maximums beschrieben wird.WO 00/58410 comes to the conclusion that it is technically possible to make the surfaces of objects artificially self-cleaning. The surface structures of elevations and depressions required for this have a distance between the elevations of the surface structures in the range from 0.1 to 200 μm and a height of the elevation in the range from 0.1 to 100 μm. The materials used for this must consist of hydrophobic polymers or durable hydrophobic material. Detergent detachment from the carrier matrix must be prevented. As with the fonts described above, no information is given about the geometric shape of the structures used. Methods for producing these structured surfaces are also known. In addition to the detailed reproduction of these structures by a master structure in the injection molding or embossing process, processes are also known which use the roughening and subsequent fluorination of surfaces, such as. B. US 55 99 489. DE 100 62 201 describes a method for embossing hydrophobic polymers, in which elevations with a height of 50 nm to 1000 microns and a distance of 50 nm to 500 microns are generated. DE 101 10 589 describes structured surfaces and a method for their production, the structured surface consisting of elevations with a height of 50 nm to 200 μm and a distance of 50 nm to 200 μm and the elevations having an external shape which is described by a mathematical function with a rotational symmetry with respect to a maximum.
Allen diesen Verfahren gemeinsam ist aber, dass das selbstreinigende Verhalten dieser Oberflächen durch ein sehr hohes Aspektverhältnis beschrieben wird und dass die Strukturen dreidimensional periodisch sind.All of these methods have in common that the self-cleaning behavior of these surfaces is described by a very high aspect ratio and that the structures are three-dimensional periodic.
In der kürzlich erschienen Arbeit von G. Öner und TJ. McCarthy in Langmuir 2000, 16, 7777 - 7782, zeigen die Autoren, dass kein Zusammenhang zwischen dem Aspektverhältnis und dem Fort- und Rückzugswinkel besteht. Der Kontaktwinkel ist somit unabhängig von der Höhe der Strukturen und, so beschreiben es die Autoren weiter, unabhängig von der Oberflächenchemie. Die Autoren berichten ferner, dass die Randwinkel unabhängig von den geometrischen Strukturen sind. Allerdings steigt der Rückzugswinkel mit zunehmendem Strukturabstand an. Dies widerspricht jedoch den Erfahrungen der Anmelderin.In the recently published work by G. Öner and TJ. McCarthy in Langmuir 2000, 16, 7777-7782, the authors show that there is no connection between the aspect ratio and the angle of extension and retreat. The contact angle is therefore independent of the height of the structures and, the authors describe it further, regardless of the surface chemistry. The authors also report that the contact angles are independent of the geometric structures. However, the retreat angle increases with increasing structure distance. However, this contradicts the applicant's experience.
Es wurde gefunden, dass ein Aspektverhältnis von > 1 nicht ausschlaggebend für den Selbstreinigungs-Effekt ist. Wichtiger als das Aspektverhältnis ist der richtige Abstand der Strukturen zueinander und die Hydrophobie der Oberfläche. Nur durch die Kombination der Größe der den Tropfen angebotenen Oberfläche mit einer geringer Oberflächenenergie können Randwinkel größer 150 ° erreicht werden.It has been found that an aspect ratio of> 1 is not decisive for the self-cleaning effect. More important than the aspect ratio is the correct distance between the structures and the hydrophobicity of the surface. Contact angles greater than 150 ° can only be achieved by combining the size of the surface offered by the drops with a low surface energy.
Hohe Aspektverhältnisse im dreidimensionalen Raum, d. h. hohe, schmale, isoliert stehende Objekte sind nur schwer technisch realisierbar und besitzen eine geringe mechanische Stabilität.High aspect ratios in three-dimensional space, ie tall, narrow, isolated objects are difficult to implement technically and have a low mechanical Stability.
In DE 101 34 362 wurde deshalb eine strukturierte Oberfläche entwickelt, die linienf 'rmige Erhebungen aufweist und die eine Höhe der Erhebungen voneinander von 50 nm bis 200 μm aufweisen. Obwohl linienförmige Erhebungen mechanisch deutlich stabiler im Vergleich zu spitzen- oder kegelförmigen Erhebungen sind, gilt dies allerdings nur bei Kräften, die in Richtung der Linien wirken. Beim Auftreten von Kräften senkrecht zu den Linien sind die Erhebungen weniger stabil.DE 101 34 362 has therefore developed a structured surface which has line-shaped elevations and which have a height of the elevations from one another of 50 nm to 200 μm. Although line-shaped elevations are mechanically much more stable compared to pointed or conical elevations, this only applies to forces that act in the direction of the lines. The elevations are less stable when forces occur perpendicular to the lines.
Es bestand daher die Aufgabe, Oberflächenstrukturen zu finden, die einen hohen Randwinkel mit Wasser, d. h. den sogenannten LOTUS-Effekt® bzw. Selbstreinigung durch bewegtes Wasser aufweisen und gleichzeitig eine bessere mechanische Stabilität als herkömmliche selbstreinigende Oberflächen aufweisen.It was therefore the task to find surface structures that have a high contact angle with water, i.e. H. have the so-called LOTUS-Effect® or self-cleaning by moving water and at the same time have better mechanical stability than conventional self-cleaning surfaces.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass strukturierte, hydrophobe Oberflächen, deren Struktur von Erhebungen gebildet werden, wobei benachbarte Erhebungen durch Grate verbunden sind, die eine geringere mittlere Höhe als die durch sie verbundenen Erhebungen aufweisen, eine deutlich höhere Stabilität gegenüber Kräften aus allen Richtungen aufweisen, als herkömmliche Strukturen.Surprisingly, it was found that structured, hydrophobic surfaces, the structure of which is formed by elevations, adjacent elevations being connected by ridges which have a lower average height than the elevations connected by them, have a significantly higher stability to forces from all directions than conventional structures.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind deshalb strukturierte, hydrophobe Oberflächen gemäß Anspruch 1, deren Struktur von Erhebungen gebildet wird, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass benachbarte Erhebungen durch Grate verbunden sind, die eine geringere mittlere Höhe als die durch sie verbundenen Erhebungen aufweisen.The present invention therefore relates to structured, hydrophobic surfaces according to claim 1, the structure of which is formed by elevations, which are characterized in that adjacent elevations are connected by ridges which have a lower average height than the elevations connected by them.
Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von strukturierten Oberflächen gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9 durch Abformen einer Negativform auf eine unstrukturierte Oberfläche, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Negativform eine Oberfläche aus Teilen von Kugeln oder abgerundeten Pyramidenstümpfen und zwischen den Kugelteilen talformige Einschnitte aufweist.The present invention also relates to a method for producing structured surfaces according to at least one of claims 1 to 9 by molding a negative shape onto an unstructured surface, which is characterized in that the negative shape is a surface made up of parts of spheres or rounded truncated pyramids and between the Ball parts has valley-shaped incisions.
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung der strukturierten Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Behältern, Folien, Halbzeugen oder Reaktionsgefäßen sowie bewegliche Objekte die eine äußere Hülle mit ganz oder teilweise strukturierten Oberflächen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweisen.The present invention also relates to the use of the structured Surface according to one of claims 1 to 8 for the production of containers, foils, semi-finished products or reaction vessels and movable objects which have an outer shell with wholly or partially structured surfaces according to one of claims 1 to 9.
Die erfindungsgemäßen Oberflächen haben den Vorteil, dass sie gegenüber herkömmlichen Oberflächen mit Selbstreinigungseffekt eine deutlich größere mechanische Stabilität aufweisen. Die erfindungsgemäßen Oberflächen sind außerdem einfach herzustellen.The surfaces according to the invention have the advantage that they have a significantly greater mechanical stability than conventional surfaces with a self-cleaning effect. The surfaces according to the invention are also easy to produce.
Die erfindungsgemäßen strukturierten, hydrophoben Oberflächen, deren Struktur von Erhebungen, gebildet werden, zeichnen sich dadurch aus, dass benachbarte Erhebungen durch Grate verbunden sind, die eine geringere mittlere Höhe als die durch sie verbundenen Erhebungen aufweisen. Die Erhebungen selbst weisen vorzugsweise eine mittlere Höhe von 50 nm bis 200 μm, besonders bevorzugt eine mittlere Höhe von 100 nm bis 500 nm, von 0,5 μm bis 50 μm oder von 50 μm bis 200 μm und ganz besonders bevorzugt eine mittlere Höhe von 0,5 μm bis 10 μm auf.The structured, hydrophobic surfaces according to the invention, the structure of which are formed by elevations, are characterized in that adjacent elevations are connected by ridges which have a lower average height than the elevations connected by them. The surveys themselves preferably have an average height of 50 nm to 200 μm, particularly preferably an average height of 100 nm to 500 nm, from 0.5 μm to 50 μm or from 50 μm to 200 μm and very particularly preferably an average height of 0.5 μm to 10 μm.
Die mittlere Höhe der die Erhebungen verbindenden Grate kann unterschiedlich ausgeführt sein. So sind flache und tiefe Ausprägungen der aus Erhebungen und Graten aufgebauten Strukturen möglich. Die mittlere Höhe der die Erhebungen verbindenden Grate beträgt vorzugsweise von 5 bis 99 %, bevorzugt von 40 bis 90 %, besonders bevorzugt von 40 bis 50 %, von 50 bis 60 %, von 60 bis 80 % und ganz besonders bevorzugt von 60 bis 70 % der mittleren Höhe der durch den Grat verbundenen Erhebungen.The average height of the ridges connecting the elevations can be designed differently. This enables flat and deep forms of the structures made up of elevations and ridges. The average height of the ridges connecting the elevations is preferably from 5 to 99%, preferably from 40 to 90%, particularly preferably from 40 to 50%, from 50 to 60%, from 60 to 80% and very particularly preferably from 60 to 70 % of the average height of the surveys connected by the ridge.
Die erfindungsgemäß strukturierten Oberflächen können Erhebungen aufweisen, die eine stochastische oder periodische Struktur aufweisen.The surfaces structured according to the invention can have elevations which have a stochastic or periodic structure.
Die stochastische Struktur ist vorzugsweise ein Specklemuster mit einer mittleren Specklegröße von 30 bis 50 μm, vorzugsweise von 30 bis 35 μm, 35 bis 40 μm, 40 bis 45 μm oder 45 bis 50 μm.The stochastic structure is preferably a speckle pattern with an average speckle size of 30 to 50 μm, preferably 30 to 35 μm, 35 to 40 μm, 40 to 45 μm or 45 to 50 μm.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Struktur eine stochastische Struktur, der eine periodische Feinstruktur überlagert ist, aufweist. Diese Feinstniktur weist vorzugsweise eine Periode von 0,5 bis 10 μm, besonders bevorzugt eine Periode von 0,5 bis 3 μm, von 3 bis 6 μm oder von 6 bis 10 μm und ganz besonders bevorzugt eine Periode von 1 bis 2,5 μm auf.It can be advantageous if the structure has a stochastic structure, on which a periodic fine structure is superimposed. This fine-tied structure preferably has a period of 0.5 to 10 μm, particularly preferably a period from 0.5 to 3 μm, from 3 to 6 μm or from 6 to 10 μm and very particularly preferably a period from 1 to 2.5 μm.
Ebenso vorteilhaft kann es sein, wenn die Struktur eine periodische Grobstruktur, der eine periodische Feinstruktur überlagert ist, aufweist. Die erfindungsgemäße strukturierte Oberflächen weist vorzugsweise eine Grobstruktur, die ein Muster aufweist, welches eine 2-, 3-, 4-, 6-, oder 8 -zählige Symmetrie aufweist, auf. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Grobstruktur eine Periode, also einen Abstand von Spitze zu Spitze von 20 bis 30 μm aufweist. Eine eventuell vorhandene Feinstruktur weist vorzugsweise eine Periode von 0,5 bis 10 μm, ganz besonders bevorzugt von 1 bis 2,5 μm auf.It can also be advantageous if the structure has a periodic coarse structure on which a periodic fine structure is superimposed. The structured surface according to the invention preferably has a coarse structure which has a pattern which has a 2-, 3-, 4-, 6- or 8-fold symmetry. It can be advantageous if the coarse structure has a period, that is to say a distance from tip to tip of 20 to 30 μm. Any fine structure that is present preferably has a period of 0.5 to 10 μm, very particularly preferably 1 to 2.5 μm.
Die Satteltiefe also die Tiefe von Spitze zu Grat der Grobstruktur beträgt vorzugsweise von 2 bis 20 μm ganz besonders bevorzugt von 7 bis 11 μm. Insbesondere diese Tiefe kann variiert werden. Sowohl tiefe Grobstrukturen als auch flache Grobstrukturen eignen sich. Als besonders geeignet hat sich eine periodische Grobstruktur flach überlagert mit einer periodischen Feinstruktur erwiesen.The saddle depth, ie the depth from tip to ridge of the coarse structure, is preferably from 2 to 20 μm, very particularly preferably from 7 to 11 μm. This depth in particular can be varied. Both deep coarse structures and flat coarse structures are suitable. A periodic coarse structure with a periodic fine structure has proven to be particularly suitable.
Die strukturierte Oberflächen kann aus den verschiedensten Materialien hergestellt sein. Ganz besonders bevorzugt weist die Oberfläche aber ein Polymer auf.The structured surface can be made from a wide variety of materials. However, the surface very particularly preferably has a polymer.
Die erfindungsgemäßen strukturierten Oberflächen werden vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von strukturierten Oberflächen durch Abformen einer Negativform auf eine unslrukturierte Oberfläche hergestellt, wobei die Negativform eine Oberfläche aus Teilen von Kugeln oder abgerundeten Pyramidenstümpfen aufweist und die Negativform zwischen den Kugelteilen talförmige Einschnitte aufweist. Durch die Einschnitte, die die Kugeln oder Pyramidenspitzen verbinden, werden die Grate auf den strukturierten Oberflächen erzeugt.The structured surfaces according to the invention are preferably produced by the method according to the invention for the production of structured surfaces by molding a negative shape onto an unslurctured surface, the negative shape having a surface made up of parts of spheres or rounded truncated pyramids and the negative shape having valley-shaped incisions between the spherical parts. The burrs on the structured surfaces are created by the incisions that connect the spheres or pyramid tips.
Das Abformen kann z. B. durch Prägen oder Walzen erfolgen. Das Abformen durch Prägen oder Walzen ist insbesondere geeignet zur Herstellung von erfindungsgemäßen Oberflächen auf planaren Gegenständen, wie z. B. Folien oder Platten. Ebenso ist es möglich, dasThe molding can e.g. B. done by embossing or rolling. The molding by embossing or rolling is particularly suitable for the production of surfaces according to the invention on planar objects, such as. B. foils or plates. It is also possible that
Abformen beim makroskopischen Formen des Gegenstandes durch Gießen, Spritzgießen oder "In Mold Decoration" (IMD) auf die Oberfläche erfolgt. Das letztgenannte Verfahren ist insbesondere zur Ausstattung von nichtplanaren bzw. dreidimensionalen Gegenständen mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche geeignet.Impression when macroscopic shaping of the object by casting, injection molding or "In Mold Decoration" (IMD) is done on the surface. The latter method is particularly suitable for equipping non-planar or three-dimensional objects with a surface according to the invention.
Das Abformen kann aber auch in flüssige oder pastöse Beschichtungen oder in Reaktivlacke unter simultaner Aushärtung der Beschichtung erfolgen.The molding can also take place in liquid or pasty coatings or in reactive lacquers with simultaneous curing of the coating.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Oberflächen kann insbesondere durch Prägen in polymere Formkörper oder aber durch Abformen in und anschließendes Härten von Lacksystemen erfolgen. Idealer Weise bedient man sich dazu Walzen, die über dem Umfang entsprechende Muster aufweisen.The surfaces according to the invention can be produced in particular by embossing in polymeric moldings or else by molding in and subsequent hardening of coating systems. The ideal way to do this is to use rollers that have corresponding patterns over the circumference.
Polymere Formkörper im vorgenannten Sinne sind beispielsweise spritzgegossene Formkörper oder tiefgezogene Formkörper. Die Strukturierung kann gleichzeitig mit der Formgebung erfolgen. Flächige polymere Formkörper werden intelligenter Weise beim Walzen oder Kalandrieren mit den entsprechenden Strukturen versehen. Auch unter den Anspruch der vorliegenden Erfindung fällt ein nach der Formgebung anschließendes Lackieren und Abformen der Struktur in den Lack mit simultanem oder anschließendem Härten, beispielsweise durch UV-Licht.Polymer moldings in the aforementioned sense are, for example, injection molded moldings or deep drawn moldings. The structuring can take place simultaneously with the shaping. Flat polymer moldings are intelligently provided with the corresponding structures during rolling or calendering. Also according to the claim of the present invention, a subsequent painting and molding of the structure after the shaping falls into the paint with simultaneous or subsequent hardening, for example by UV light.
Als Material zur Herstellung von erfindungsgemäßen Oberflächen kann insbesondere ein Material, ausgewählt aus Weichmetallen oder Weichmetalllegierungen, Kunststoffen, thermoplastischen Kunststoffen oder duroplastischen Kunststoffen, insbesondere Polyamide, Polymethacrylate, Polysulfone, Polyoxymethylene, Polyparaphenylenoxide, Poly- paraphenylensulfide oder Polyimide, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist das Abprägen in hydrophobe Polymere, hydrophobe Copolymere oder hydrophobe Polymerblends.In particular, a material selected from soft metals or soft metal alloys, plastics, thermoplastic plastics or thermosetting plastics, in particular polyamides, polymethacrylates, polysulfones, polyoxymethylenes, polyparaphenylene oxides, polyparaphenylene sulfides or polyimides, can be used as the material for producing surfaces according to the invention. Embossing into hydrophobic polymers, hydrophobic copolymers or hydrophobic polymer blends is particularly advantageous.
Die Gegenstände müssen nicht vollständig aus den genannten Materialien bestehen, sondern es kann ausreichend sein, wenn die Gegenstände mit einem der genannten Materialien überzogen bzw. beschichtet sind, wobei die Dicke des Überzugs bzw. der Beschichtung zumindest so groß sein muß, dass die Abformung der erfindungsgemäßen Erhebungen möglich ist.The objects do not have to consist entirely of the materials mentioned, but it may be sufficient if the objects are coated or coated with one of the materials mentioned, the thickness of the coating or coating having to be at least so large that the impression of the surveys according to the invention is possible.
Die Oberfläche bzw. das Material der Oberfläche weist vorzugsweise hydrophobe Eigenschaften auf, wobei die Oberfläche bzw. das Material vor oder nach der Strukturierung hydrophobiert werden kann oder aber das Material selbst ohne eine Behandlung hydrophobe Eigenschaften aufweisen kann. Wird die Oberfläche hydrophobiert, geschieht dies vorzugsweise durch eine Behandlung der Oberfläche mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane.The surface or the material of the surface preferably has hydrophobic properties, it being possible for the surface or the material to be rendered hydrophobic before or after the structuring, or else the material itself can have hydrophobic properties without treatment. If the surface is rendered hydrophobic, this is preferably done by treating the surface with at least one compound from the group of alkylsilanes, perfluoroalkylsilanes or alkyldisilazanes.
Wie bereits erwähnt kann es vorteilhaft sein, wenn das Material zur Herstellung von erfindungsgemäßen Oberflächen hydrophobe Eigenschaften aufweist. Solche Materialien beinhalten insbesondere Bulkpolymere mit Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid oder Polymere aus Perfluoralkyoxyverbindungen, sei es als Homo- oder Copolymer oder als Mischungsbestandteil eines Polymerblends.As already mentioned, it can be advantageous if the material for producing surfaces according to the invention has hydrophobic properties. Such materials include in particular bulk polymers with polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or polymers made from perfluoroalkyoxy compounds, be it as a homo- or copolymer or as a component of a blend of a polymer blend.
Weiterhin sind Mischungen von Polymeren mit Additiven denkbar, die sich beim Formungsprozeß so ausrichten, dass an der Oberfläche hydrophobe Gruppen vorherrschen. Als Additiv kommen fluorierte Wachse, z. B. die Hostaflone der Hoechst AG in Frage.Mixtures of polymers with additives are also conceivable which align themselves during the molding process in such a way that hydrophobic groups predominate on the surface. As an additive come fluorinated waxes, e.g. B. the Hostaflone of Hoechst AG in question.
Erfindungsgemäße Oberflächen können daher aus Materialien hergestellt werden, die bereits vor der Strukturierung ihrer Oberfläche hydrophobes Verhalten aufweisen.Surfaces according to the invention can therefore be produced from materials which have hydrophobic behavior even before the structuring of their surface.
Da insbesondere die chemischen Eigenschaften der obersten Monolage des Materials für die Hydrophobizität entscheidend sind, kann gegebenenfalls eine Oberflächenmodifikation mit Verbindungen, die hydrophobe Gruppen enthalten, ausreichen. Verfahren dieser Art beinhalten die kovalente Anbindung von Monomeren oder Oligomeren an die Oberfläche durch eine chemische Reaktion, so z. B. Behandlungen von Oberflächen mit Alkylfluorsilanen, wie Dynasilan F 8261 der Sivento Chemie Rheinfelden GmbH, mit fluorierten Ormoceren, oder durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane. Aber auch Materialien wie Fluoropel PFC 802A, Fluor_N 489 (Cytonix), Zynol TM (DuPont) und Tego Phobe 1035 (Degussa) sind geeignet. All diese chemischen Modifikationen können auch nach der Formgebung durchgeführt werden, so dass die Erhebungen nachträglich mit einem Material mit einer Oberflächenenergie von vorzugsweise kleiner 20 mN/m ausgestattet werden können.Since, in particular, the chemical properties of the uppermost monolayer of the material are decisive for the hydrophobicity, a surface modification with compounds which contain hydrophobic groups may be sufficient. Methods of this type involve the covalent attachment of monomers or oligomers to the surface by a chemical reaction, e.g. B. Treating surfaces with alkyl fluorosilanes, such as Dynasilan F 8261 from Sivento Chemie Rheinfelden GmbH, with fluorinated ormocers, or by treatment with at least one compound from the group consisting of alkylsilanes, perfluoroalkylsilanes or alkyldisilazanes. Materials such as Fluoropel PFC 802A, Fluor_N 489 (Cytonix), Zynol TM (DuPont) and Tego Phobe 1035 (Degussa) are also suitable. All these chemical modifications can also be carried out after shaping, so that the surveys can subsequently be equipped with a material with a surface energy of preferably less than 20 mN / m.
Weiterhin sind Verfahren, bei denen zunächst Radikalstellen auf der Oberfläche erzeugt werden, die bei An- oder Abwesenheit von Sauerstoff mit radikalisch polymerisierbaren Monomeren reagieren, zu nennen. Die Aktivierung der Oberflächen kann mittels Plasma, UV- oder Gamma-Strahlung sowie durch spezielle Photoinitiatoren erfolgen. Nach der Aktivierung der Oberfläche, d. h. nach der Erzeugung von freien Radikalen, können die Monomeren aufpolymerisiert werden. Ein solches Verfahren generiert eine mechanisch besonders widerstandsfähige Beschichtung.Also to be mentioned are processes in which radical sites are first generated on the surface, which react with free-radically polymerizable monomers in the presence or absence of oxygen. The surfaces can be activated by means of plasma, UV or gamma radiation and by means of special photoinitiators. After activating the surface, i.e. H. after the generation of free radicals, the monomers can be polymerized. Such a method generates a mechanically particularly resistant coating.
Die Beschichtung eines Werkstoffs oder einer strukturierten Oberfläche durch Plasmapolymerisation von Fluoralkenen oder ganz oder teilweise fluorierten Vinylverbindungen hat sich besonders bewährt.The coating of a material or a structured surface by plasma polymerization of fluoroalkenes or fully or partially fluorinated vinyl compounds has proven particularly useful.
Die Hydrophobierung einer strukturierten Oberfläche mittels einer HF-Hohlkathoden- Plasmaquelle durch Plasmapolymerisation mit Argon als Trägergas und einem Fluormonomeren, wie z. B. C4F8, Octafluro-2-buten, Perfluorocyclobutan oder Tetrafluorethylen, als Monomer bei einem Druck von ca. 0,2 mbar stellt eine technisch einfache und elegante Variante zur nachträglichen Beschichtung dar.The hydrophobization of a structured surface by means of an RF hollow cathode plasma source by plasma polymerization with argon as the carrier gas and a fluoromonomer, such as. B. C 4 F 8 , octafluro-2-butene, perfluorocyclobutane or tetrafluoroethylene, as a monomer at a pressure of about 0.2 mbar represents a technically simple and elegant variant for subsequent coating.
Auch die Hydrophobierung von beliebig geformten Polymeroberflächen mittels in Inertgas verdünntem, elementaren Fluor ist für entsprechend ausgerüstete Unternehmen ein elegantes Standardverfahren und ist deshalb zur Hydrophobierung von erfindungsgemäßen Oberflächen geeignet.The hydrophobization of polymer surfaces of any shape by means of elemental fluorine diluted in inert gas is an elegant standard process for appropriately equipped companies and is therefore suitable for the hydrophobization of surfaces according to the invention.
Außerdem kann ein bereits gefertigter Gegenstand mit einer dünnen Schicht eines hydrophoben Polymeren überzogen werden. Dies kann in Form eines Lackes oder durch Polymerisation von entsprechenden Monomeren auf der Oberfläche des Gegenstandes erfolgen. Als polymerer Lack können Lösungen, Pasten oder Dispersionen von Polymeren wie z. B. Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Reaktivlacke zum Einsatz kommen. Als Monomere für eine Polymerisation auf den Werkstoffen oder deren strukturierten Oberflächen kommen insbesondere Alkylfluorsilane wie Dynasilan F 8261 (Sivento Chemie Rheinfelden GmbH, Rheinfelden) in Frage.In addition, an object that has already been manufactured can be coated with a thin layer of a hydrophobic polymer. This can be done in the form of a lacquer or by polymerizing appropriate monomers on the surface of the object. Solutions, pastes or dispersions of polymers such as e.g. B. polyvinylidene fluoride (PVDF) or reactive paints are used. Particularly suitable monomers for polymerization on the materials or their structured surfaces are alkyl fluorosilanes such as Dynasilan F 8261 (Sivento Chemie Rheinfelden GmbH, Rheinfelden).
Die Negativform mit stochastischen Strukturen wird vorzugsweise durch Belichtung einer Photoresist-Platte mit einem Specklemuster hergestellt. Die Herstellung solcher Specklemuster wird ausführlich in dem Buch von Pramod K. Rastogi, Titel "Digital Speckle Pattern Interferrometry and Related Techniques", erschienen im Wiley-Verlag, Chichester 2000. Eine herausragende Eigenschaft dieser stochastischen Struktur ist, dass an der Oberfläche keine Interferenzerscheinungen auftreten. Die stochastischen Strukturen können durch Belichtung mit Specklemustern in einem Photoresist erzeugt werden. Das jeweilige Speckelmuster kann durch kohärente Durchstrahlung eines Primärdifusors generiert werden. Dabei ist es möglich sowohl die Größe als auch die Symmetrie der Speckies einzustellen. Als Primärdiffuser können beispielsweise geätzte Glasscheiben verwendete werden.The negative form with stochastic structures is preferably produced by exposing a photoresist plate to a speckle pattern. The production of such speckle patterns is described in detail in the book by Pramod K. Rastogi, title "Digital Speckle Pattern Interferrometry and Related Techniques", published by Wiley-Verlag, Chichester 2000. An outstanding property of this stochastic structure is that there are no interference phenomena on the surface , The stochastic structures can be produced by exposure to speckle patterns in a photoresist. The respective speckle pattern can be generated by coherent radiation of a primary diffuser. It is possible to set both the size and the symmetry of the speckies. Etched glass panes, for example, can be used as the primary diffuser.
Die Negativformen weisen vorzugsweise Strukturen auf, die periodischen und/oder stochastischen Charakters sind. Solche Negativformen sind dadurch erhältlich, dass Positivformen mit stochastischen und/oder periodischen Strukturen hergestellt werden, von denen die Negativformen abgeformt werden.The negative forms preferably have structures that are periodic and / or stochastic in character. Such negative forms are obtainable by producing positive forms with stochastic and / or periodic structures, from which the negative forms are molded.
Die Positivformen weisen vorzugsweise stochastische Strukturen, die mit einer periodischen Feinstruktur überlagert sind oder periodische Grobstrukturen, die von einer periodischen Feinstruktur überlagert sind, auf.The positive forms preferably have stochastic structures that are overlaid with a periodic fine structure or periodic coarse structures that are overlaid with a periodic fine structure.
Basis der stochastischen Struktur sind Specklemuster mit einer mittleren Specklegröße von 30 bis 50 μm. Nach der Erzeugung dieser stochastischen Grobstruktur wird diese Struktur mit einer periodischen Feinstruktur überlagert. Die Periode dieser Feinstruktur beträgt von 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise von 1 bis 2,5 μm.The stochastic structure is based on speckle patterns with an average speckle size of 30 to 50 μm. After creating this rough stochastic structure, this structure is overlaid with a periodic fine structure. The period of this fine structure is from 0.5 to 10 μm, preferably from 1 to 2.5 μm.
Die periodische Grobstruktur, die von einer periodischen Feinstruktur überlagert ist, entsteht aus der Überlagerung zweier periodischer Strukturen. Die Grobstruktur hat vorzugsweise eine Periode zwischen 20 bis 30 μm. Auf diese Grobstruktur wird eine Feinstruktur mit einer Periode von 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise von 1 bis 2,5 μm gelegt. Die Satteltiefe der Grobstruktur beträgt ca. 4 μm. Insbesondere diese Tiefe kann variiert werden. Sowohl tiefe Grobstrukturen als auch flache Grobstrukturen eignen sich. Als besonders geeignet hat sich eine periodische Grobstruktur flach überlagert mit einer periodischen Feinstruktur erwiesen.The periodic rough structure, which is overlaid by a periodic fine structure, arises from the overlay of two periodic structures. The coarse structure preferably has a period between 20 to 30 μm. A fine structure with a Period from 0.5 to 10 microns, preferably from 1 to 2.5 microns. The saddle depth of the rough structure is approx. 4 μm. This depth in particular can be varied. Both deep coarse structures and flat coarse structures are suitable. A periodic coarse structure with a periodic fine structure has proven to be particularly suitable.
Erfindungsgemäß strukturierte Oberflächen weisen besonders hohe Randwinkel auf. Dies verhindert weitgehend die Benetzung der Oberfläche und führt zu einer raschen Tropfenbildung. Die Tropfen können bei entsprechender Neigung der Oberfläche auf den Erhebungen abrollen, nehmen hierbei Schmutzpartikel auf und reinigen somit gleichzeitig die Oberfläche.Surfaces structured according to the invention have particularly high contact angles. This largely prevents wetting of the surface and leads to rapid drop formation. If the surface is inclined appropriately, the drops can roll on the elevations, pick up dirt particles and thus clean the surface at the same time.
Gegenstände mit erfindungsgemäß strukturierten Oberflächen sind sehr leicht zu reinigen. Sofern abrollende Tropfen von z. B. Regenwasser, Tau oder sonstigem, im Einsatzbereich des Gegenstandes vorkommenden Wasser zur Reinigung nicht ausreichen, können die Gegenstände durch einfaches Abspülen mit Wasser gereinigt werden.Objects with surfaces structured according to the invention are very easy to clean. If rolling drops of z. B. rain water, dew or other water in the area of application of the object is not sufficient for cleaning, the objects can be cleaned by simply rinsing with water.
Bakterien und andere Mikroorganismen benötigen zur Adhäsion an eine Oberfläche oder zur Vermehrung an einer Oberfläche Wasser, welches an den hydrophoben Oberflächen der vorliegenden Erfindung nicht zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß strukturierte Oberflächen verhindern das Anwachsen von Bakterien und anderen Mikroorganismen und sind somit bakteriophob und/oder antimikrobiell.Bacteria and other microorganisms require water for adhesion to a surface or for multiplication on a surface, which is not available on the hydrophobic surfaces of the present invention. Surfaces structured according to the invention prevent the growth of bacteria and other microorganisms and are therefore bacteriophobic and / or antimicrobial.
Ein Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäßen Oberflächen sind rückstandsfrei zu entleerende Behälter oder schnell zu reinigende Halterungen wie zum Beispiel Waferhalterungen in der Halbleiterproduktion. Wafer werden innerhalb ihres Herstellungsprozesses mit speziellen Halterungen (Cassetten) in verschiedene Bäder transportiert. Um ein Weitertragen der verschiedenen Badflüssigkeiten zu vermeiden, sind Rei igungsschritte, insbesondere der Halterungen, erforderlich. Die Reinigungs- oder Trocknungsschritte entfallen, wenn die jeweilige Badflüssigkeit beim Entfernen des Wafers aus dem Bad von der Halterung restlos abtropft.One area of application for the surfaces according to the invention are containers which are to be emptied without residues or holders which can be cleaned quickly, such as, for example, wafer holders in semiconductor production. During their manufacturing process, wafers are transported to various baths using special holders (cassettes). In order to avoid carrying the various bath fluids onward, cleaning steps, in particular the holders, are required. The cleaning or drying steps are dispensed with if the respective bath liquid drips completely from the holder when the wafer is removed from the bath.
Erfindungsgemäße Oberflächen eignen sich hervorragend zur Herstellung von Erzeugnissen, deren Oberflächen das Ablaufen von Flüssigkeiten begünstigt. Die erfindungsgemäßen strukturierten Oberflächen eignen sich insbesondere zur Herstellung von Behältern, Folien, Halbzeugen oder Reaktionsgefaßen. Bevorzugt werden erfϊndungsgemäße Oberflächen zur Herstellung von Erzeugnissen verwendet, die sich durch ablaufendes Wasser selbst reinigen oder entleeren. Bevorzugte Verwendungen sind Behälter, transparente Körper, Pipetten, Reaktionsgefäße, Folien, Halbzeuge oder Halterungen. Insbesondere durch Verwendung von Folien, die die erfindungsgemäße strukturierte Oberfläche aufweisen, können Gegenstände aus nahezu beliebigen Materialien durch Aufbringen und Fixieren der Folie auf dem Gegenstand mit den erfindungsgemäßen strukturierten Folien ausgestattet werden.Surfaces according to the invention are outstandingly suitable for the production of products, whose surfaces favor the drainage of liquids. The structured surfaces according to the invention are particularly suitable for the production of containers, foils, semi-finished products or reaction vessels. Surfaces according to the invention are preferably used for the production of products which clean or empty themselves by running water. Preferred uses are containers, transparent bodies, pipettes, reaction vessels, foils, semi-finished products or holders. In particular by using foils which have the structured surface according to the invention, objects made of almost any materials can be equipped with the structured foils according to the invention by applying and fixing the foil on the object.
Insbesondere umfaßt die vorliegende Erfindung auch bewegliche Objekte die eine äußere Hülle mit ganz oder teilweise strukturierter, erfindungsgemäßer Oberfläche aufweisen. Solche Objekte können z. B. ausgewählt sein aus Fahrzeugen, Flügeln von Windkraftanlagen, Turbinenrädern oder Rührflügeln. Die beweglichen Objekte können insbesondere Fahrzeuge, wie z. B. Autos, Busse, Lastkraftwagen, Schiffe, Boote, Unterseeboote, Flugzeuge, Ballons, Zeppeline oder Raketen oder Spielzeug sein.In particular, the present invention also includes movable objects which have an outer shell with a wholly or partially structured surface according to the invention. Such objects can e.g. B. be selected from vehicles, blades of wind turbines, turbine wheels or agitator blades. The moving objects can in particular vehicles such. B. cars, buses, trucks, ships, boats, submarines, airplanes, balloons, zeppelins or rockets or toys.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Oberfläche werden Verschmutzungen der Fahrzeuge oder der Rührflügel weitestgehend vermieden. Im Vergleich zu herkömmlichen Erhebungen weisen die erfindungsgemäßen Erhebungen der vorliegenden Erfindung eine deutlich höhere Haltbarkeit auf.The use of the surface according to the invention largely prevents contamination of the vehicles or the agitator blades. In comparison to conventional surveys, the surveys of the present invention have a significantly higher durability.
In den Figuren Fig. 1 bis Fig. 3 abgebildeten REM-Bildern (Rasterelektronenmikroskop) werden verschiedene erfindungsgemäße Strukturvarianten gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsformen beschränkt sein soll.SEM images (scanning electron microscope) depicted in FIGS. 1 to 3 show various structural variants according to the invention in accordance with the present invention, without the invention being restricted to these embodiments.
Fig. 1 zeigt eine REM-Aufhahme einer erfindungsgemäß hergestellten, selbstreinigenden Oberfläche, die eine stochastische Struktur aufweist. Die Herstellung dieser Oberfläche wird in Beispiel 1 beschrieben.1 shows an SEM image of a self-cleaning surface produced according to the invention, which has a stochastic structure. The production of this surface is described in Example 1.
Fig. 2 zeigt eine REM-Aufhahme einer erfindungsgemäß hergestellten, selbstreinigenden Oberfläche, die eine periodische Grobstruktur in der tiefen Ausprägung, überlagert von einer periodischen Feinstruktur aufweist. Die Herstellung dieser Oberfläche wird in Beispiel 2 beschrieben.2 shows an SEM image of a self-cleaning surface produced according to the invention, which has a periodic coarse structure in the deep form, overlaid by one has periodic fine structure. The production of this surface is described in Example 2.
Fig. 3 zeigt eine REM-Aufhahme einer erfindungsgemäß hergestellten, selbstreinigenden Oberfläche, die eine periodische Grobstruktur in der flachen Ausführung, überlagert von einer periodischen Feinstruktur aufweist. Die Herstellung dieser Oberfläche wird in Beispiel 3 beschrieben.3 shows an SEM image of a self-cleaning surface produced according to the invention, which has a periodic coarse structure in the flat design, superimposed by a periodic fine structure. The production of this surface is described in Example 3.
Beispiel 1 : Herstellung einer selbstreinifienden Oberfläche mit stochastischer Struktur Eine Glasscheibe wurde mit einem hochviskosen Positive-Photoresist ma — P1275, mit einer Lackdicke von ca. 15 μm, beschichtet. Das Speckelmuster wurde durch Bestrahlung eines Primärdiffusers generiert. Dabei wurde kohärentes Laserlicht, mit einer Dosis von 10 mJ/cm2, bei einer Wellenlänge von 364 nm, verwendet. Nach der Belichtung wurde ein hoch konzentrierter Entwickler zum Entwickeln der Struktur genutzt. Der Photoresist wurde mit einer Goldschicht als Piatierbasis besputtert und anschließen in Nickel galvanisch abgeformt. Mit den so hergestellten Nickelshim wurde die Struktur in einem hydrophoben, UV-härtenden Lacksystem abgeformt.Example 1: Production of a self-cleaning surface with a stochastic structure A glass pane was coated with a highly viscous positive photoresist ma - P1275, with a lacquer thickness of approx. 15 μm. The speckle pattern was generated by irradiating a primary diffuser. Coherent laser light with a dose of 10 mJ / cm 2 and a wavelength of 364 nm was used. After exposure, a highly concentrated developer was used to develop the structure. The photoresist was sputtered with a gold layer as a piater base and then electroplated in nickel. With the nickel shim thus produced, the structure was molded in a hydrophobic, UV-curing lacquer system.
Beispiel 2: Herstellung einer selbstreinigenden Oberfläche mit einer periodischen Grobstruktur, überlagert von einer periodischen Feinstruktur in der tiefen AusprägungExample 2: Production of a self-cleaning surface with a periodic coarse structure, overlaid with a periodic fine structure in the deep expression
Eine Glasscheibe wurde mit einem hochviskosen Positive-Photoresist ma — P1275, mit einer Lackdicke von ca. 15 μm, beschichtet. Die Grobstruktur wie auch die Feinstruktur wurde durch Bestrahlung eines Kreuzgitters (27 μm und 2 μm Periode) mit unterschiedlichen Abständen generiert. Für die Herstellung der Grobstruktur wurde kohärentes Laserlicht, mit einer Dosis von 2 x 70mJ/cm2, bei einer Wellenlänge von 364 nm, verwendet. Für die anschließende Generierung der Feinstruktur wurde kohärentes Laserlicht, mit einer Dosis wie in Beispiel 1 verwendet. Bei der Grobstruktur konnte bei einer Höhe der Erhebungen von 9,5 bis 10 μm eine Satteltiefe von 9 μm erreicht werden. Der Höhenabstand von den niedrigsten zu den höchsten Erhebungen der Feinstruktur (gemessen Peak to Peak) betrug ebenfalls ca. 10 μm. Nach der Belichtung wurde ein hoch konzentriertet Entwickler zum Entwickeln der Struktur genutzt. Der Photoresist wurde mit einer Goldschicht als Piatierbasis besputtert und anschließen in Nickel galvanisch abgeformt. Mit den so hergestellten Nickelshim wurde die Struktur in einem hydrophoben, UV-härtenden Lacksystem abgeformt.A glass pane was coated with a highly viscous positive photoresist ma - P1275, with a lacquer thickness of approx. 15 μm. The rough structure as well as the fine structure was generated by irradiating a cross grating (27 μm and 2 μm period) with different distances. Coherent laser light with a dose of 2 x 70 mJ / cm 2 and a wavelength of 364 nm was used to produce the coarse structure. Coherent laser light with a dose as in Example 1 was used for the subsequent generation of the fine structure. With the coarse structure, a saddle depth of 9 μm could be achieved at a height of the elevations of 9.5 to 10 μm. The height distance from the lowest to the highest elevations of the fine structure (measured peak to peak) was also approx. 10 μm. After exposure, a highly concentrated developer was used to develop the structure. The photoresist was sputtered with a gold layer as a piater base and then electroplated in nickel. With the nickel shim thus produced, the The structure is molded in a hydrophobic, UV-curing lacquer system.
Beispiel 3: Herstellung einer selbstreinigenden Oberfläche mit einer periodischen Grobstruktur, überlagert von einer periodischen Feinstruktur in der flachen Ausprägung Die Herstellung dieser Struktur erfolgt analog zu Beispiel 2. Allerdings wurden die Bestrahlungsdosen für die Grobstruktur auf 2 x 6mJ/cm2 reduziert. Hierdurch wurde eine flachere Struktur generiert. Die Grobstruktur wies eine Höhe der Erhebungen von 3 bis 3,5 μm auf. Die Grobstruktur hat bei dieser Variante eine Satteltiefe von 2μm.Example 3: Production of a self-cleaning surface with a periodic coarse structure, superimposed by a periodic fine structure in the flat shape. This structure is produced analogously to Example 2. However, the radiation doses for the coarse structure were reduced to 2 x 6mJ / cm 2 . This created a flatter structure. The coarse structure had a height of 3 to 3.5 μm. The rough structure of this variant has a saddle depth of 2 μm.
An allen Strukturen wurden Versuche zur genauen Charakterisierung der Oberflächeneigenschaften durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet. Hierbei erwies sich die periodische flache Grobstruktur, die von einer periodischen Feinstruktur überlagert wurde, als besonders geeignet. Sowohl der Abrollwinkel als auch die Ergebnisse im Schmutzversuch wiesen herausragende selbstreinigende Eigenschaften aus.Tests were carried out on all structures to precisely characterize the surface properties. The results are listed in the table below. The periodic flat coarse structure, which was overlaid by a periodic fine structure, proved to be particularly suitable. Both the roll angle and the results in the dirt test showed outstanding self-cleaning properties.
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Fortschreit- und Rückzugs winkel:Advance and retreat angles:
Mit einem Kontaktwinkel-Messgerät wurde der Kontaktwinkel einer Flüssigkeit mit der Oberfläche bestimmt. Je hydrophober die Oberfläche ist, umso so größer ist der Kontaktwinkel. In der Messung wird zwischen Fortschreit- und Rückzugswinkel unterschieden. Beim Fortschreitwinkel wird ein Tropfen auf die Oberfläche pipettiert und der Winkel der Tangente am Berührungspunkt zwischen Festkörper und sich ausbreitenden Flüssigkeitstropfen bestimmt. Beim Rückzugswinkel wird die Tangente eines sich im Volumen verkleinernden Wassertropfens gemessen. Gute Lotus-Oberflächen haben Fortschreit- und Rückzugswinkel von mehr als 150 °.The contact angle of a liquid with the surface was determined with a contact angle measuring device. The more hydrophobic the surface, the greater the contact angle. A distinction is made in the measurement between the advancing and retreating angles. At the advancing angle, a drop is pipetted onto the surface and the angle of the tangent at the point of contact between the solid and the spreading liquid drops is determined. At the retreat angle, the tangent of a water drop that decreases in volume is measured. Have good lotus surfaces Progress and retreat angles of more than 150 °.
Schmutztestdirt test
Eines der wichtigsten Kriterien bei der Beurteilung der Lotus-Oberflächen ist der Schmutztest. In einer Kammer wird eine definierte Menge Ruß (Printex 60) mit einemOne of the most important criteria when assessing Lotus surfaces is the dirt test. A defined amount of soot (Printex 60) is mixed with a
Stickstoffpuls aufgewirbelt. Anschließend schlägt sich dieser Staub auf die zu untersuchendeNitrogen pulse whirled up. Then this dust strikes the one to be examined
Oberfläche nieder. Mit feinem Wassernebel wird diese Oberfläche dann für 60 sec. bestäubt.Surface down. This surface is then dusted with fine water mist for 60 seconds.
Diese Zeit reicht aus, um bei guten Lotus-Oberflächen den niedergeschlagenen Ruß wieder vollständig zu entfernen. Nach dem Trocknen wird das Absorptionsverhalten der Probe bestimmt. Mit einem Referenzwert, der vor der Nerschmutzung gemessen wurde, lässt sich bestimmen, wie viel Ruß auf der Oberfläche zurückgeblieben ist. Oberflächen mit sehr guten selbstreinigenden Verhalten besitzen L- Werte von < 2.This time is sufficient to completely remove the deposited soot on good lotus surfaces. After drying, the absorption behavior of the sample is determined. A reference value, which was measured before the pollution, can be used to determine how much soot is left on the surface. Surfaces with very good self-cleaning behavior have L values of <2.
Abroll winkel: Der Abroll winkel gibt an, bei welcher Neigung einer Oberfläche ein Wassertropfen selbständig von dieser Oberfläche abrollt. Je kleiner der Abrollwinkel ist, desto besser ist der Selbstreinigungseffekt. Roll-off angle: The roll-off angle specifies the inclination of a surface where a drop of water rolls off this surface independently. The smaller the roll angle, the better the self-cleaning effect.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Strukturierte, hydrophobe Oberflächen, deren Struktur von Erhebungen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Erhebungen durch Grate verbunden sind, die eine geringere mittlere1. Structured, hydrophobic surfaces, the structure of which is formed by elevations, characterized in that adjacent elevations are connected by ridges that have a lower mean
Höhe als die durch sie verbundenen Erhebungen aufweisen.Height than the surveys connected by them.
2. Strukturierte Oberflächen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen eine stochastische und/oder periodische Struktur aufweisen.2. Structured surfaces according to claim 1, characterized in that the elevations have a stochastic and / or periodic structure.
3. Strukturierte Oberflächen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine stochastische Struktur, der eine periodische Feinstruktur überlagert ist, aufweist.3. Structured surfaces according to claim 1 or 2, characterized in that the structure has a stochastic structure on which a periodic fine structure is superimposed.
4. Strukturierte Oberflächen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine periodische Grobstruktur, der eine periodische Feinstruktur überlagert ist, aufweist.4. Structured surfaces according to claim 1 or 2, characterized in that the structure has a periodic coarse structure, which is overlaid with a periodic fine structure.
5. Strukturierte Oberflächen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobstruktur ein Muster aufweist, welches eine 2-, 3-, 4-, 6-, oder 8-zählige Symmetrie aufweist.5. Structured surfaces according to claim 4, characterized in that the rough structure has a pattern which has a 2-, 3-, 4-, 6-, or 8-fold symmetry.
6. Strukturierte Oberflächen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobstruktur eine Periode, also einen Abstand von Spitze zu Spitze von 20 bis 30 μm aufweist.6. Structured surfaces according to claim 4, characterized in that the coarse structure has a period, ie a distance from tip to tip of 20 to 30 microns.
7. Strukturierte Oberflächen gemäß zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur eine Periode von 0,5 bis 10 μm aufweist.7. Structured surfaces according to at least one of claims 3 to 6, characterized in that the fine structure has a period of 0.5 to 10 microns.
8. Strukturierte Oberflächen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur eine Periode von 1 bis 2,5 μm aufweist.8. Structured surfaces according to claim 7, characterized in that the fine structure has a period of 1 to 2.5 microns.
9. Strukturierte Oberflächen gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche ein Polymer aufweist.9. Structured surfaces according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the surface comprises a polymer.
10. Verfahren zur Herstellung von strukturierten Oberflächen gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9 durch Abformen einer Negativform auf eine unstrukturierte Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform eine Oberfläche aus Teilen von Kugeln oder abgerundeten Pyramidenstümpfen und zwischen den Kugelteilen talförmige Einschnitte aufweist.10. A method for producing structured surfaces according to at least one of claims 1 to 9 by molding a negative shape on an unstructured surface, characterized in that the negative shape has a surface made up of parts of spheres or rounded truncated pyramids and valley-shaped incisions between the spherical parts.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abformen durch Prägen oder Walzen erfolgt.11. The method according to claim 10, characterized in that the molding is carried out by embossing or rolling.
12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abformen beim makroskopischen Formen des Gegenstandes durch Gießen,12. The method according to claim 10, characterized in that the molding in the macroscopic shaping of the object by casting,
Spritzgießen oder In Mold Decoration (IMD) auf die Oberfläche erfolgt.Injection molding or In Mold Decoration (IMD) is done on the surface.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Material zur Herstellung der Oberfläche ein polymeres Material eingesetzt wird.13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that a polymeric material is used as the material for producing the surface.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material hydrophobe Eigenschaften aufweist.14. The method according to claim 13, characterized in that the material has hydrophobic properties.
15. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche vor der Strukturierung hydrophobiert wird.15. The method according to claim 13, characterized in that the surface is hydrophobized before structuring.
16. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche nach der Strukturierung hydrophobiert wird.16. The method according to claim 13, characterized in that the surface is hydrophobized after the structuring.
17. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane oder Alkyldisilazane, hydrophobiert wird.17. The method according to at least one of claims 15 or 16, characterized in that the surface is made hydrophobic by treatment with at least one compound from the group of alkylsilanes, perfluoroalkylsilanes or alkyldisilazanes.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform durch Belichtung einer Photoresist-Platte mit einem Specklemuster hergestellt wird.18. The method according to any one of claims 10 to 17, characterized in that the negative mold is produced by exposure of a photoresist plate with a speckle pattern.
19. Verwendung der strukturierten Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Behältern, Folien, Halbzeugen oder Reaktionsgefäßen.19. Use of the structured surface according to one of claims 1 to 9 for the production of containers, foils, semi-finished products or reaction vessels.
20. Bewegliche Objekte die eine äußere Hülle mit ganz oder teilweise strukturierten Oberflächen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweisen.20. Movable objects which have an outer shell with wholly or partially structured surfaces according to one of claims 1 to 9.
21. Bewegliche Objekte gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekte ausgewählt sind aus Fahrzeugen, Flügeln von Windkraftanlagen,21. Movable objects according to claim 19, characterized in that the objects are selected from vehicles, blades of wind turbines,
Turbinenrädern oder Rührflügeln. Turbine wheels or impellers.
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