DE10018458A1 - Imparting of self-cleaning properties to surfaces, especially bricks and roofing tiles, comprises coating the surface with titanium dioxide in anatase form - Google Patents

Imparting of self-cleaning properties to surfaces, especially bricks and roofing tiles, comprises coating the surface with titanium dioxide in anatase form

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Abstract

Process for imparting self-cleaning properties to a surface, comprises coating the surface with titanium dioxide in anatase form. An Independent claim is also included for an article having a surface exposed to weathering, especially natural ultraviolet radiation, where the surface has a coating of titanium dioxide in anatase form.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft einer Oberfläche sowie einen Gegenstand, der eine entsprechende Oberfläche aufweist.The invention relates to a method for generating a self-cleaning property Surface and an object that has a corresponding surface.

Es ist grundsätzlich bekannt, eine Selbstreinigungseigenschaft von Oberflächen entweder durch Schaffung entsprechender Oberflächenstrukturen bereits bei der Herstellung der Oberfläche aus hydrophoben Polymeren oder durch Aufbringen eines Pulvers aus hydrophoben Polymeren oder hydrophobierten Materialien auf der Oberfläche zu erzeugen (WO 96/04123). Die Selbstreinigungseigenschaft ist insbesondere von Bedeutung für solche Oberflächen, die der Umgebung und den Witterungsbedingungen frei ausgesetzt sind, wie Dächer und Gebäudeflächen, Baustoffe, Verglasungselemente, Solarmodule, Zelte und Zeltstoffe, Gehäuse von Fahrzeugen aller Art und dergl., wobei vor allem natürliche Beregnung oder Berieselung mit Wasser ausgenützt wird, um Schmutzansammlungen zu verhindern oder zu beseitigen. Deshalb sind in jüngerer Zeit Anstrengungen unternommen worden, insbesondere keramische Oberflächen, z. B. von Ziegeln oder Dachziegeln, mit Oberflächenstrukturen der vorstehend angegebenen Art zu versehen, die in Verbindung mit einer Hydrophobierung eine Selbstreinigungseigenschaft haben (EP-A 909 747). Aufgrund der Oberflächenstruktur und deren hydrophober Eigenschaft benetzt bei Beregnung oder Berieselung auftreffendes Wasser diese Oberfläche nicht, sondern rollt darauf in Tropfenform ab und nimmt dabei auf der Oberfläche befindliche Schmutzteilchen mit. Dieser Effekt ist unter der Bezeichnung "Lotuseffekt" (geschützte Marke) bekannt geworden. It is generally known to have a self-cleaning property on surfaces either by creating appropriate surface structures already during the manufacture of the Surface made of hydrophobic polymers or by applying a powder to produce hydrophobic polymers or hydrophobized materials on the surface (WO 96/04123). The self-cleaning property is particularly important for such Surfaces that are exposed to the environment and weather conditions, such as Roofs and building surfaces, building materials, glazing elements, solar modules, tents and Tent fabrics, housings of vehicles of all kinds and the like, especially natural ones Sprinkling or sprinkling with water is exploited to accumulate dirt prevent or eliminate. That is why efforts have been made recently been, especially ceramic surfaces, e.g. B. of bricks or tiles, with To provide surface structures of the type specified above, in connection with a hydrophobization have a self-cleaning property (EP-A 909 747). Because of the surface structure and its hydrophobic property wets when irrigated or Irrigation water does not hit this surface, but rolls on it in drops and takes dirt particles on the surface with it. This effect is known under the name "lotus effect" (protected trademark).  

Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, an Oberflächen eine Selbstreinigungseigenschaft zu erzeugen, die aber von einer bestimmten Oberflächenstruktur unabhängig ist.The invention is also based on the object on surfaces Generate self-cleaning property, but of a certain surface structure is independent.

Verfahrensmäßig wird dies dadurch erreicht, daß eine Oberfläche, insbesondere eines Ziegels oder Dachziegels, mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas beschichtet wird; ein erfindungsgemäßer Gegenstand weist somit zumindest auf einer im Benutzungszustand der Witterung ausgesetzten Oberfläche eine Beschichtung mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas auf.In terms of method, this is achieved in that a surface, in particular a brick or roof tile, coated with a titanium oxide of the crystal form anatase; on The object according to the invention thus points to at least one in the state of use Surface exposed to weather a coating with a titanium oxide of the crystal form Anatas on.

Es ist festgestellt worden, daß mit der Kristallform Anatas des Titanoxids beschichtete Oberflächen eine ausgeprägt hydrophile Eigenschaft haben, durch die die Oberfläche benetzendes Wasser sich als feinste Dünnschicht auf der Oberfläche ausbreiten kann ohne Tropfen zu bilden. Diese Eigenschaft ist so ausgeprägt, daß das Wasser insbesondere bei keramischen Oberflächen aufgrund von deren immanenter Rauhigkeit in der Lage ist, unter bereits vorhandene Verunreinigungen, selbst fettige oder ölige Anlagerungen, nach Art von Detergentien einzudringen und davon abzuheben. Bei weiterer Bewässerung werden solche Verunreinigungen dann weggeschwemmt. Man kann daher solchermaßen beschichtete keramische Oberflächen auch als selbstreinigend bezeichnen; diese Art der Behandlung der keramischen Oberflächen beschreitet somit einen Weg, der dem Bestreben entgegengerichtet ist, die Oberfläche zum Zweck der Selbstreinigung möglichst hydrophob zu halten.It has been found that the crystal form coated anatase of titanium oxide Surfaces have a pronounced hydrophilic property, through which the surface wetting water can spread as the finest thin layer on the surface without To form drops. This property is so pronounced that the water in particular ceramic surfaces due to their intrinsic roughness is able to under existing impurities, even greasy or oily deposits, in the manner of Penetrating and lifting detergents. With further irrigation, such Contaminants then washed away. One can therefore be coated in this way describe ceramic surfaces as self-cleaning; this kind of treatment of ceramic surfaces thus treads a path that runs counter to the endeavor is to keep the surface as hydrophobic as possible for the purpose of self-cleaning.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Oberfläche mit dem Titanoxid beschichtet, welche die nach dem Stand der Technik für die Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft notwendige Oberflächenstruktur entweder bereits aufweist oder diese nach der Beschichtung mit dem Titanoxid erhält, jedoch noch nicht hydrophobiert ist. Anschließend wird die mit der Oberflächenstruktur ausgestattete und mit dem Titanoxid beschichtete Oberfläche auf eine der in Betracht kommenden Arten hydrophobiert. Ein so behandelter Körper weist somit eine Oberfläche auf, die unter der Schicht eines Hydrophobierungsmittels die Beschichtung mit dem Titanoxid trägt. Hierdurch wird zunächst für die Selbstreinigung die hydrophobe Eigenschaft in Verbindung mit der Oberflächenstruktur ausgenützt, die eine Benetzung der keramischen Oberfläche gerade verhindert und durch abrollende Wassertropfen eine Selbstreinigung herbeiführt. Da Hydrophobierungsmittel über längere Zeit hinweg jedoch durch die natürliche UV-Strahlung abgebaut oder unwirksam werden können, leidet darunter im Lauf der Zeit die Selbstreinigungseigenschaft. Hierdurch wird jedoch erfindungsgemäß die unter der Hydrophobierungsschicht vorgesehene Titanoxid-Beschichtung frei und insofern wirksam, als diese aufgrund einer dem Titanoxid eigenen photokatalytischen Eigenschaft gerade unter der UV-Bestrahlung eine Steigerung der hydrophilen Eigenschaft erfährt. Daher kann die Selbstreinigungseigenschaft so behandelter Flächen über sehr lange Zeit hin ausgedehnt werden.According to an advantageous development of the invention, a surface with the Titanium oxide coated, which according to the prior art for the production of a Self-cleaning property either already has the necessary surface structure or this is obtained after coating with the titanium oxide, but is not yet hydrophobic. Then the one equipped with the surface structure and with the titanium oxide coated surface hydrophobic in one of the possible ways. Such a Treated body thus has a surface that is under the layer of a Water repellant carries the coating with the titanium oxide. This will initially for self-cleaning the hydrophobic property in connection with the Utilized surface structure that just wetting the ceramic surface prevented and self-cleaning caused by rolling water drops. There Hydrophobing agents over a long period of time, however, due to natural UV radiation  degraded or become ineffective, it suffers over time Self-cleaning property. As a result, however, according to the invention Titanium oxide coating provided hydrophobic layer free and effective in that due to a photocatalytic property inherent in titanium oxide, just below the UV radiation experiences an increase in the hydrophilic property. Therefore, the Self-cleaning properties of surfaces treated in this way extended over a very long time become.

Für die Beschichtung der keramischen Oberfläche mit dem Titanoxid bieten sich verschiedene Verfahren an. Am einfachsten sind Sol-Gel-Verfahren, bei denen beispielsweise das als metallorganische Verbindung vorliegende Titanoxid auf die Oberfläche aufgebracht, die Oberfläche anschließend getrocknet und die Beschichtung wärmebehandelt wird. Die Wärmebehandlung kann in diesem Fall zwischen 500 und 1000°C stattfinden, um den organischen Anteil der metallorganischen Titanoxid-Verbindung zu beseitigen. Es sind aber insbesondere bei Verbindungen, in denen keine organischen Anteile vorliegen, auch Behandlungen bei erheblich niedrigerer Temperatur denkbar, z. B. bei 50°C. Auch CVD- Verfahren sind anwendbar, bei denen die Titanoxid-Beschichtung durch Verdampfen aufgetragen wird. Alle diese Auftragungsverfahren sind an sich bekannt und bedürfen an dieser Stelle keiner ins einzelne gehenden Erläuterung.Various options are available for coating the ceramic surface with the titanium oxide Procedure. The simplest are sol-gel processes in which, for example, the as organometallic compound present titanium oxide applied to the surface, the The surface is then dried and the coating is heat treated. The In this case, heat treatment can take place between 500 and 1000 ° C to eliminate the organic part of the organometallic titanium oxide compound. But there are especially for compounds in which there are no organic components Treatments at a significantly lower temperature are conceivable, e.g. B. at 50 ° C. Also CVD Methods are applicable in which the titanium oxide coating by evaporation is applied. All of these application methods are known per se and require no detailed explanation at this point.

Auch in der beschriebenen kombinierten Form, bei der die hydrophobe und die hydrophile Eigenschaft der Oberfläche miteinander kombiniert werden in der Form, daß sie in zeitlicher Abfolge nacheinander wirksam werden, kann die Erzeugung der Oberflächenstruktur und deren für die Selbstreinigungseigenschaft notwendige Hydrophobierung auf mehrfache Weise erfolgen. Hierfür stehen u. a. alle Verfahren zur Verfügung, die seitens der Anmelderin in älteren Vorschlägen in Zusammenhang mit keramischen Oberflächen bereits beschrieben sind (EP-A 909 747, DE 199 47 524.5, DE 199 58 321.8, DE 199 58 764.7). Sofern die Oberflächenstruktur durch das Aufbringen und Befestigen von Pulverpartikeln auf einer Oberfläche erzeugt wird, kann das Titanoxid unmittelbar die Pulverpartikel und damit nach dem Auftragen die Oberflächenstruktur bilden oder in den Erhebungen enthalten sein. Abweichend davon kann die Oberflächenstruktur auch nach dem Aufbringen der Titanoxid- Schicht aus dieser heraus z. B. durch Prägen erzeugt werden, wodurch ebenfalls die Erhebungen das Titanoxid enthalten. Also in the described combined form, in which the hydrophobic and the hydrophilic Property of the surface can be combined with each other in the form that they are in time Sequence can take effect successively, the generation of the surface structure and the hydrophobization necessary for the self-cleaning property in several ways respectively. For this stand u. a. all procedures available on the part of the applicant in older proposals in connection with ceramic surfaces have already been described (EP-A 909 747, DE 199 47 524.5, DE 199 58 321.8, DE 199 58 764.7). If the Surface structure through the application and attachment of powder particles on a If the surface is generated, the titanium oxide can directly adhere to the powder particles form the surface structure of the application or be contained in the surveys. Deviating from this, the surface structure can also be applied after the titanium oxide Layer out of this z. B. generated by embossing, which also the Elevations that contain titanium oxide.  

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können zur Hydrophobierung Hydrophobierungsmittel eingesetzt werden, die von vornherein durch Einbau von Titandioxid gegen UV-Bestrahlung stabilisiert sind. Hierdurch wird durch die Ausnutzung der Eigenschaft von Titanoxid die Lebensdauer der Hydrophobierungsschicht wiederum verlängert.According to a further embodiment of the invention can be used for hydrophobing Water repellents are used from the outset by incorporating titanium dioxide are stabilized against UV radiation. As a result, the exploitation of Property of titanium oxide, in turn, the life of the waterproofing layer extended.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erzeugung einer Selbstreinigungseigenschaft einer Oberfläche, insbesondere eines Ziegels oder Dachziegels, bei dem die Oberfläche mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas beschichtet wird.1. method for generating a self-cleaning property of a surface, in particular a brick or roof tile, in which the surface with a Titanium oxide of the crystal form anatase is coated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mittels eines Sol-Gel-Verfahrens beschichtet wird, bei dem ein Sol einer metallorganischen Verbindung des Titanoxids auf die Oberfläche aufgetragen, die Oberfläche getrocknet und anschließend bei höherer Temperatur getempert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the surface by means of a sol-gel process is coated, in which a sol is an organometallic Connection of the titanium oxide applied to the surface, the surface dried and then annealed at a higher temperature. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor, bei oder nach der Beschichtung der Oberfläche mit einem Titanoxid auf der Oberfläche eine Struktur von Erhebungen vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte erzeugt wird, welche in Verbindung mit einer hydrophoben Eigenschaft in an sich bekannter Weise Voraussetzung für die Erzielung eines Selbstreinigungseffekts ist, und daß anschließend die Oberfläche über der Titanoxidschicht hydrophobiert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that before, at or after coating the surface with a titanium oxide on the surface Structure of elevations of predetermined height and distribution density is generated, which in connection with a hydrophobic property in a known per se Way is prerequisite for achieving a self-cleaning effect, and that then the surface over the titanium oxide layer is made hydrophobic. 4. Gegenstand mit einer der Witterung, insbesondere der natürlichen UV-Bestrahlung, ausgesetzten Oberfläche, insbesondere Ziegel oder Dachziegel, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eine Beschichtung mit einem Titanoxid der Kristallform Anatas aufweist.4. object with weather, in particular natural UV radiation, exposed surface, in particular brick or roof tiles, thereby characterized in that the surface is coated with a titanium oxide Has crystal form anatase. 5. Gegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eine zur Erzielung einer Selbstreinigungseigenschaft geeignete, an sich bekannte Struktur von Erhebungen vorbestimmter Höhe und Verteilungsdichte aufweist und über der Beschichtung mit Titanoxid eine hydrophobe Beschichtung trägt. 5. Object according to claim 4, characterized in that the surface is a structure known per se suitable for achieving a self-cleaning property of elevations of predetermined height and distribution density and above the Coating with titanium oxide carries a hydrophobic coating.   6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturerhebungen durch das Titanoxid gebildet sind oder dieses enthalten.6. Object according to claim 5, characterized in that the Structural elevations are formed by or contain the titanium oxide. 7. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturerhebungen durch Titanoxid-Partikel gebildet sind.7. Object according to claim 6, characterized in that the Structural surveys are formed by titanium oxide particles.
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