DE10064520A1 - Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächenstrukturen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden OberflächenstrukturenInfo
- Publication number
- DE10064520A1 DE10064520A1 DE2000164520 DE10064520A DE10064520A1 DE 10064520 A1 DE10064520 A1 DE 10064520A1 DE 2000164520 DE2000164520 DE 2000164520 DE 10064520 A DE10064520 A DE 10064520A DE 10064520 A1 DE10064520 A1 DE 10064520A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- structured
- substrate
- self
- anodic oxidation
- micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B17/00—Methods preventing fouling
- B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
- B08B17/06—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B17/00—Methods preventing fouling
- B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
- 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
- B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
- B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
- B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/12—Anodising more than once, e.g. in different baths
-
- 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
- B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
- B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
- B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
- B29C2059/023—Microembossing
-
- 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
- B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
- B29C37/0053—Moulding articles characterised by the shape of the surface, e.g. ribs, high polish
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächenstrukturen, die den Selbstreinigungseffekt zeigen, mit folgenden Verfahrensschritten: DOLLAR A - Erzeugung einer Mikro- oder Nanostruktur auf der Oberfläche eines Hilfsträgers durch anodische Oxidation; DOLLAR A - Übertragung der Oberflächenstruktur des Hilfsträgers auf das zu strukturierende Substrat.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mikro- oder
nanostrukturierten Oberflächenstrukturen, die den sogenannten Selbstreinigungs
effekt zeigen. Es kann insbesondere für die Oberflächenvergütung von Bauteilen für
Verkehrsträger Anwendung finden.
Wenn in dieser Anmeldung von Nano- oder Mikrostruktur die Rede ist, so ist darunter
immer zu verstehen, dass zumindest in einer Strukturdimension Abmessungen im
Nano- oder Mikrobereich vorhanden sind.
Oberflächen oder Beschichtungen von Teilen oder Anbauteilen von Verkehrsträgern
(Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, schienengebundene Fahrzeuge, etc.) müssen höchsten
Anforderungen im Hinblick auf Korrosionsschutz, Kratzbeständigkeit, Optik, Farbge
bung, Chemikalienbeständigkeit und Beständigkeit gegen sonstige Umwelteinflüsse
wie z. B. Vogelkot genügen. Dies stellt einerseits höchste Ansprüche an die einge
setzten Materialien, andererseits stehen durch den hohen Wettbewerbsdruck in der
Automobilindustrie die Herstellungsprozesse von Teilen, die Beschichtungsmateria
lien und deren Applikation unter einem großen Kostendruck.
Der Einsatz von z. B. durch chemisches Ätzen erzeugten Formkörpern und Oberflä
chen bei der Herstellung von dekorativen, genarbten Oberflächen von Kunststofftei
len ist allgemein bekannt. Die erzielbaren Strukturgrößen bewegen sich im oberen
µm bis mm-Bereich.
Derartig strukturierte Formkörper aus Stahl zur Erzeugung von selbstreinigenden
Oberflächen schränken die für selbstreinigende Oberflächen verwendbaren Oberflächenmaterialien
im Sinne des Auftretens des Selbstreinigungseffektes auf für
Verkehrsträger nicht verwendbare Beschichtungsmaterialien bzw. Kunststoffmassen
ein.
Selbstreinigende Oberflächen auf Basis des sogenannten Lotus-Effektes bestehen
aus strukturierten Materialien mit einer geringen Oberflächenenergie.
Die Oberflächenenergie der verwendeten Materialien muß so gering sein, daß ein
Wassertropfen auf einer glatten Oberfläche des Materials einen Kontaktwinkel von
mehr als 90° aufweist.
Je niedriger die Oberflächenenergie ist, um so schlechter werden die Oberflächen
auch durch in der Technik und in der Natur vorkommende Substanzen mit niedriger
Oberflächenenergie, wie z. B. Wachse, Öle, Baumharze benetzt.
Die Struktur von Oberflächenmaterialien mit niedrigen Oberflächenenergien für
selbstreinigende Oberflächen muß so beschaffen sein, dass
- 1. die Kontaktfläche für Tropfen mit dem Oberflächenmaterial minimiert (Festkör
per-Wasser-Grenzfläche) und die zwischen den Mikro- bzw. Nanostrukturen
eingeschlossene Luftmenge maximiert wird (Wasser-Luft-Grenzfläche). Dies
führt zu einer quantitativ berechenbaren Erhöhung des Kontaktwinkels.
Diese Bedingungen korrespondieren nicht mit der Erhöhung der Rauhigkeit von Oberflächen. Im Gegenteil, eine Rauhigkeitserhöhung kann u. U. zu einer drastischen Verschlechterung bzw. dem Verlust der Selbstreinigung führen. Umgekehrt können Wassertropfen auf Oberflächen mit Strukturen, die per De finition eine niedrige Rauhigkeit aufweisen, große Kontaktwinkel haben. (J. Bico et al. Europhysics Letters; 47 (1999), 220). - 2. die Wechselwirkung von Schmutzpartikeln mit der Oberfläche möglichst minimiert wird.
Unter Fachleuten anerkanntes Merkmal selbstreinigender Oberflächen ist ein Was
sertropfen, der beim Abrollen von der Oberfläche auf dieser Oberfläche befindliche
Schmutz- und Staubpartikel mitreißt. Die Selbstreinigung tritt erst ab einem Kontakt
winkel für Wasser von etwa 130° auf.
Die Bedingung der niedrigen Oberflächenenergie wird am besten von solchen
Materialien erfüllt, deren Oberflächenenegie kleiner 30 mN/m ist. Als für Verkehrsträ
ger geeignete Materialien für Beschichtungen oder Herstellung von Anbauteilen
kommen somit z. B. Polypropylen, Polyethylen, fluorierte Polyethylen-Copolymere,
Polyvinylfluoride oder andere fluorierte Kunststoffmaterialien in Betracht.
Es sind eine große Anzahl von Verfahren zur Erzeugung extrem hydrophober
Oberflächen bekannt. Allen Veröffentlichungen ist gemeinsam, daß die Selbstreini
gung an sich nicht beschrieben ist.
In der CH 268 258 A ist ein Verfahren beschrieben, bei dem feine Partikel z. B.
Tonpartikel hydrophobiert werden und durch ein aushärtbares Organosilikonharz auf
einer Oberfläche fixiert werden.
Die US 3,354,022 bezieht sich auf strukturierte wasser- und ölabstoßende Oberflä
chen und ihre Herstellung. Die Strukturen werden durch Prägeprozesse erzeugt. Als
Prägewerkzeuge werden einseitig fixierte Hohlfasern oder mit Löchern versehene
Nickel-Platten (mesh-plate) verwendet.
In der EP 0825 901 B1 wird eine dünne Pigmentschicht desorganischen Pigmentes
C. I. Pigment Red 149 im Vakuum auf einem metallisierten Polyimid-Film abgeschie
den und durch Erwärmen auf 220°C rekristallisiert. Es bilden sich diskrete Whisker,
die mit einem dünnen Metallfilm (Pd, Pt, Ag oder Au) bedampft und anschließend
durch einen monomolekularen Fluoralkylthiolfilm hydrophobiert werden.
Weiterhin sind eine Vielzahl von Schriften bekannt, bei denen mit Hilfe eines Plasmas
Teile von Oberflächen weggeätzt bzw. freigelegt werden. (EP 476 510 A1 oder US 5,693,236).
Der Selbstreinigungseffekt selbst wird in verschiedenen Veröffentlichungen beschrie
ben.
In der DE 198 60 137 A1 wird ein Verfahren offenbart, mit dem ultraphobe Oberflä
chen auf Basis von strukturiertem Aluminium hergestellt werden. Dazu wird die
Oberfläche des Aluminiums mit einer periodischen Mikrostruktur mit einer Rauhtiefe
von 1 bis 1000 µm versehen, nach dem Eloxieren und Kalzinieren mit einer Haftver
mittlerschicht versehen und anschließend mit einer hydrophoben oder oleophoben
Beschichtung versehen. Die Offenbarung ist allein auf Aluminiumoberflächen be
schränkt. Der Fachmann auf dem Gebiet der KFZ-Lackierung bzw. Beschichtung
weiß jedoch, daß derartig hergestellte Oberflächen den Anforderungen hinsichtlich
Korrosionsschutz, Langzeitbeständigkeit (UV-, bzw. Florida-Test, Salzsprühtests etc.
pp.) nicht genügen.
In der WO 96/04123 werden Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten
selbstreinigenden Oberflächen auf Gegenständen beschrieben. Diese Oberflächen
weisen eine künstliche Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen auf.
Der Abstand zwischen den Erhebungen und Vertiefungen soll dabei im Bereich von 5
bis 200 µm und die Höhe der Erhebungen im Bereich von 5 bis 100 µm liegen und
die Erhebungen aus hydrophoben oder haltbar hydrophobierten Materialien beste
hen.
In DE 198 03 787 A1 sind u. a. zur Formgebung oder Strukturierung von Oberflächen
mit hydrophoben Eigenschaften Gießen, Spritzgießen und andere Verfahren ange
geben. Dafür sind entsprechende Negativformen der erwünschten Struktur erforder
lich. Zur Herstellung dieser Negativformen wird z. B. die Liga-Technik angegeben.
Nach diesem Verfahren müssen zuerst mehrere Masken durch Elektronenstrahllitho
graphie hergestellt werden, welche dann anschließend zur Belichtung einer Photore
sistschicht durch Röntgentiefenlithographie dienen, wodurch eine Positivform
entsteht. Anschließend werden die Zwischenräume im Photoresist durch galvanische
Abscheidung eines Metalls aufgefüllt, so daß eine Metallstruktur als Negativform der
gewünschten Struktur entsteht.
Das hier beschriebene Verfahren ist kompliziert und kostenintensiv. Dieser Prozeß ist
besonders für die Herstellung von großen Negativformen mit nanostrukturierten
Oberflächen, insbesondere für dreidimensional geformte Körper, sehr aufwendig und
deshalb zur Erzeugung von Verkehrsträger-Bauteilen mit strukturierten, leicht zu
reinigenden Oberflächen nicht sinnvoll anwendbar.
Allen bisher beschriebenen Verfahren ist gemeinsam, daß sie im Hinblick auf die
Anforderungen an Beschichtungen im Bereich von Verkehrsträgern nicht industriell
verwertbar sind.
Die anodische Oxidation von Aluminium ist ein seit langem beschriebener Prozeß.
Beispielsweise sind eine Vielzahl von Literaturstellen zur Herstellung von anodisch
oxidierten flächigen Materialien und deren Verwendung bei der Herstellung von
Offsetdruckplatten bekannt, z. B. EP 0 139 111 B1. Für die Druckplatten sind die
Benetzbarkeit mit den Druckfarben sowie die Beständigkeit gegen die Entwicklerlö
sung entscheidend. Es wird eine mittlere Rauhtiefe Rz von 1-15 µm der aufge
rauhten Oberfläche angegeben. Die ungerichtete Aufrauhung der Oberfläche dient
der Erhöhung der Benetzbarkeit und hat dabei nicht die Funktion einer zielgerichteten
Strukturierung im Nanometerbereich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein industriell verwertbares, kostengünstiges Verfahren
zur Herstellung von Mikro- und insbesondere Nanostrukturen auf Oberflächen
anzugeben, die selbstreinigende Eigenschaften aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zur Herstellung von selbstreinigenden
Oberflächen auf der Oberfläche eines Hilfsträgers (z. B. einem Formteilwerkzeug)
Negativstrukturen im Mikro- oder Nanometerbereich in einem bzw. zwei Prozeßschritten
erzeugt. Anschließend erfolgt die Übertragung der Mikro- oder Na
nostruktur auf das zu strukturierende Substrat.
Zur Erzeugung feinster regelmäßiger Strukturen auf großen Oberflächen sind
vornehmlich Verfahren geeignet, welche auf selbstorganisierenden Mechanismen
beruhen. Erfindungsgemäß wird die an sich bekannte anodische Oxidation von
Aluminium und anderer Metalle eingesetzt. Es können damit insbesondere Strukturen
mit sehr regelmäßigen zylindrischen Poren hergestellt werden.
Die erreichbaren Strukturdimensionen, also Abstand und Durchmesser der Poren,
liegen zwischen etwa 10 Nanometer und 1 Mikrometer, also in dem Bereich, in dem
die genannten Effekte der Selbstreinigung auftreten.
Bei dem Substrat, dessen Oberfläche strukturiert werden soll, kann es sich um folien-
oder schichtartige Körper handeln. Nach erfolgter Oberflächenstrukturierung können
damit die gewünschten Bauteile oder Anbauteile überzogen oder beschichtet werden.
Es ist auch möglich, die Strukturierung des folien- oder schichtartigen Substrats
einerseits und die Beschichtung des Bauteils mit diesem Substrat in einem Verfah
rensschritt zu erreichen (für glatte Oberflächen siehe z. B. EP 0 123 374 B1, EP 0320 925 B1).
Andererseits ist es aber auch möglich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
direkt die Oberfläche eines dreidimensionalen Bauteils strukturiert wird.
Die Bedingung der niedrigen Oberflächenenergie wird am besten von solchen
Materialien erfüllt, deren Oberflächenenergie kleiner 30 mN/m ist. Als für Verkehrs
träger besonders geeignete Materialien für Beschichtungen oder Bauteile kommen
somit z. B. Polypropylen, Polyethylen, fluorierte Polyethylen-Copolymere, Polyvinylflu
oride oder andere fluorierte Kunststoffmaterialien in Betracht.
Wie die untenstehenden Beispiele zeigen, kann durch Wahl des Elektrolyten und
sonstiger Anodisierparameter (z. B. Anodisierspannung, Badtemperatur und Anodisierzeit)
die zu erzeugende Oberflächenstruktur hinsichtlich Strukturdurchmesser, der
Strukturtiefe sowie der Strukturelementanzahl pro Flächeneinheit eingestellt werden.
Als Elektrolyte kommen beispielsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure, Oxalsäure
oder weitere bekannte Säuren in Frage. Die Art des zu verwendenden Elektrolyts
richtet sich außerdem nach der Materialzusammensetzung des zu strukturierenden
Werkzeugs.
Die im Elektrolytbad zwischen dem Werkzeug und einer geeigneten Kathode ange
legte Anodisierspannung kann im Bereich von 10 bis 200 V liegen. Die Temperatur
im Elektrolytbad liegt zwischen 0 und 30°C. Die Anodisierzeit kann von wenigen
Minuten bis mehreren Stunden betragen.
Vor dem eigentlichen Anodisierschritt können die Werkzeugoberflächen geglättet
werden. Dies kann entweder durch mechanisches Polieren der Oberflächen oder
chemisches Elektropolieren geschehen. Als Elektropolierbad kommt z. B. eine
Mischung aus 25 : 75 Volumenanteilen Chlorsäure und Ethanol zur Anwendung. Die
durchschnittliche Rauhigkeit der polierten Oberfläche sollte über eine Fläche von 3 µm2
bei ca. 3 nm liegen.
Als besonders vorteilhaft haben sich Verfahren erwiesen, bei denen das Werkzeug in
einem zweistufigen Prozeß anodisch oxidiert wird, wobei durch Variation der Para
meter Elektrolytzusammensetzung, Anodisierspannung, Badtemperatur und Anodi
sierzeit die auf dem Werkzeug zu erzeugende zylindrische Porenstruktur gezielt
beeinflußt werden kann.
Vor dem Anodisieren ist es zweckmäßig, die Werkzeugoberflächen mit geeigneten
Verfahren zu reinigen und zu entfetten. Nach dem ersten Anodisierschritt wird die
erzeugte porige Oxidschicht durch ein selektives Ätzverfahren wieder entfernt. Dies
kann z. B. mit einem Beizmittel, bestehend aus Phosphorsäure und Chromsäure bei
erhöhter Temperatur (z. B. 50-70°C) durchgeführt werden. Trotz der Anwendung
des Ätzverfahrens bleiben Reste der Oxidschicht erhalten, die dann während des
sich anschließenden zweiten Anodisierschritts als Keime wirken.
Der zweite Anodisierschritt kann sowohl mit denselben Parametern durchgeführt
werden, die bereits im ersten Anodisierschritt verwendet wurden, jedoch sind auch
andere Parameter möglich.
Eine Möglichkeit besteht hierbei in der nachträglichen Aufweitung der Porendurch
messer im oberen Bereich. So kann beispielsweise durch das kurzeitiges Einwirken
eines selektiven Beizmittels (Phosphorsäure und Chromsäure) erreicht werden, daß
sich zum Porengrund hin eine pyramidale Struktur ausbildet. Diese gezielte Poren
aufweitung, d. h. Verbreiterung des Porendurchmessers und Verjüngung zum Poren
grund hin führt bei der späteren Übertragung der Struktur auf ein geeignetes Substrat
zu einer pyramidalen Whiskerstruktur und damit zu einer erhöhten mechanischen
Stabilität.
Nach dem angegebenen 2-Stufen-Verfahren für die anodische Oxidation führt die
Verwendung von 0,3 M Oxalsäure als Elektrolyt bei einer Badtemperatur von 5°C
unter Anlegung einer Gleichspannung von 40 V an ein Aluminiumsubstrat zu einem
Porendurchmesser von ca. 100 nm.
Werden größere Porendurchmesser benötigt, so können z. B. durch die Verwendung
von ca. 10%iger Phosphorsäure als Elektrolyt bei einer Badtemperatur von etwa 3°C
und einer angelegten Gleichspannung von ca. 160 V Porendurchmesser von bis zu
300 nm erzeugt werden. Bei einer Anodisierzeit von 10 min resultiert eine Porentiefe
von ca. 300 nm.
Zur Erzeugung von regelmäßigen porigen Nano- und Mikrostrukturen auf Werkzeug
oberflächen, die nicht metallisch sind oder aus einem Metall bestehen, das sich nicht
anodisch strukturieren läßt, kann auf der Werkzeugoberfläche als Hilfsschicht eine
dünne Aluminiumschicht aufgebracht werden. Dies kann z. B. durch galvanische
Abscheideverfahren oder auch durch Aufdampfverfahren erreicht werden. Die Dicke
dieser Hilfsschicht kann zwischen ca. 100 nm und mehreren µm liegen.
Zur Übertragung der Mikro und Nanostruktur auf geeignete Substrate im Sinne eines
Replikationsprozesses kommen mehrere Möglichkeiten in Betracht:
- - Heißprägen einer Folie im Durchlaufverfahren;
- - Spritzguss in eine Werkzeugform, welche die nano- oder mikrostrukturierte Oberfläche trägt, mit einem Thermoplasten;
- - Füllen einer mikrostrukturierten Werkzeugform oder eines Kalanders mit einem Monomer und anschließendes Polymerisieren unter Verwendung von chemi schen, thermischen oder UV-Startern sowie Kombinationen;
- - Füllen einer mikrostrukturierten Werkzeugform oder eines Kalanders mit einer nicht oder nicht vollständig ausgehärteten oder physikalisch trocknenden Be schichtungsmasse (sog. In-der-Form-Beschichtungsmasse, In-mold-coating com position), wie es in der Schrift EP 0 123 374 B1 für glatte Oberflächen beschrie ben ist und anschließendes Polymerisieren unter Verwendung von chemischen, thermischen oder UV-Startern sowie Kombinationen;
- - prinzipiell möglich ist auch ein Verfahren nach EP 0320 925 B1, bei dem ein Herstellverfahren für Kunststoff-Formteile mit dekorativ geprägter Oberflächenbe schichtung beschrieben wird. Dazu wird eine ungeprägte, tiefziehfähige Folie in ein Werkzeug eingelegt, daß mindestens auf Teilbereichen seiner Innenoberflä che eine Strukturierung aufweist, und anschließend hinterspritzt. Die für eine von Bauteilen für Verkehrsträger bevorzugte Mikro- und insbesondere Nanostrukturie rung (kleiner Wellenlänge sichtbares Licht) durch die in der vorliegenden Erfin dung beschriebenen Werkzeuge kann aber nur durch eine völlig andere als in der EP 0320 925 B1 beschriebene Prozeßgestaltung sowie völlig andere Materialei genschaften der Tiefziehfolie erreicht werden. Das Nanospritzgießen erfordert eigene Entwicklungen hinsichtlich Werkzeugtemperaturen, Prozeßführung sowie zu erzielendem Aspektverhältnis der abzuformenden Nanostrukturen. Die zu prä gende Oberfläche der Folie kann dabei aus einem thermoplastischen Polymer oder aus einem ein- oder mehrschichtigen Beschichtungsaufbau auf Basis von z. B.: Polyestern, Polyurethanen, Acrylaten und deren Derivate, Epoxidharzen, Nitrocellulose, Phenolharze, Melamineharzen oder natürlich nachwachsenden Harzen bestehen, welche üblicherweise für die Darstellung von organischen Be schichtungen eingesetzt werden. Die einzelnen Beschichtungsmaterialien können dabei mit künstlichen oder natürlich vorkommenden Rohstoffen gefüllt sein. Die Additivzusammensetzung kann aus mitvernetzenden und aus nichireaktiven Zu schlagstoffe auf Basis von halogenhaltigen oder siliconhaltigen Produkten beste hen. Die Aushärtung kann mittels Strahlung oder thermisch nach oder während des Prägungsvorgangs stattfinden und dabei die abgeformte Nanostruktur fixie ren. Dabei kann die Aushärtung der Beschichtung nach Entnahme aus dem Werkzeug oder innerhalb der Verweildauer der Folie im Werkzeug stattfinden. Als weitere Methode kann man die Aushärtung der Beschichtungsmaterialien durch obige Methoden starten und während des Aushärtungsprozess die Nanostruktur abformen.
Natürlich sind auch die unterschiedlichsten, aus der Kunststofftechnik bekannten
Varianten dieser Basisverfahren anwendbar. Beispielsweise kann der Prägevorgang
oder das Hinterspritzen mit einem teilvernetzten Polymer vorgenommen werden,
welches erst nach dem Ablösen aus der Form oder der Druckmatrize durch Bestrah
lung auspolymerisiert.
Besonders geeignet für die direkte anodische Oxidation sind Werkzeuge aus Alumi
niumlegierungen wie AlZnMgCu 1,5, Stahlnormungsnummer: 3.4565 Zugfestigkeit:
530 N/mm2, oder AlZnMgCu 0,5 Stahlnormungsnummer: 3.4345 Zugfestigkeit: 450 N/mm2.
Ebenso die in der Luft- und Raumfahrt eingesetzte Aluminium-Knetlegierung
WL3.1354, Zugfestigkeit 440 N/mm2. Alle drei Materialien erfüllen die Anforderungen
an ein Formeinsatzmaterial in der Kunststoffverarbeitung, besonders im Hinblick auf
die Zugfestigkeit, aber auch anderer Parameter wie z. B. Verschleißfestigkeit und
Standzeit.
Die Bemusterungen zur Herstellung von Kunststoffbauteilen mit selbstreinigenden
Oberflächen wurden auf einer Spritzgießmaschine der Firma Krauss-Maffei, Typ KM
150-460 B2, mit einer max. Schließkraft von 1500 kN und einem Schneckendurch
messer von 45 mm durchgeführt.
Ein erster Nachweiß der Funktionalität des nanostrukturierten Spritzgießwerkzeugs
wurde unter Verwendung von Polypropylen (PP), Novolen 1100 UC, der Fa. BASF
durchgeführt.
Beim zweiten Spritzversuch wurde eine ASA/PC-Trägerfolie aus Luran S KR 2861/1
C mit einem UV-härtenden und einem thermisch-vernetzenden Klarlacksystem
beschichtet und anschließend die Trägerfolie auf der Spritzgießmaschine mit Luran S
KR 2861/1 C, Hersteller BASF, hinterspritzt. Die in das Spritzwerkzeug eingebrachte
Nano/Mikro-Struktur soll beim Hinterspritzvorgang auf die Oberfläche der un-/
teilvernetzten Klarlackschicht abgeprägt werden.
Bei allen Musterungen (mit PP, ASA/PC-Trägerfolie mit Lack) wurden unten ge
nannte Parameter in den angegebenen Bereichen variiert.
Der Kontaktwinkel zwischen Oberfläche und Wasser als Indiz für das Vorhandensein
einer selbstreinigenden Oberfläche lag bei o. g. Ausführungsbeispielen in einem
Bereich von 130°-140°C.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von Oberflächenstrukturen, die den Selbstreinigungs
effekt zeigen, mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Erzeugung einer Mikro- oder Nanostruktur auf der Oberfläche eines Hilfsträ gers durch anodische Oxidation;
- - Übertragung der Oberflächenstruktur des Hilfsträgers auf das zu strukturie rende Substrat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische
Oxidation in zwei Verfahrensstufen durchgeführt wird, wobei zwischen der ers
ten und zweiten Anodisierungsstufe die bei der ersten Anodisierungsstufe er
zeugte Oxidschicht durch selektives Ätzen wieder entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten
Anodisierungsstufe gegenüber der ersten Anodisierungsstufe die Anodisierpa
rameter verändert werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass der Hilfsträger aus einem Metall oder Kunststoff besteht.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass der Hilfsträger eine zusätzliche Al-Hilfsschicht aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass die Übertragung der Struktur des Hilfsträgers auf das zu strukturie
rende Substrat mittels Heißprägen, Spritzgießen oder Tiefziehen geschieht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißprägen
oder Spritzgießen mit einem Monomer oder teilvernetzten Polymer durchgeführt
wird, welche erst nach dem Ablösen aus dem Formteilwerkzeug auspolymeri
siert werden.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekenn
zeichnet, dass das zu strukturierende Substrat folien- oder schichtartig ausge
bildet ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass das zu strukturierende Substrat als dreidimensionales Bauteil ausge
bildet ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass das zu strukturierende Substrat aus einem Material mit einer Oberflä
chenenergie kleiner 30 mN/m besteht, insbesondere Polypropylen, Polyethylen,
fluorierte Polyethylen-Copolymere, Polyvinylfluoride oder andere fluorierte
Kunststoffmaterialien.
11. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur
Oberflächenvergütung von Bauteilen für Verkehrsträger.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000164520 DE10064520A1 (de) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächenstrukturen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000164520 DE10064520A1 (de) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächenstrukturen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10064520A1 true DE10064520A1 (de) | 2002-07-04 |
Family
ID=7668623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000164520 Withdrawn DE10064520A1 (de) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächenstrukturen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10064520A1 (de) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006021507A1 (de) * | 2004-08-26 | 2006-03-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Oberfläche mit einer haftungsvermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung |
WO2007011663A1 (en) * | 2005-07-14 | 2007-01-25 | 3M Innovative Properties Company | Nanostructured article and method of making the same |
DE102006050365A1 (de) * | 2006-10-25 | 2008-04-30 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Strukturierte Oberfläche mit schaltbarer Haftfähigkeit |
DE102007007409A1 (de) * | 2007-02-12 | 2008-08-14 | Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg | IMD-Formwerkzeug und Verfahren zur Herstellung eines IMD-Formwerkzeugs |
WO2009113822A1 (en) * | 2008-03-14 | 2009-09-17 | Postech Academy-Industry Foundation | Method for fabricating 3d structure having hydrophobic surface using metal foil |
US7651863B2 (en) | 2005-07-14 | 2010-01-26 | 3M Innovative Properties Company | Surface-enhanced spectroscopic method, flexible structured substrate, and method of making the same |
WO2010032925A1 (ko) * | 2008-09-22 | 2010-03-25 | 엘지전자(주) | 미세패턴을 구비하는 스탬퍼 |
DE102008060800A1 (de) | 2008-11-26 | 2010-05-27 | Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V., Arbeitsgruppe funktionelle Schichten | Schicht mit hierarchischer mikro- und nanostrukturierter Oberfläche sowie Zusammensetzung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
DE10248118B4 (de) * | 2002-10-10 | 2011-07-21 | Süddeutsche Aluminium Manufaktur GmbH, 89558 | Verfahren zum Aufbringen eines dünnkeramischen Beschichtungsmaterials auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Kraftfahrzeug-Anbauteils und Kraftfahrzeug-Anbauteil |
DE202008018474U1 (de) | 2008-11-26 | 2014-07-08 | Gmbu E.V., Fachsektion Dresden | Schicht mit hierarchischer mikro- und nanostrukturierter Oberfläche sowie Zusammensetzung zu ihrer Herstellung |
US9134471B2 (en) | 2006-06-28 | 2015-09-15 | 3M Innovative Properties Company | Oriented polymeric articles and method |
EP3115414A1 (de) * | 2015-07-08 | 2017-01-11 | PARAT Beteiligungs GmbH | Bauelement, verfahren zu dessen herstellung, und spritzfähiges material |
DE102016213404A1 (de) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer fluidischen Vorrichtung für ein Lab-on-Chip-System und fluidische Vorrichtung für ein Lab-on-Chip-System |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19803787A1 (de) * | 1998-01-30 | 1999-08-05 | Creavis Tech & Innovation Gmbh | Strukturierte Oberflächen mit hydrophoben Eigenschaften |
EP1016621A2 (de) * | 1998-12-25 | 2000-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Verfahren zur Herstellung enger Poren und einer Struktur mit solchen engen Poren, und so hergestellte enge Poren und Struktur |
WO2000050232A1 (fr) * | 1999-02-25 | 2000-08-31 | Seiko Epson Corporation | Element structure presentant d'excellentes proprietes hydrofuges et son procede de fabrication |
-
2000
- 2000-12-22 DE DE2000164520 patent/DE10064520A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19803787A1 (de) * | 1998-01-30 | 1999-08-05 | Creavis Tech & Innovation Gmbh | Strukturierte Oberflächen mit hydrophoben Eigenschaften |
EP1016621A2 (de) * | 1998-12-25 | 2000-07-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Verfahren zur Herstellung enger Poren und einer Struktur mit solchen engen Poren, und so hergestellte enge Poren und Struktur |
WO2000050232A1 (fr) * | 1999-02-25 | 2000-08-31 | Seiko Epson Corporation | Element structure presentant d'excellentes proprietes hydrofuges et son procede de fabrication |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10248118B4 (de) * | 2002-10-10 | 2011-07-21 | Süddeutsche Aluminium Manufaktur GmbH, 89558 | Verfahren zum Aufbringen eines dünnkeramischen Beschichtungsmaterials auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Kraftfahrzeug-Anbauteils und Kraftfahrzeug-Anbauteil |
WO2006021507A1 (de) * | 2004-08-26 | 2006-03-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Oberfläche mit einer haftungsvermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung |
US7888129B2 (en) | 2005-07-14 | 2011-02-15 | 3M Innovative Properties Company | Surface-enhanced spectroscopic method, flexible structured substrate, and method of making the same |
WO2007011663A1 (en) * | 2005-07-14 | 2007-01-25 | 3M Innovative Properties Company | Nanostructured article and method of making the same |
US7906057B2 (en) | 2005-07-14 | 2011-03-15 | 3M Innovative Properties Company | Nanostructured article and method of making the same |
US7651863B2 (en) | 2005-07-14 | 2010-01-26 | 3M Innovative Properties Company | Surface-enhanced spectroscopic method, flexible structured substrate, and method of making the same |
US9134471B2 (en) | 2006-06-28 | 2015-09-15 | 3M Innovative Properties Company | Oriented polymeric articles and method |
US9259885B2 (en) | 2006-06-28 | 2016-02-16 | 3M Innovative Properties Company | Oriented polymeric articles and method |
DE102006050365A1 (de) * | 2006-10-25 | 2008-04-30 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Strukturierte Oberfläche mit schaltbarer Haftfähigkeit |
DE102007007409A1 (de) * | 2007-02-12 | 2008-08-14 | Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg | IMD-Formwerkzeug und Verfahren zur Herstellung eines IMD-Formwerkzeugs |
DE102007007409B4 (de) | 2007-02-12 | 2020-01-02 | Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg | IMD-Formwerkzeug und Verfahren zur Herstellung eines IMD-Formwerkzeugs |
CN101970726B (zh) * | 2008-03-14 | 2013-09-25 | 浦项工科大学校产学协力团 | 用于使用金属箔片制造具有疏水性表面的3d结构的方法 |
US8257630B2 (en) | 2008-03-14 | 2012-09-04 | Postech Academy-Industry Foundation | Method for fabricating 3D structure having hydrophobic surface using metal foil |
WO2009113822A1 (en) * | 2008-03-14 | 2009-09-17 | Postech Academy-Industry Foundation | Method for fabricating 3d structure having hydrophobic surface using metal foil |
CN102066070A (zh) * | 2008-09-22 | 2011-05-18 | Lg电子株式会社 | 包括微型图案的印模 |
WO2010032925A1 (ko) * | 2008-09-22 | 2010-03-25 | 엘지전자(주) | 미세패턴을 구비하는 스탬퍼 |
DE102008060800A1 (de) | 2008-11-26 | 2010-05-27 | Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V., Arbeitsgruppe funktionelle Schichten | Schicht mit hierarchischer mikro- und nanostrukturierter Oberfläche sowie Zusammensetzung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
DE202008018474U1 (de) | 2008-11-26 | 2014-07-08 | Gmbu E.V., Fachsektion Dresden | Schicht mit hierarchischer mikro- und nanostrukturierter Oberfläche sowie Zusammensetzung zu ihrer Herstellung |
EP3115414A1 (de) * | 2015-07-08 | 2017-01-11 | PARAT Beteiligungs GmbH | Bauelement, verfahren zu dessen herstellung, und spritzfähiges material |
DE102016213404A1 (de) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer fluidischen Vorrichtung für ein Lab-on-Chip-System und fluidische Vorrichtung für ein Lab-on-Chip-System |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10064520A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächenstrukturen | |
DE4010669C1 (de) | ||
US8486319B2 (en) | Articles with super-hydrophobic and/or self-cleaning surfaces and method of making same | |
WO2003013827A1 (de) | Strukturierte oberflächen mit lotus-effekt | |
EP1171529B1 (de) | Verfahren zur herstellung von selbstreinigenden, ablösbaren oberflächen | |
EP0646188B1 (de) | Werkzeug und verfahren zur herstellung einer mikrostrukturierten kunststoffschicht | |
AT516558B1 (de) | Prägelack, Verfahren zum Prägen sowie mit dem Prägelack beschichtete Substratoberfläche | |
DE10346124A1 (de) | Werkzeug zur Erzeugen von mikrostrukturierten Oberflächen | |
EP1753590A1 (de) | Erzeugnis mit deckschicht und abformschicht | |
DE102006002728A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Form, die bei der Herstellung eines hydrophoben Polymersubstrats verwendet wird | |
WO2011101057A1 (de) | Verfahren zur herstellung von beschichteten formkörpern | |
DE10134362A1 (de) | Strukturierte Oberflächen mit Lotus-Effekt | |
DE102007046910A1 (de) | Deformierbares Substrat mit mikrostruktuierter Oberfläche aus aufgebrachtem Material sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrates | |
Choi et al. | Direct metal to metal imprinting for developing 1-step manufacturing process of patterned metal surface | |
DE4126877C1 (en) | Plastic microstructure prodn. for high temp. resistance - by forming poly:methyl methacrylate] mould unit, filling with plastic resin and dissolving in solvent, for high accuracy moulds | |
WO2008082421A1 (en) | Antireflective surfaces, methods of manufacture thereof and articles comprising the same | |
WO2005016641A1 (de) | Verfahren zur herstellung von kunststoffformteilen mit funktionalen oberflächen | |
DE102013007429B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenfolie mit Texturierung | |
WO2009146890A2 (de) | Verbundwerkstoff | |
EP1216847A2 (de) | Dekorative Kunststoff-Folie | |
DE102014111559B4 (de) | Verfahren zur Herstellung von Schichtenfolgen und Formkörpern aus einer Anzahl von Schichten | |
EP2643394B1 (de) | Formteile aus faserverstärkten materialien mit lackierten oberflächen und ihre herstellung | |
DE3137598A1 (de) | Herstellung eines spritzgusswerkzeuges fuer kleinserien bis 5000 stueck | |
DE102008027040A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines flächigen Applikationsmaterials, flächiges Applikationsmaterial und Formbauteil | |
DE102022128196A1 (de) | Verfahren zum Übertragen eines Musters auf einen Körper, Körper und Gießanordnung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |