DE10159288B4

DE10159288B4 - Verfahren zur dauerhaften Beschichtung eines Substrates

Info

Publication number: DE10159288B4
Application number: DE10159288.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Sepeur Stefan; Jan Interwies; Dr.-Ing. Groß Frank
Original assignee: N TEC GmbH; N-TEC GmbH; Nano X GmbH
Current assignee: N-Tec 84051 Essenbach De GmbH
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: DE10159288A1

Abstract

Verfahren zur dauerhaften hitzebeständigen Beschichtung eines Substrates, wobei die Beschichtung aus einer anorganischen oder anorganisch-organischen Matrix besteht, die durch Hydrolyse und Kondensation eines Silans ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycidyloxypropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Tetraethoxysilan, 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilan, 1H,1H,2H,2H-Perfluordecyltriethoxysilan und Aminosilanen und eines oder mehrerer Alkoxide oder Metallsalze von Al, B, Ti oder Zr erhalten wird, wobei die Matrix mit fluorierten Partikeln gefüllt ist, wobei die fluorierten Partikel Fluorkohlenstoffverbindungen oder Seitenketten-fluorierte nanoskalige Partikel sind, und einen Silbersalzzusatz enthält und wobei die Beschichtung auf ein Substrat aufgebracht und ausgehärtet wird und die Aushärtung der Beschichtung bei Temperaturen zwischen 300°C und 400°C erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dauerhaften hitzebeständigen Beschichtung eines Substrates.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Beschichtungen zum Aufbringen auf ein Substrat bekannt, welche entweder als Bulk oder als Beschichtungswerkstoff eingesetzt werden, um beispielsweise die Reinigungsfähigkeit von Oberflächen zu verbessen.
Hierzu gehören teflonartige Beschichtungen, also Fluorcarbonharze und Derivate hiervon, die ein sehr gutes Antihaftverhalten aufweisen, jedoch auch schlecht an den Substraten haften und zudem eine geringe Abriebfestigkeit aufweisen. Die tribologischen Eigenschaften dieser Fluorcarbonharze sind ebenfalls herausragend.
Weiterhin sind gefüllte Fluorcarbonharze, beispielsweise aus der EP 109 171 B1 bekannt, bei denen die weichen Fluorpolymere, um eine höhere Abriebfestigkeit zu erhalten, mit Metall oder Oxidfüllern im μm-Bereich gefüllt werden, so daß sich die mechanische Verschleißresistenz wesentlich verbessert. Nachteil dieser Technik ist es, daß der organische Fluorcarbonbinder in der Hitze, wie sie z. B. bei Bratpfannenbeschichtungen auftritt, weich, bzw. flüssig wird und damit die Abriebbeständigkeit wesentlich verschlechtert wird, so daß beim Gebrauch die oxidischen Füller aus der Matrix ausgetragen werden.
Fluorierte Silane, die auf Oberflächen aufgesintert werden, zeigen besonders im keramischen Bereich hohe Abriebfestigkeiten, werden aber beim Gebrauch von Säuren und Laugen sehr schnell chemisch von den Oberflächen abgekoppelt, so daß eine Anwendbarkeit im Küchenbereich bisher nicht bekannt ist.
Sol-Gel-Gradientenmaterialien, wie sie aus der US 5,274,159 , der EP 587 667 B1 , der DE 196 49 954 A1 und der DE 196 49 955 A1 bekannt sind, zeigen zwar hohe Abriebbeständigkeiten, doch wird auch hier aufgrund der Gradientenstruktur ein chemischer Abtrag festgestellt.
Aus der JP 05-170909 A ist eine wässrige Dispersion von Polymer-Partikeln bekannt, in der US 6,129,980 A wird die Herstellung von Antireflexbeschichtungen über einen Zweischichtaufbau beschrieben, wobei Fluorpolymere eingesetzt werden, um den Brechungsindex der Schicht zu erniedrigen. In der DE 695 16 755 T2 werden Beschichtungen auf Basis von Zusammensetzungen aus Silikonen und Fluorharzmikroteilchen beschrieben. Die EP 0 459 003 A1 beschreibt eine Beschichtungszusammensetzung mit antimikrobieller Wirkung, welche durch Zusatz eines antimikrobiell wirkenden Metalls erreicht wird. Die JP-H10-279885 A beschreibt Beschichtungen auf der Basis von Hydrolysaten bzw. Kondensaten von Silanen, denen Silbersalze zugesetzt werden, um eine antibakterielle Wirkung zu erzielen.
Zusammenfassend läßt sich also feststellen, daß gemäß dem Stand der Technik entweder die Matrix weich und der Füller hart ist, wobei der Füller sich aus der Matrix ablöst bzw. enthaftet oder aber die Matrix hart ist und es der Beschichtung an chemischer Beständigkeit bzw. an fluorierter Masse fehlt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahrens zur dauerhaften hitzebeständigen Beschichtung eines Substrates bereitzustellen. Die Beschichtung ist chemikalienbeständig und weist eine hohe Abriebsbeständigkeit auf.
Im Rahmen der Erfindung wird dies durch ein Verfahren zur dauerhaften hitzebeständigen Beschichtung eines Substrates erreicht, wobei die Beschichtung aus einer anorganischen oder anorganisch-organischen Matrix besteht, die durch Hydrolyse und Kondensation eines Silans ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycidyloxypropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Tetraethoxysilan, 1H,1H,2H,2-Perfluorooctyltriethoxysilan, 1H,1H,2H,2H-Perfluordecyltriethoxysilan und Aminosilanen und eines oder mehrerer Alkoxide oder Metallsalze von Al, B, Ti oder Zr erhalten wird, wobei die Matrix mit fluorierten Partikeln gefüllt ist, wobei die fluorierten Partikel Fluorkohlenstoffverbindungen oder Seitenketten-fluorierte nanoskalige Partikel sind, und einen Silbersalzzusatz enthält und wobei die Beschichtung auf ein Substrat aufgebracht und ausgehärtet wird und die Aushärtung der Beschichtung bei Temperaturen zwischen 300°C und 400°C erfolgt.
Im Rahmen der Erfindung hat sich überraschend gezeigt, daß durch die Verwendung von anorganischen oder organischen Beschichtungen, die mit fluorierten Partikeln gefüllt sind, eine dauerhafte, hitzebeständige, chemikalienbeständige, auf dem Substrat fest haftende Beschichtung erreicht werden kann. Es handelt sich also um weiche Füller in einer relativ harten Matrix, bei der kein Auslösen oder Aufweichen der Beschichtung bei hoher Temperatur zu beobachten ist und die dennoch sehr abriebbeständig ist.
Der Kontaktwinkel dieser Beschichtungen gegen Wasser beträgt mehr als 60° (> 60°), vorzugsweise mehr als 90° (> 90°). Die beschriebenen Beschichtungen lassen sich mattieren, füllen oder strukturieren. Im Falle von Oberflächenstrukturierungen im Nano- oder Mikrobereich zeigen diese hydrophoben Schichten Kontaktwinkel gegen Wasser von mehr als 140° und selbstreinigende Eigenschaften.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Matrix neben den fluorierten Partikeln 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 20 Gew.-% Partikel enthält, wobei diese Partikel insbesondere Oxide, Sulfide, Phosphate oder Sulfate von Metallen oder Oxide bzw. Sulfide von Halbmetallen sind.
Hierbei ist vorgesehen, daß die Beschichtung 5 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-% fluorierte Partikel mit einer Partikelgröße von 5 nm bis 10 μm, vorzugsweise von 10 nm bis 1 μm, enthält. Für transparente Anwendungen werden Partikelgrößen zwischen 10 und 200 nm bevorzugt.
Hierbei ist es zweckmäßig, daß das Aufbringen der Beschichtung durch Schütten, Fluten, Tauchen, Walzen, Schleudern oder Sprühen erfolgt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß Schichtdicken von 100 nm bis 50 μm, bevorzugt von 1 μm bis 15 μm aufgebracht werden.
Möglich ist weiterhin, daß die Aushärtung über Strahlenhärtung oder durch Kombination von thermischer und Strahlenhärtung erfolgt.

Claims

Verfahren zur dauerhaften hitzebeständigen Beschichtung eines Substrates, wobei die Beschichtung aus einer anorganischen oder anorganisch-organischen Matrix besteht, die durch Hydrolyse und Kondensation eines Silans ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycidyloxypropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Tetraethoxysilan, 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilan, 1H,1H,2H,2H-Perfluordecyltriethoxysilan und Aminosilanen und eines oder mehrerer Alkoxide oder Metallsalze von Al, B, Ti oder Zr erhalten wird, wobei die Matrix mit fluorierten Partikeln gefüllt ist, wobei die fluorierten Partikel Fluorkohlenstoffverbindungen oder Seitenketten-fluorierte nanoskalige Partikel sind, und einen Silbersalzzusatz enthält und wobei die Beschichtung auf ein Substrat aufgebracht und ausgehärtet wird und die Aushärtung der Beschichtung bei Temperaturen zwischen 300°C und 400°C erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix neben den fluorierten Partikeln 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 0–20 Gew.-% Partikel enthält, wobei diese Partikel insbesondere Oxide, Sulfide, Phosphate oder Sulfate von Metallen oder Oxide bzw. Sulfide von Halbmetallen sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung 5 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-% fluorierte Partikel mit einer Partikelgröße von 5 nm bis 10 μm, vorzugsweise von 10 nm bis 1 μm, enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Beschichtung durch Schütten, Fluten, Tauchen, Walzen, Schleudern oder Sprühen erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in Schichtdicken von 100 nm bis 50 μm, vorzugsweise von 1 μm bis 15 μm aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung über Strahlenhärtung oder durch Kombination von thermischer und Strahlenhärtung erfolgt.