DE102012102312A1 - Use of photocatalytic component comprising first binding agent fixed on carrier particles in coating composition, preferably for producing self-cleaning surfaces - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung mindestens einer photokatalytischen Komponente in einer Beschichtungszusammensetzung, insbesondere zur Erzeugung selbstreinigender Oberflächen, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein erstes Bindemittel umfasst und in der photokatalytischen Komponente als Reaktion auf auf diese photokatalytische Komponente auftreffende elektromagnetische Strahlung Elektronenverschiebungen auslösbar sind und durch die Elektronenverschiebungen im Inneren der photokatalytischen Komponente oder in die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen die Bildung von Radikalen initiierbar ist, durch welche ein Abbau von die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen initiierbar und/oder beschleunigbar ist. The present invention relates to the use of at least one photocatalytic component in a coating composition, in particular for producing self-cleaning surfaces, wherein the coating composition comprises a first binder and in the photocatalytic component in response to electromagnetic radiation incident on this photocatalytic component electron shifts are triggered and by the electron shifts in Inside the photocatalytic component or in the photocatalytic component contacting substances, the formation of radicals can be initiated, by which a degradation of the photocatalytic component contacting substances can be initiated and / or accelerated.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Beschichtungszusammensetzung, insbesondere zur Erzeugung selbstreinigender Oberflächen, wobei die Beschichtungszusammensetzung mindestens ein erstes Bindemittel umfasst und eine photokatalytische Komponente beinhaltet, in welcher als Reaktion auf auftreffende elektromagnetische Strahlung Elektronenverschiebungen auslösbar sind, wobei durch die Elektronenverschiebungen im Inneren der photokatalytischen Komponente oder in die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen die Bildung von Radikalen initiierbar ist, durch welche ein Abbau von die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen initiierbar und/oder beschleunigbar ist. Furthermore, the present invention relates to a coating composition, in particular for producing self-cleaning surfaces, wherein the coating composition comprises at least a first binder and includes a photocatalytic component, in which in response to incident electromagnetic radiation electron shifts are triggered, by the electron shifts in the interior of the photocatalytic component or in the photocatalytic component contacting substances, the formation of radicals can be initiated, by which a degradation of the photocatalytic component contacting substances can be initiated and / or accelerated.
Aus dem Stand der Technik sind Beschichtungen für Oberflächen wie z.B. Farben und Lacke bekannt, denen Pigmente zugesetzt sind. Für weiße Beschichtungen werden als Pigmente vorwiegend Titandioxid (TiO2), Lithopone (BaSO4, ZnS), Bariumsulfat (BaSO4), Zinkoxid (ZnO, Zinkweiß), Zinksulfid (ZnS), Blei(II)-carbonat (PbCO3) und Kaolin verwendet. Diese Pigmente werden üblicherweise als Suspension auf eine Oberfläche aufgebracht. Die Suspension enthält meist Bindemittel, mittels welchem die Pigmente auf der Oberfläche fixiert werden können. Coatings for surfaces such as, for example, paints and lacquers, to which pigments have been added, are known from the prior art. Titanium dioxide (TiO 2 ), lithopone (BaSO 4 , ZnS), barium sulfate (BaSO 4 ), zinc oxide (ZnO, zinc white), zinc sulfide (ZnS), lead (II) carbonate (PbCO 3 ) and Used kaolin. These pigments are usually applied as a suspension to a surface. The suspension usually contains binders, by means of which the pigments can be fixed on the surface.
Seit einiger Zeit sind weiterhin Beschichtungen bekannt, die in gewissem Maße einen selbstreinigenden Effekt hervorrufen und so dafür sorgen, dass Verschmutzungen nicht dauerhaft auf der mit dieser Beschichtung versehenen Oberfläche haften. Um dies zu ermöglichen werden z.B. Farben oder Putze oder auch Bauteilen photokatalytische Materialien wie z.B. ZnO oder TiO2 – letzteres vorwiegend in der Anatas-Modifikation – zugesetzt. Diese bewirken beispielsweise einen photokatalytischen Effekt mit selbstreinigenden Auswirkungen und/oder eine sehr hydrophile Oberfläche, auf welcher hydrophobe Verschmutzungen besonders schlecht gebunden werden und/oder eine antimikrobiologische Wirkung und/oder um mehrere dieser Effekte gemeinsam. Coatings have also been known for some time which to a certain extent produce a self-cleaning effect and thus ensure that contaminants do not adhere permanently to the surface provided with this coating. To make this possible, for example, paints or plasters or components photocatalytic materials such as ZnO or TiO 2 - the latter mainly in the anatase modification - added. These cause, for example, a photocatalytic effect with self-cleaning effects and / or a very hydrophilic surface on which hydrophobic contaminants are particularly poorly bound and / or an antimicrobiological effect and / or several of these effects in common.
Das wichtigste Weißpigment ist TiO2, da es aufgrund seines hohen Brechungsindexes nD besonders weiß erscheint und sehr gut deckend ist. Darüber hinaus weist TiO2 auch photokatalytische Eigenschaften auf. Zum Erzielen des photokatalytischen Effekt in der Beschichtung werden die eingesetzten photokatalytisch wirksamen Materialien nach dem Stand der Technik in einer Korngröße und Kornform der Beschichtungszusammensetzung zugesetzt, in der das jeweilige Material im großtechnischen Maßstab günstig hergestellt werden kann. TiO2 oder ein anderes photokatalytisch wirksames Material wird hierbei in der Regel in einer Korngröße im Bereich von etwa 0,1–0,5 µm eingesetzt. Es sind jedoch auch Anwendungen bekannt, in denen auch nanoskalige Partikel (Partikel, welche mehrheitlich einen d50 < 0,1 µm aufweisen) eingesetzt werden. In einigen Fällen sind die photokatalytisch wirksamen Bestandteile, insbesondere TiO2 zumindest teilweise mit einer zusätzlichen Schicht umgeben, z.B. einer Phosphatschicht. The most important white pigment is TiO 2 , as it appears particularly white due to its high refractive index n D and is very well opaque. In addition, TiO 2 also has photocatalytic properties. To achieve the photocatalytic effect in the coating, the photocatalytically active materials used according to the prior art are added in a grain size and grain form of the coating composition in which the respective material can be produced inexpensively on an industrial scale. TiO 2 or another photocatalytically active material is generally used in a particle size in the range of about 0.1-0.5 microns. However, there are also known applications in which nanoscale particles (particles which have a majority d 50 <0.1 microns) are used. In some cases, the photocatalytically active constituents, in particular TiO 2, are at least partially surrounded by an additional layer, for example a phosphate layer.
Die photokatalytischen Eigenschaften dieser Materialien werden insbesondere genutzt, um selbstreinigende Oberflächen zu erzeugen. TiO2 ist ein Beispiel, bei dem die selbstreinigende Eigenschaft auf einem photokatalytischen Effekt beruht: Durch elektromagnetische Strahlung (z.B. sichtbares Licht, UV-Licht oder andere) werden in den TiO2-Partikeln, welche einen Halbleiter darstellen, Elektronenlücken erzeugt, die wiederum das Entstehen freier Radikale zur Folge haben können. Diese entstehen in oder in unmittelbarer Nähe der TiO2-Partikel und dienen ihrerseits dazu, evtl. auf der jeweiligen Oberfläche befindliche Substanzen chemisch zu verändern und einen Zersetzungsprozess zu initiieren und/oder zu beschleunigen. The photocatalytic properties of these materials are used in particular to produce self-cleaning surfaces. TiO 2 is an example in which the self-cleaning property is based on a photocatalytic effect: Electromagnetic radiation (eg, visible light, UV light, or others) generates hole voids in the TiO 2 particles which are semiconductors, which in turn creates the hole Emergence can cause free radicals. These arise in or in the immediate vicinity of the TiO 2 particles and in turn serve to chemically alter any substances present on the respective surface and to initiate and / or accelerate a decomposition process.
Derartige photokatalytisch wirksame Bestandteile sind beispielsweise in den Druckschriften
Derartige Beschichtungszusammensetzungen haben jedoch den großen Nachteil, dass sie sehr stark zum sogenannten Kreiden neigen. Der photokatalytische Effekt führt wie oben beschrieben dazu, dass es zur Ausbildung von Radikalen kommt, welche – wie ebenfalls oben beschrieben – den Zersetzungsprozess von Verunreinigungen und Verschmutzungen initiieren und/oder beschleunigen. Darüber hinaus verursachen die Radikale jedoch auch, dass das Oberflächenmaterial, das Trägermaterial oder auch das Bindemittel angegriffen wird. Auch in diesen kann es aufgrund des unmittelbaren Kontakts mit den Radikalen zu chemischen Reaktionen kommen, die einen Abbau, Umwandlung, Spaltung und/oder andere Zersetzungsreaktionen auslösen. Insbesondere organische Bestandteile des die TiO2-Partikel umgebenden Bindemittels können auf diese Weise abgebaut und/oder in ihrer bindenden Struktur beeinträchtigt werden. Das Kreiden – also das herausfallen einzelner Bestandteile der ausgehärteten Beschichtungszusammensetzung aus der Oberflächenbeschichtung – wird so durch photokatalytisch wirksame Bestandteile der Beschichtungszusammensetzung verstärkt bzw. beschleunigt. In Folge der dadurch entstehenden unregelmäßigen Oberflächenstruktur wird der Bindemittelabbau nicht nur weiter beschleunigt, wodurch auch die Oberflächenbeschichtung, wie z.B. eine Farbschicht, insgesamt schneller abgelöst wird, sondern auch das Anhaften von Verschmutzungen gefördert. Dieser Effekt ist in
Nach dem Einsetzen des Abbaus von Bindemittel in der Beschichtungszusammensetzung wird das Kreiden zusätzlich beschleunigt. Dies lässt sich dadurch erklären, dass die photokatalytisch wirksamen TiO2-Partikel zunächst nahezu gleichmäßig im Bindemittel bzw. in der ausgebildeten Beschichtung selbst homogen verteilt vorliegen und das sie umgebende Bindemittel sie zumindest in gewissem Maße abschattet. Nach einsetzendem Abbau des Bindemittels durch Bestrahlung mit Licht entsprechender Wellenlänge und den dadurch entstehenden Radikalen sind die Bindemittelanteile in direkter Umgebung der photokatalytisch wirksamen TiO2-Partikel den Radikalen besonders ausgesetzt. Durch dessen Abbau werden die Füllstoffpartikel weiter freigelegt und sind durch die reduzierte Abschattung verstärkt für die elektromagnetischer Strahlung erreichbar, wodurch die Bildung von Radikalen weiter beschleunig wird. Bei einem weitgehenden Abbau des die photokatalytisch wirksamen TiO2-Partikel umgebenden Bindemittels reduziert sich die Bindung zwischen Bindemittel und TiO2-Partikeln, so dass letztere leicht aus dem Beschichtungsfilm herausgelöst werden können (Kreidung). After the onset of binder degradation in the coating composition, chalking is additionally accelerated. This can be explained by the fact that the photocatalytically active TiO 2 particles are initially homogeneously distributed almost uniformly in the binder or in the formed coating itself and the binder surrounding it at least to a certain degree shades it off. After the onset of degradation of the binder by irradiation with light of appropriate wavelength and the resulting radicals are the binder components in the immediate vicinity of the photocatalytically active TiO 2 particles are particularly exposed to the radicals. By its degradation, the filler particles are exposed further and are reinforced by the reduced shadowing achievable for the electromagnetic radiation, whereby the formation of radicals is further accelerated. If the binder surrounding the photocatalytically active TiO 2 particles is extensively degraded, the bond between the binder and the TiO 2 particles is reduced, so that the latter can easily be dissolved out of the coating film (chalking).
Durch diesen Prozess wird die zuvor weitgehend ebene Oberflächenbeschichtung aufgeraut, so dass sich deren Oberfläche vergrößert und somit zusätzliche Fläche für das Auftreffen von elektromagnetischer Strahlung bereitgestellt wird. Dadurch wird das Kreiden zusätzlich beschleunigt. As a result of this process, the previously largely level surface coating is roughened so that its surface area is increased, thus providing additional area for the impact of electromagnetic radiation. This will additionally accelerate chalking.
Analog ist es auch möglich, dass nicht photokatalytisch wirksame Füllstoffpartikel aus der Beschichtungszusammensetzung herausgelöst werden, wenn das sie umgebenden Bindemittel durch radikalischen Abbau, welcher z.B. durch benachbarte photokatalytisch wirksamen Partikel initiiert wurde abgebaut wird. Auch dies beschleunigt das weitere Kreiden zusätzlich, da zuvor im Schatten dieser Füllstoffpartikel liegende und in Bindemittel eingebettete photokatalytisch wirksame Partikel dann, nachdem die Füllstoffpartikel ausgelöst wurden, freiliegen und somit besonders zugänglich für die elektromagnetische Strahlung sind. Diese Partikel werden dann als Reaktion auf auftreffende elektromagnetische Strahlung photokatalytisch aktiv, was wiederum zu einem weiteren photokatalytischen Abbau der umgebenden Bindemittelschicht beiträgt. Durch diese Kombination von sich selbst beschleunigenden Prozessen ist nach einem einmaligen Einsetzen des Kreidens ein schnelles Fortschreiten des Prozesses zu erwarten. Analogously, it is also possible for non-photocatalytically active filler particles to be dissolved out of the coating composition if the binder surrounding them is removed by radical degradation, which is e.g. initiated by adjacent photocatalytically active particles was degraded. This additionally accelerates the further chalking since photocatalytically active particles lying in the shadow of these filler particles and embedded in the binder are then exposed, after the filler particles have been released, and thus are particularly accessible for the electromagnetic radiation. These particles then become photocatalytically active in response to impinging electromagnetic radiation, which in turn contributes to further photocatalytic degradation of the surrounding binder layer. Through this combination of self-accelerating processes, after a single onset of chalking, a rapid progression of the process is expected.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Beschichtungszusammensetzung, insbesondere zur Erzeugung selbstreinigender Oberflächen, bereitzustellen, wobei die Beschichtungszusammensetzung mindestens ein erstes Bindemittel umfasst und eine photokatalytische Komponente beinhaltet und welche im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungszusammensetzungen ein verbessertes Verhalten in Bezug auf Kreiden aufweist. It is therefore an object of the invention to provide a coating composition, in particular for producing self-cleaning surfaces, wherein the coating composition comprises at least one first binder and contains a photocatalytic component and which in comparison with coating compositions known from the prior art has improved behavior with respect to chalks.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung eine Verwendung mindestens einer photokatalytischen Komponente in einer Beschichtungszusammensetzung, insbesondere zur Erzeugung selbstreinigender Oberflächen, zu ermöglichen, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein erstes Bindemittel umfasst und dennoch im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungszusammensetzungen ein verbessertes Verhalten in Bezug auf Kreiden aufweist. Insbesondere sollte eine photokatalytisch aktive Beschichtung geringere abbauende Wirkung auf das Bindemittel und andere organische Inhaltsstoffe der Beschichtung selbst haben, gleichzeitig jedoch die oben beschriebenen erwünschten Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf eine Selbstreinigung, erfüllt. In addition, it is an object of the invention to enable the use of at least one photocatalytic component in a coating composition, in particular for the production of self-cleaning surfaces, wherein the coating composition comprises a first binder and yet improved behavior relative to coating compositions known from the prior art on chalks. In particular, a photocatalytically active coating should have less degrading effect on the binder and other organic ingredients of the coating itself, while at the same time meeting the desired properties described above, especially with respect to self-cleaning.
Ein erster Ansatz zur Lösung der Aufgaben liegt darin, anstatt organischer Bindemittel und Beschichtungsbestandteilen rein anorganische Bindemittel oder Mischungen aus organischen und anorganischen Bindemitteln und/oder Inhaltsstoffen bereit zu stellen. Diese anorganischen Bindemittel sind weniger empfindlich gegenüber Radikalen, wodurch sich das Problem des Bindemittelabbaus lösen bzw. reduzieren lässt. Anorganische Bindemittel und/oder Inhaltsstoffe haben aber andere technische Nachteile und lösen das Problem nur unzureichend. A first approach to the problem is to provide, instead of organic binders and coating ingredients, purely inorganic binders or mixtures of organic and inorganic binders and / or ingredients. These inorganic binders are less sensitive to radicals, which can solve or reduce the problem of binder degradation. However, inorganic binders and / or ingredients have other technical disadvantages and solve the problem only inadequately.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung mindestens einer photokatalytischen Komponente in einer Beschichtungszusammensetzung, insbesondere zur Erzeugung selbstreinigender Oberflächen, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein erstes Bindemittel umfasst und in der photokatalytischen Komponente als Reaktion auf auf diese photokatalytische Komponente auftreffende elektromagnetische Strahlung Elektronenverschiebungen auslösbar sind und durch die Elektronenverschiebungen im Inneren der photokatalytischen Komponente oder in die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen die Bildung von Radikalen initiierbar ist, durch welche ein Abbau von die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen initiierbar und/oder beschleunigbar ist, wobei in der Beschichtungszusammensetzung Trägerpartikel verwendet werden, die eine Oberfläche aufweisen, die mit der Schicht einer definierten Schichtdicke der photokatalytischen Komponente beschichtet ist, wobei die photokatalytischen Komponente ohne Bindemittel oder mit einem zweiten Bindemittel auf der Oberfläche der Trägerpartikel fixiert ist. This object is achieved by the use of at least one photocatalytic component in a coating composition, in particular for producing self-cleaning surfaces, wherein the coating composition comprises a first binder and in the photocatalytic component in response to electromagnetic radiation incident on this photocatalytic component electron shifts are triggered and by the electron shifts in the interior of the photocatalytic component or in the photocatalytic component contacting substances, the formation of radicals can be initiated by which degradation of the photocatalytic component contacting substances can be initiated and / or accelerated, wherein in the coating composition carrier particles are used which have a surface is coated with the layer of a defined layer thickness of the photocatalytic component, wherein the photocatalytic chen component is fixed without binder or with a second binder on the surface of the carrier particles.
Die photokatalytische Komponente liegt demnach nicht wie im Stand der Technik bekannt fein- und gleichmäßig verteilt als homogene Partikel in der Beschichtungszusammensetzung vor, sondern ist direkt auf oder mittels eines zweiten Bindemittels auf Trägerpartikeln fixiert. In dieser Form wird es der Beschichtungszusammensetzung, wie z.B. einer Farbe, zugesetzt. Accordingly, the photocatalytic component is not finely and uniformly distributed as homogeneous particles in the coating composition, as is known in the prior art, but is fixed directly on or by means of a second binder on carrier particles. In this form it becomes the coating composition, e.g. a color, added.
Bevorzugt ist dabei das die photokatalytische Komponente TiO2 ist, welches auf den Trägerpartikeln, bevorzugt kaolinhaltigen Trägerpartikeln, bevorzugt ohne Bindemittel oder mittels eines zweiten Bindemittels über Bindungen fixiert ist, welche gegenüber Radikalen weniger reaktiv sind als andere, die photokatalytische Komponente kontaktierende Substanzen. TiO2 hat den Vorteil, dass es besonders weiß ist, stark deckend ist und den gewünschten photokatalytischen Effekt aufweist. Preference is given to that which is the photocatalytic component TiO 2 , which is fixed on the carrier particles, preferably kaolinhaltigen carrier particles, preferably without binders or by means of a second binder via bonds which are less reactive to radicals than other, the photocatalytic component contacting substances. TiO 2 has the advantage that it is particularly white, strongly opaque and has the desired photocatalytic effect.
Als Trägerpartikel haben sich kaolinhaltige Trägerpartikeln als besonders bevorzugt erwiesen, da auch Kaolin eine weiße Farbe aufweist und so die Farbe der Beschichtungszusammensetzung nicht negativ beeinflusst und Kaolin nahezu inert gegenüber gebildeten Radikalen ist. Darüber hinaus ist es möglich, die Partikelgröße der kaolinhaltigen Trägerpartikel sehr genau einzustellen und so ein homogenes Erscheinungsbild der Beschichtungszusammensetzung zu unterstürzen. Die kaolinhaltigen Trägerpartikel können weiterhin sehr klein sein. As carrier particles, kaolin-containing carrier particles have proven to be particularly preferred since kaolin also has a white color and thus does not adversely affect the color of the coating composition and kaolin is almost inert to radicals formed. Moreover, it is possible to adjust the particle size of the kaolin-containing carrier particles very precisely and thus to suppress a homogeneous appearance of the coating composition. The kaolinhaltigen carrier particles can continue to be very small.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die photokatalytische Komponente ohne Bindemittel oder mittels eines zweiten Bindemittels, welches sich – sofern vorhanden – von dem ersten Bindemittel, das in der Beschichtungszusammensetzung vorliegt, unterscheidet, auf den Trägerpartikeln fixiert ist. Dieses zweite Bindemittel oder die ohne Bindemittel zwischen photokatalytischer Komponente und dem Trägerpartikel ausgebildete Bindung ist bevorzugt gegenüber Radikalen weniger reaktiv als andere, die photokatalytische Komponente kontaktierende Substanzen und insbesondere gegenüber Radikalen weniger reaktiv als das erste Bindemittel. It has been found to be particularly advantageous that the photocatalytic component without binder or by means of a second binder which, if present, differs from the first binder present in the coating composition is fixed on the carrier particles. This second binder or the bond formed without a binder between the photocatalytic component and the carrier particle is preferably less reactive with respect to free radicals than other substances which contact the photocatalytic component and, in particular, with radicals, are less reactive than the first binder.
Ein radikalischer Abbau des ersten Bindemittels und somit die Neigung zum Kreiden ist bei einer Ausführungsform einer Beschichtungszusammensetzung wie hierin beschrieben aus mehreren Gründen verlangsamt. Durch die Bindung der photokatalytischen Komponente auf den Trägerpartikeln kann vermieden werden, dass diese fein verteilt in der Beschichtungszusammensetzung vorliegt. Durch diese feine Verteilung läge eine nahezu vollständige Einbettung einzelner Partikel der photokatalytischen Komponente in die Matrix des ersten Bindemittels vor, was zu einer besonders großen Kontaktfläche zwischen photokatalytischer Komponente und der Matrix aus erstem Bindemittel führen würde. Dementsprechend wäre eine große Reaktions- oder Übergangsfläche für entstehende Radikale zwischen den Partikeln der photokatalytischen Komponente und dem Bindemittel gegeben. Durch die Bindung vieler Partikeln der photokatalytischen Komponente auf die Trägerpartikel wird im Bereich um die Trägerpartikel die lokale Konzentration der photokatalytischen Komponente erhöht. Die Konzentration der photokatalytischen Komponente in den übrigen Bereichen jedoch soweit verringert, dass dort keine oder lediglich eine geringe radikalische Zersetzung des ersten Bindemittels – und damit des Kreidens – auftritt. Radical degradation of the first binder, and thus the tendency to chalk, is slowed in one embodiment of a coating composition as described herein for a number of reasons. By bonding the photocatalytic component on the carrier particles can be avoided that this is finely distributed in the coating composition. Due to this fine distribution, almost complete embedding of individual particles of the photocatalytic component into the matrix of the first binder would occur, which would lead to a particularly large contact area between the photocatalytic component and the matrix of the first binder. Accordingly, there would be a large reaction or transition area for resulting radicals between the particles of the photocatalytic component and the binder. Due to the binding of many particles of the photocatalytic component to the carrier particles in the area around the carrier particles, the local concentration of the photocatalytic Component increased. However, the concentration of the photocatalytic component in the remaining areas is reduced so much that there is no or only a slight free radical decomposition of the first binder - and thus the chalking - occurs.
Weiterhin beeinflusst die Bindung der photokatalytischen Komponente auf den Trägerpartikeln den radiaklischen Abbau positiv (also zu geringerem Kreiden), da die entstehenden Radikale leichter eine Substanz (z.B. Verschmutzungen auf der Oberfläche der Beschichtungszusammensetzung oder das erste Bindemittel) angreifen als die (durch das zweite Bindemittel vermittelte oder die direkte) Bindung der photokatalytischen Komponente auf den Trägerpartikeln Dadurch erfolgt ein radikalischer Abbau von Substanzen, die die photokatalytische Komponente kontaktieren bevorzugt auf der dem Trägerpartikel abgewandten Seite der photokatalytischen Komponente. Eine Bindung der photokatalytischen Komponente zu dem Trägerpartikeln bleibt demnach bestehen. Furthermore, the binding of the photocatalytic component on the carrier particles positively influences the radiographic degradation (ie, less chalking), because the resulting radicals are more likely to attack a substance (eg, contaminants on the surface of the coating composition or the first binder) than the (mediated by the second binder or the direct) binding of the photocatalytic component on the carrier particles This results in a radical degradation of substances which contact the photocatalytic component preferably on the side facing away from the carrier particle of the photocatalytic component. A binding of the photocatalytic component to the carrier particles thus remains.
Die photokatalytische Komponente bleibt somit direkt oder mittels des zweiten Bindemittels auf dem Trägerpartikel fixiert und kann sich nicht von diesem lösen. Der Trägerpartikel bzw. der Verbund aus Trägerpartikel, optionalem zweitem Bindemittel und photokatalytischer Komponente schattet Bereiche ab, die auf der der einfallenden elektromagnetischen Strahlung entgegengesetzten Seite des Trägerpartikels liegen. Dadurch ist dort die Menge entstehender Radikale reduziert. Das die photokatalytische Komponente auf dieser abgeschatteten Seite kontaktierende erste Bindemittel ist daher deutlich weniger Radikalen ausgesetzt und ist daher weniger Anfällig in Bezug auf einen radikalischen Abbau. Demzufolge bleibt langfristig eine verbindende Struktur zwischen dem Trägerpartikel bzw. dem Verbund aus Trägerpartikel, optionalem zweitem Bindemittel und photokatalytischer Komponente und der übrigen Beschichtungszusammensetzung bestehen, so dass weder die photokatalytische Komponente, der Trägerpartikel noch der Verbund aus Trägerpartikel, optionalem zweitem Bindemittel und photokatalytischer Komponente aus der Beschichtungszusammensetzung als Folge der Radikalbildung herausgelöst wird. Die erwünschte Eigenschaft der oberflächlichen Radikalbildung zur Zersetzung von Ablagerungen und/oder Verunreinigungen auf der der Quelle der elektromagnetischen Strahlung zugewandten Seite der Beschichtungsschicht ist jedoch gewährleistet. Dieser positive Effekt tritt auch dann auf, wenn die Konzentration an mit der photokatalytischen Komponente beschichteten Trägerpartikel so groß ist, dass eine nahezu homogene Verteilung der photokatalytischen Komponente in der Beschichtungszusammensetzung auftritt und die oben erwähnte lokal verringerte Konzentration der photokatalytischen Komponente in der Matrix aus erstem Bindemittel nicht oder nur verringert auftritt. Gegenüber der Bindung eines einzelnen Partikels der photokatalytischen Komponente ist eine Bindung eines Trägerpartikels und somit auch der darauf gebundenen photokatalytischen Komponente aufgrund der größeren Kontaktfläche mit dem ersten Bindemittel verstärkt. Darüber hinaus ist durch eine zumindest partielle Abschattung des Bereichs der Bindung (des Verbundes aus photokatalytischen Komponente und Trägerpartikel mit dem ersten Bindemittel) gegenüber der die Radikalbildung induzierenden Strahlung durch den Trägerpartikel die Radikalbildung in diesem Bereich deutlich reduziert. The photocatalytic component thus remains fixed directly or by means of the second binder on the carrier particle and can not be detached from it. The carrier particle or the composite of carrier particles, optional second binder and photocatalytic component shadows areas which lie on the side of the carrier particle opposite the incident electromagnetic radiation. As a result, the amount of radicals formed there is reduced. The first binder contacting the photocatalytic component on this shaded side is therefore exposed to significantly less free radicals and is therefore less susceptible to free radical degradation. Consequently, a connecting structure between the carrier particle or the composite of carrier particles, optional second binder and photocatalytic component and the remaining coating composition remains long term, so that neither the photocatalytic component, the carrier particles nor the composite of carrier particles, optional second binder and photocatalytic component the coating composition is dissolved out as a result of radical formation. However, the desired property of superficial radical formation for decomposition of deposits and / or impurities on the side of the coating layer facing the source of the electromagnetic radiation is ensured. This positive effect also occurs when the concentration of the photocatalytic component coated carrier particles is so large that a nearly homogeneous distribution of the photocatalytic component in the coating composition occurs and the above-mentioned locally reduced concentration of the photocatalytic component in the matrix of the first binder not or only reduced occurs. Compared to the binding of a single particle of the photocatalytic component, a bond of a carrier particle and thus also of the photocatalytic component bound thereto is enhanced on account of the larger contact area with the first binder. In addition, by at least partial shading of the region of the bond (the composite of photocatalytic component and carrier particles with the first binder) relative to the radical formation-inducing radiation by the carrier particles, the radical formation in this area is significantly reduced.
Daher erfolgt die Verwendung bevorzugt wenn die Beschichtungszusammensetzung eine Farb- und/oder Schutzbeschichtung einer Oberfläche ist. Die Oberfläche des zu schützenden oder zu färbenden Objekts kann somit dauerhaft mit einer Beschichtungsschicht versehen werden, die besonders wenig anfällig in Bezug auf Kreiden ist. Therefore, use is preferably made when the coating composition is a color and / or protective coating of a surface. The surface of the object to be protected or colored can thus be permanently provided with a coating layer which is particularly less prone to chalking.
Das Hervorrufen bzw. Unterstützen einer Selbstreinigung einer mit dieser Beschichtung beschichteten Oberfläche ist somit möglich, jedoch ist die Neigung zum Kreiden der Beschichtung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungszusammensetzungen reduziert und/oder sogar weitgehend verhindert. Insbesondere wird durch einen derartigen Zusatz von auf einer Partikeloberfläche gebundenem TiO2 oder anderen photokatalytischen Komponente verhindert, dass bei einsetzendem Kreiden durch das Freilegen von in dem Bindemittel befindlichem, jedoch nicht auf Trägerpartikeln fixiertem TiO2 ein beschleunigter Bindemittelabbau dadurch erfolgt, dass diese nicht auf Trägerpartikeln fixiertem TiO2-Partikel verstärkt elektromagnetischer Strahlung (wie z.B. sichtbarem und/oder UV-Licht) ausgesetzt werden. Bevorzugt ist daher einer Verwendung bei der die Beschichtungszusammensetzung im Vergleich zu Beschichtungszusammensetzungen, welche nicht auf Trägerpartikeln fixierte photokatalytische Komponenten enthalten, beständiger in Bezug auf Witterungseinflüsse, insbesondere auf Kreiden ist. It is thus possible to induce or support self-cleaning of a surface coated with this coating, but the tendency to chalk the coating over the coating compositions known from the prior art is reduced and / or even largely prevented. In particular, such an addition of TiO 2 bound to a particle surface or other photocatalytic component prevents accelerated binder degradation occurring when chalking is initiated by the exposure of TiO 2 present in the binder but not fixed to carrier particles, so that these do not act on carrier particles fixed TiO 2 particles reinforced electromagnetic radiation (such as visible and / or UV light) are exposed. Therefore, it is preferable to use such that the coating composition is more resistant to weathering, especially to chalks, compared with coating compositions containing non-supported photocatalytic components.
Um eine homogene Verteilung der Trägerpartikel bzw. des Verbunds aus Trägerpartikel, optionalem zweitem Bindemittel und photokatalytischer Komponente in der Beschichtungszusammensetzung zu ermöglichen und gleichzeitig besonders dünne Beschichtungen von Oberflächen mit der Beschichtungszusammensetzung zu ermöglichen, sind die Trägerpartikel bevorzugt sehr klein. Bevorzugt weisen die Trägerpartikel eine Korngröße d50 (Sedimentation) im Bereich von 0,1 nm–5 mm, besonders bevorzugt 50 nm–1 mm auf. In order to allow a homogeneous distribution of the carrier particles or the composite of carrier particles, optional second binder and photocatalytic component in the coating composition and at the same time to allow particularly thin coatings of surfaces with the coating composition, the carrier particles are preferably very small. The carrier particles preferably have a particle size d 50 (sedimentation) in the range of 0.1 nm-5 mm, particularly preferably 50 nm-1 mm.
Wie bereits oben erwähnt, ist TiO2 als photokatalytische Komponente besonders geeignet. Bevorzugt ist daher eine Verwendung einer Beschichtungszusammensetzung, bei welcher die auf den Trägerpartikeln fixierten TiO2-Primärpartikel als Rutil, Anatas oder Mischungen dieser, bevorzugt Anatas, vorliegen und eine Korngröße d50 (Sedimentation) im Bereich von 0,1 nm–10 µm, bevorzugt 0,1 nm–100 nm aufweisen. Die besonders kleinen Partikelgrößen d50 (Sedimentation) im Bereich von 0,1 nm–10 µm, bevorzugt 0,1 nm–100 nm für die TiO2-Primärpartikel sind aus mehreren Gründen bevorzugt. Einerseits ermöglichen die geringen Partikelgrößen – insbesondere in Kombination mit ebenfalls geringen Partikelgrößen der Trägerpartikel – eine besonders kleine Dimensionierung des Verbundes aus Trägerpartikel, optionalem zweitem Bindemittel und photokatalytischer Komponente, welche wiederum die oben genannten Vorteile in Bezug auf homogene Verteilung in der Beschichtungszusammensetzung und besonders dünner Beschichtungen von Oberflächen ermöglicht. Andererseits weisen die TiO2-Primärpartikel einer geringen Korngröße d50 (Sedimentation) im Bereich von 0,1 nm–10 µm, bevorzugt 0,1 nm–100 nm eine sehr hohe spezifische Oberfläche auf, so dass sowohl die Einfangsfläche für elektromagnetische Strahlung als auch die Übergangsfläche von Elektronen (oder Radikalen) aus dem Primärpartikel in das umgebende Medium vergrößert ist. Dies resultiert beides in einer besonders hohen Effizienz der photokatalytischen Komponente und somit auch einem besonders großen selbstreinigendem Effekt der Beschichtungszusammensetzung. As already mentioned above, TiO 2 is particularly suitable as a photocatalytic component. Preference is therefore given to using a coating composition in which the TiO 2 primary particles fixed on the carrier particles are in the form of rutile, anatase or mixtures thereof, preferably anatase, and have a particle size d 50 (sedimentation) in the range of 0.1 nm-10 μm, preferably have 0.1 nm-100 nm. The particularly small particle sizes d 50 (sedimentation) in the range of 0.1 nm-10 μm, preferably 0.1 nm-100 nm for the TiO 2 primary particles are preferred for a number of reasons. On the one hand, the small particle sizes-in particular in combination with likewise small particle sizes of the carrier particles-allow a particularly small dimensioning of the composite of carrier particles, optional second binder and photocatalytic component, which in turn has the above-mentioned advantages in terms of homogeneous distribution in the coating composition and especially thin coatings of surfaces possible. On the other hand, the TiO 2 primary particles of a small particle size d 50 (sedimentation) in the range of 0.1 nm-10 μm, preferably 0.1 nm-100 nm have a very high specific surface area, so that both the capture surface for electromagnetic radiation and also the transition area of electrons (or radicals) is increased from the primary particles into the surrounding medium. This results in both a particularly high efficiency of the photocatalytic component and thus also a particularly large self-cleaning effect of the coating composition.
Die aus diesen Korngrößen des photokatalytisch wirksamen Materials resultierenden Schichtdicken der Beschichtung des Trägerpartikels mit dieser photokatalytisch wirksamen Komponente liegen bevorzugt bei < 250 µm, bevorzugt < 100 µm, bevorzugt < 50 µm, bevorzugt < 10 µm, bevorzugt < 5 µm, bevorzugt < 2,5 µm, besonders bevorzugt < 1 µm, evtl. aber sogar < 0,75 µm, < 0,5 µm, < 0,25 µm oder sogar < 0,1 µm. The layer thicknesses of the coating of the carrier particle with these photocatalytically active components resulting from these particle sizes of the photocatalytically active material are preferably <250 μm, preferably <100 μm, preferably <50 μm, preferably <10 μm, preferably <5 μm, preferably <2, 5 μm, more preferably <1 μm, but possibly even <0.75 μm, <0.5 μm, <0.25 μm or even <0.1 μm.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist eine Beschichtungszusammensetzung, insbesondere zur Erzeugung selbstreinigender Oberflächen, wobei die Beschichtungszusammensetzung mindestens ein erstes Bindemittel umfasst und eine photokatalytische Komponente beinhaltet, in welcher als Reaktion auf auftreffende elektromagnetische Strahlung Elektronenverschiebungen auslösbar sind, wobei durch die Elektronenverschiebungen im Inneren der photokatalytischen Komponente oder in die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen die Bildung von Radikalen initiierbar ist, durch welche ein Abbau von die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen initiierbar und/oder beschleunigbar ist, wobei die photokatalytische Komponente ohne Bindemittel oder mittels eines zweiten Bindemittels als eine Schicht einer definierten Schichtdicke auf einer Oberfläche der Trägerpartikel fixiert ist. Wie bereits oben dargestellt ist, kann durch eine derartige Beschichtungszusammensetzung mit auf einem Trägerstoff fixierter photokatalytischer Komponenten (z.B. TiO2-Partikeln) eine ausreichende photokatalytische Aktivität erreicht werden, die beispielsweise die Selbstreinigung der mit dieser Beschichtungszusammensetzung beschichteten Oberfläche hervorruft bzw. unterstützt, jedoch Kreiden der Beschichtung gegenüber dem Stand der Technik reduziert und/oder sogar weitgehend verhindert. Insbesondere wird durch einen derartigen Zusatz von auf einer Partikeloberfläche gebundenem TiO2 verhindert, dass bei einsetzendem Kreiden durch das Freilegen von in dem Bindemittel befindlichem, jedoch nicht auf Trägerpartikeln fixiertem TiO2 ein beschleunigter Bindemittelabbau dadurch erfolgt, dass diese nicht auf Trägerpartikeln fixiertem TiO2-Partikel verstärkt elektromagnetischer Strahlung (wie z.B. sichtbarem und/oder UV-Licht) ausgesetzt werden. An essential aspect of the invention is a coating composition, in particular for producing self-cleaning surfaces, wherein the coating composition comprises at least a first binder and a photocatalytic component, in which in response to incident electromagnetic radiation electron shifts are triggered, whereby by the electron shifts in the interior of the photocatalytic component or in the photocatalytic component contacting substances, the formation of radicals can be initiated by which degradation of the photocatalytic component contacting substances can be initiated and / or accelerated, wherein the photocatalytic component without binder or by means of a second binder as a layer of a defined layer thickness on a Surface of the carrier particles is fixed. As already stated above, such a coating composition with supported photocatalytic components (eg, TiO 2 particles) can provide sufficient photocatalytic activity which, for example, promotes self-cleaning of the surface coated with this coating composition, but chalking Reduced coating compared to the prior art and / or even largely prevented. In particular, is prevented by such an added on a particle surface bound TiO 2 that at the onset of chalking an accelerated degradation of the binder thereby is effected by exposing is currency in the binder, but not fixed to support particles of TiO 2, that they are not fixed on carrier particles TiO 2 - Particles reinforced electromagnetic radiation (such as visible and / or UV light) are exposed.
Die photokatalytische Komponente kann dabei jedes geeignete photokatalytisch wirksame Material sein. Bevorzugt handelt es sich um TiO2 oder TiO2-haltige Mischungen. Bevorzugt ist daher eine Beschichtungszusammensetzung bei welcher die photokatalytische Komponente TiO2 ist, welches auf Trägerpartikeln, bevorzugt ohne Bindemittel oder mittels eines zweiten Bindemittels über Bindungen fixiert ist, welche gegenüber Radikalen weniger reaktiv sind als andere, die photokatalytische Komponente kontaktierenden Substanzen, wobei das zweite Bindemittel (falls vorhanden) bevorzugt ein anorganisches Bindemittels ist. Die Bindung der photokatalytischen Komponente, insbesondere von TiO2 auf den Trägerpartikeln ist dadurch stabiler als die Bindung zu anderen, die photokatalytische Komponente auf der dem Trägerpartikel abgewandten Seite kontaktierender Substanzen. Diese Substanzen, zu denen Verschmutzungen, Ablagerungen aber auch das erste Bindemittel zählen können werden demnach bevorzugt radikalisch abgebaut bzw. zersetzt und können von einer mit einer Beschichtungszusammensetzung beschichteten Oberfläche abgelöst, z.B. abgewaschen, abgewischt, weggeschwemmt, abgesaugt, weggeblasen oder auf andere Weise entfernt, werden. The photocatalytic component can be any suitable photocatalytically active material. Preference is given to TiO 2 or TiO 2 -containing mixtures. Therefore, a coating composition is preferred in which the photocatalytic component is TiO 2 , which is fixed on carrier particles, preferably without binders or by means of a second binder, via bonds which are less reactive towards free radicals than other substances which contact the photocatalytic component, the second binder (if present) is preferably an inorganic binder. The binding of the photocatalytic component, in particular of TiO 2 on the carrier particles is thereby more stable than the binding to other, the photocatalytic component on the side facing away from the carrier particle side contacting substances. These substances, which may include soiling, deposits but also the first binder are therefore preferably free-radically degraded or decomposed and can be detached from a surface coated with a coating composition, eg washed, wiped, washed away, sucked off, blown off or otherwise removed, become.
Die Beschichtung der Trägermaterialien kann nach allen bekannten Methoden erfolgen. Die direkte Abscheidung der photokatalytischen Komponente wie z.B. TiO2 auf der Oberfläche des Trägerpartikels kann z.B. durch Gasphasenbeschichtung und/oder in wässriger Matrix durch physikalische und/oder chemische Verfahren oder Mischungen dieser erfolgen. Durch die direkte Abscheidung der photokatalytischen Komponente auf der Oberfläche des Trägerpartikels kann eine Bindemittelfreie dauerhafte chemische oder physikalische Verbindung zwischen der photokatalytischen Komponente und dem Trägerpartikel hergestellt werden. Diese Verbindungen sind besonders wenig reaktiv gegenüber entstehenden Radikalen und daher besonders bevorzugt. Die Menge an Beschichtung kann 0,1 Ma-% bis 90 Ma-% sein, bezogen auf die Gesamtmasse, bevorzugt 1 Ma-% bis 80 Ma-%. The coating of the support materials can be carried out by all known methods. The direct deposition of the photocatalytic component, such as TiO 2 on the surface of the carrier particle, for example, by gas phase coating and / or in aqueous matrix by physical and / or chemical processes or mixtures thereof. By the direct deposition of the photocatalytic component on the surface of the carrier particle, a binder-free permanent chemical or physical connection between the photocatalytic component and the carrier particle can be produced. These compounds are particularly less reactive to the formation of radicals and therefore particularly preferred. The amount of coating may be 0.1% by mass to 90% by mass, based on the total mass, preferably 1% by mass to 80% by mass.
Da die direkte Anbindung jeder geeigneten photokatalytischen Komponente ohne die Verwendung von Bindemittel nicht auf jeder geeigneten Art von Trägerpartikeln möglich ist, ist in einigen Anwendungen der Einsatz eines zweiten Bindemittels vorteilhaft. Die bindemittelvermittelte Abscheidung der photokatalytischen Komponente wie z.B. TiO2 auf der Oberfläche des Trägerpartikels ist ebenfalls durch eine Vielzahl an aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wie z.B. Gasphasenbeschichtung und/oder in wässriger Matrix durch physikalische und/oder chemische Verfahren oder Mischungen dieser möglich. Bei der Auswahl der zweiten Bindemittel sind gegenüber Radikalen wenig reaktive Bindemittel bevorzugt. Insbesondere sind Bindemittel bevorzugt, die in ausgehärteter Form eine besonders geringe Reaktivität gegenüber Radikalen aufweisen und insbesondere weniger reaktiv gegenüber Radikalen sind als das erste Bindemittel. Since the direct attachment of any suitable photocatalytic component without the use of binder is not possible on any suitable type of carrier particles, the use of a second binder is advantageous in some applications. The binder-mediated deposition of the photocatalytic component such as TiO 2 on the surface of the carrier particle is also possible by a variety of known from the prior art methods such as gas phase coating and / or in aqueous matrix by physical and / or chemical methods or mixtures thereof. In selecting the second binders, less reactive binders are preferred over free radicals. In particular, binders are preferred which have a particularly low reactivity towards radicals in the cured form and in particular are less reactive to free radicals than the first binder.
Um die Eigenschaften weiter zu modifizieren ist es möglich, das beschichtete Trägermaterial nach der Beschichtung nachzubehandeln. Beispielsweise kann es sich dabei um chemische, physikalische und insbesondere um thermische Nachbehandlungen. Bevorzugt werden die beschichteten Trägerpartikel kalziniert. Bevorzugt erfolgt dies bei Temperaturen von 250–1500°C, bevorzugt 300–1400°C. Dabei können alle bekannten Techniken zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist die Kalzinierung in einem Drehrohrofen oder Etagenöfen möglich. Ebenso kann die Dauer der Kalzinierung kurzzeitig sein (Flashkalzinierung, 0,1–2 min) oder sich über einen längeren Zeitraum erstrecken (z.B. 2 min–5 h, bevorzugt 30–90 min). Dadurch lassen sich die Produkteigenschaften zusätzlich modifizieren und z.B. die spezifische Oberfläche, die optischen Eigenschaften, die mattierende Wirkung oder die rheologischen Eigenschaften den jeweiligen Erfordernissen anpassen. To further modify the properties, it is possible to post-treat the coated substrate after coating. For example, these may be chemical, physical and, in particular, thermal aftertreatments. Preferably, the coated carrier particles are calcined. This is preferably carried out at temperatures of 250-1500 ° C, preferably 300-1400 ° C. All known techniques can be used. For example, the calcination in a rotary kiln or deck ovens is possible. Similarly, the duration of calcination may be short (flash calcination, 0.1-2 min) or extended over a longer period of time (e.g., 2 min-5 h, preferably 30-90 min). This allows the product properties to be additionally modified and e.g. adapt the specific surface, the optical properties, the matting effect or the rheological properties to the respective requirements.
Optional ist eine zusätzliche Nachbehandlung eines wie oben beschrieben hergestellten beschichteten Trägermaterials z.B. mit organofunktionellen Gruppen, Silanen, mit Wachs, mit Stearinsäure (und deren Salzen) oder Mischungen dieser möglich. Optionally, an additional post-treatment of a coated support material prepared as described above is e.g. with organofunctional groups, silanes, with wax, with stearic acid (and its salts) or mixtures of these possible.
Besonders bevorzug ist dabei eine Beschichtungszusammensetzung in der die Trägerpartikel eine faser-, plättchen-, rosen-, würfel-, reiskorn-, oder nadelförmige Morphologie oder eine Kombination dieser Morphologien aufweisen. Diese Partikelformen sind deshalb bevorzugt, weil durch diese – im Gegensatz zu z.B. sphärischen Partikeln – auch bei einer partiellen Zersetzung des diese Partikel umgebenden ersten Bindemittels aufgrund der größeren spezifischen Oberfläche im Vergleich zu sphärischen Partikeln eine stabilere Bindung verbleibt. Particularly preferred is a coating composition in which the carrier particles have a fibrous, platelet, rose, cube, rice grain, or acicular morphology or a combination of these morphologies. These particle shapes are preferred because, as opposed to e.g. Spherical particles - even with a partial decomposition of the first binder surrounding these particles due to the larger specific surface in comparison to spherical particles a more stable bond remains.
Insbesondere sind plättchenförmige Morphologien bevorzugt, da durch die Plättchen ein großer Bereich der Beschichtungszusammensetzung, bzw. des ersten Bindemittels welches die Partikel in der Beschichtungszusammensetzung hält, abgeschattet ist und dort somit in der, an der Grenzfläche zwischen Trägerpartikel und erstem Bindemittel angeordneten, photokatalytischen Komponente weniger Radikale gebildet werden. Bevorzugt ist daher eine Beschichtungszusammensetzung in der die Trägerpartikel zu mindestens 50 %, bevorzugt zu mindestens 75 %, bevorzugt zu mindestens 90 %, bevorzugt zu mindestens 95 %, besonders bevorzugt zu mindestens 99 %, plättchenförmig sind. Als plättchenförmig sind in diesem Zusammenhang insbesondere Morphologien zu verstehen, bei denen die Ausdehnung des Partikels in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen mehr als doppelt so groß, bevorzugt mindestens 3-fach so groß, bevorzugt 5-fach so groß, besonders bevorzugt mindestens 10-fach so groß ist wie in einer dritten, zu diesen beiden Richtungen senkrecht stehenden Richtung. In particular, platelet-shaped morphologies are preferred since the platelets have a large area of the coating composition or of the first binder which holds the particles in the coating composition shaded and there thus less in the photocatalytic component arranged at the interface between the carrier particles and the first binder Radicals are formed. Preference is therefore given to a coating composition in which the carrier particles are at least 50%, preferably at least 75%, preferably at least 90%, preferably at least 95%, particularly preferably at least 99%, platelet-shaped. In this context, platelet-shaped morphologies are to be understood in particular in which the expansion of the particle in two mutually perpendicular directions is more than twice as large, preferably at least 3 times as large, preferably 5 times as large, particularly preferably at least 10-fold as large as in a third direction perpendicular to these two directions.
Besonders bevorzugt ist eine Beschichtungszusammensetzung bei welcher die Trägerpartikel eine Korngröße d50 (Sedimentation) im Bereich von 0,1 nm–5 mm, bevorzugt 50 nm–1 mm aufweisen. Particularly preferred is a coating composition in which the carrier particles have a particle size d 50 (sedimentation) in the range of 0.1 nm-5 mm, preferably 50 nm-1 mm.
Um die photokatalytischen Komponente auf der der Strahlungsquelle abgewandten Seite der Trägerpartikel vor dieser Strahlung zu schützen und dadurch die strahlungsinduzierte Entstehung von Radikalen zu reduzieren umfasst die Beschichtungszusammensetzung in einer bevorzugte Ausführungsform Trägerpartikel, die einen Extinktionskoeffizienten für elektromagnetische Wellen einer definierten Frequenz aufweisen, welcher größer als der Extinktionskoeffizient eines Bindemittels der Beschichtungszusammensetzung ist und bevorzugt auch größer als der Extinktionskoeffizient der photokatalytischen Komponente ist. In order to protect the photocatalytic component on the side of the carrier particles facing away from the radiation source from this radiation and thereby reduce the radiation-induced formation of radicals, in a preferred embodiment the coating composition comprises carrier particles which have an electromagnetic wave extinction coefficient of a defined frequency which is greater than that Extinction coefficient of a binder of the coating composition is, and preferably also greater than the extinction coefficient of the photocatalytic component.
Der Trägerstoff kann jedes natürliche oder synthetische Material sein, bevorzugt sind jedoch anorganisch Materialien, die weiter Bevorzugt partikulär sind und wie oben beschrieben je nach erwünschter Funktion auch eine bestimmten Morphologie, z.B. Faser-, Plättchen-, Rosen-, Würfel-, Reiskorn-, Nadelstruktur oder andere oder Mischungen dieser, aufweisen. Es ist weiterhin möglich, mehrere voneinander verschiedene Träger einzusetzen. Geeignete Träger sind beispielsweise Industrieminerale auf Basis von O und/oder H und/oder S und/oder C und/oder P und/oder Si und/oder Al und/oder Ca und/oder Na und/ oder K, beispielsweise Silikate, Carbonate, Phosphate, Oxide, Sulfate oder Mischungen dieser, bevorzugt Silikate weiter bevorzugt Schichtsilikate. Bevorzugt ist daher eine Beschichtungszusammensetzung bei der die Trägerpartikel ausgewählt sind aus einer Gruppe von Mineralen, welche mindestens ein Element enthält, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Si, Al, Ca, Mg, Na, K, O, S, C und P enthält, und bevorzugt ein Silikat, Carbonat, Phosphat, Oxid, Sulfat oder Mischungen dieser, bevorzugt ein Silikat, bevorzugt ein Schichtsilikat, besonders bevorzugt Kaolin und/oder dessen Folgeprodukte, wie z.B. kalzinierter Kaolin, sind. Diese Substanzen weisen eine besonders hohe Resistenz gegenüber Angriffen von Radikalen auf. The carrier can be any natural or synthetic material, but inorganic materials are preferred, which are further preferably particulate and as described above, depending on the desired function, a specific morphology, such as fiber, platelet, rose, cube, rice grain, Needle structure or others or mixtures thereof. It is also possible to use several mutually different carriers. Suitable carriers are, for example, industrial minerals based on O and / or H and / or S and / or C and / or P and / or Si and / or Al and / or Ca and / or Na and / or K, for example silicates, carbonates , Phosphates, oxides, sulfates or mixtures of these, preferably silicates, more preferably phyllosilicates. Thus, preferred is a coating composition wherein the carrier particles are selected from a group of minerals containing at least one element selected from a group including Si, Al, Ca, Mg, Na, K, O, S, C and P contains, and preferably a silicate, carbonate, phosphate, oxide, sulfate or mixtures thereof, preferably a silicate, preferably a phyllosilicate, more preferably kaolin and / or its derivatives, such as calcined kaolin, are. These substances have a particularly high resistance to attack by radicals.
Dementsprechend sind Zersetzungs- und/oder Abbauprozesse in derartigen Trägerpartikeln minimiert. Accordingly, decomposition and / or degradation processes in such carrier particles are minimized.
Durch die oben beschriebenen beschichteten Materialien können verschiedene physikalische und/oder chemische Eigenschaften sowie Eigenschaften bei deren Einarbeitung und Verwendung gezielt beeinflusst bzw. eingestellt werden. Beispielsweise ist es durch geeignete Auswahl möglich, Rheologie, Mattierung, Weißgrad, Bedruckbarkeit, Oberflächengüte, Deckkraft und oder andere zu modifizieren. By the coated materials described above, various physical and / or chemical properties as well as properties in their incorporation and use can be selectively influenced or adjusted. For example, by appropriate selection, it is possible to modify rheology, matting, whiteness, printability, surface finish, opacity, and others.
Das photokatalytisch beschichtete Trägermaterial kann der Beschichtungszusammensetzung (z.B. einer Farbe, einem Putz, einem Kunststoff oder einem Papier) in nahezu jeder Menge, z.B. in einer Menge von 0,001–90 Ma-%, bevorzugt 0,005–80 Ma-%, zugesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Mengenanteile von 0,01–70 Ma-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung, wobei dazu alle bekannten Methoden verwendet werden können, wie z.B. Dispergieren, Rühren usw. The photocatalytically coated support material can be added to the coating composition (e.g., a paint, a plaster, a plastic, or a paper) in almost any amount, e.g. in an amount of 0.001-90% by mass, preferably 0.005-80% by mass. Particular preference is given to proportions of 0.01-70% by mass relative to the total weight of the coating composition, it being possible to use all known methods, e.g. Dispersing, stirring, etc.
Zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung, z.B. einer Farbe können – zusätzlich zu der auf einem Träger fixierten photokatalytischen Komponente – alle gängigen und dem Fachmann bekannten Rohstoffe in geeigneten und anwendungsspezifischen Kombinationen verwendet werden, wobei solche Rezepturen in der Regel aus organischen und anorganischen Bestandteilen bestehen und es sich hierbei in der Regel um Bindemittel und Additive handelt sowie um Füllstoffe und Pigmente. For preparing a coating composition, e.g. In addition to the photocatalytic component fixed on a carrier, a color may be used in suitable and application-specific combinations of all customary raw materials known to the person skilled in the art, such formulations generally consisting of organic and inorganic constituents and, as a rule, binders and additives as well as fillers and pigments.
Diese Flexibilität bei der Auswahl der zusätzlichen Inhaltsstoffe der Beschichtungszusammensetzung, beispielsweise einer Farbe oder eines Putzes ermöglicht, dass die Beschichtungszusammensetzung so eingestellt werden kann, dass sie in jeder bekannten Form appliziert werden kann, z.B. durch streichen, rollen, sprühen, schleudern, spritzen, elektrostatischer Farbauftrag usw. This flexibility in selecting the additional ingredients of the coating composition, for example a paint or a plaster, allows the coating composition to be adjusted to be applied in any known form, e.g. by painting, rolling, spraying, spinning, spraying, electrostatic painting, etc.
Ebenso ist eine Anpassung auf jeden Untergrund möglich. So ist eine Beschichtungszusammensetzung z.B. auf anorganische wie z.B. Stein, Beton, Glas, oder organische wie z.B. Holz, Papier, Polymer oder auch Verbundsysteme aus organischen und anorganischen Bestandteilen aufbringbar. Likewise, an adaptation to any surface is possible. Thus, a coating composition is e.g. inorganic such as e.g. Stone, concrete, glass, or organic such as e.g. Wood, paper, polymer or composite systems of organic and inorganic components applicable.
Photokatalytisch abgebaut bzw. verändert werden können durch eine Beschichtungszusammensetzung jegliche abbaubarem Materialien, aus der die Beschichtung umgebenden Matrix. Beispielsweise können Gase (wie z.B. Luft / Abluft), Flüssigkeiten (wie z.B. Wasser / Abwasser), Mischungen aus Gas und Flüssigkeit, Feststoffe, Mischungen aus Flüssigkeiten und Feststoffen oder andere Substanzen abgebaut bzw. verändert werden. Diese Materialien können anorganisch (z.B. NOx) oder organisch (z.B. Alkohole, Fette, Fettsäuren, Aldehyde) sein aber auch komplexere Materialien bis hin zu organischen Organismen, z.B. Bakterien. Photocatalytically degraded or altered by a coating composition can be any degradable material from the matrix surrounding the coating. For example, gases (such as air / exhaust air), liquids (such as water / wastewater), mixtures of gas and liquid, solids, mixtures of liquids and solids, or other substances can be degraded. These materials may be inorganic (e.g., NOx) or organic (e.g., alcohols, fats, fatty acids, aldehydes), but also more complex materials, including organic organisms, e.g. Bacteria.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Further advantages and embodiments of the invention will be explained with reference to the accompanying drawings.
Darin zeigen: Show:
Beispiel: Example:
Die Wirkungsweise in einer Beschichtung soll an nachfolgendem Beispiel aufgezeigt werden. Dieses Beispiel ist lediglich exemplarisch. Dazu werden neben den dem Fachmann bekannten Standardmaterialien folgende photokatalytisch wirksamen Materialien eingesetzt:
Mit diesen Materialien und weiteren Rezepturkomponenten wurden Farben für Wandbeschichtungen hergestellt wie in nachfolgender Tabelle 1 dargestellt ist. Tabelle 1 
Die Ergebnisse der Prüfung der Farbcharakteristik zeigen, dass sich die Farben nicht wesentlichen in den Parametern Deckvermögen und Glanz unterscheiden. The results of the test of the color characteristic show that the colors do not differ significantly in the parameters opacity and gloss.
Zur Prüfung des Bewitterungsverhaltens wurden die Farben mit einer Schichtstärke von 350 µm Nassfilmdicke auf einen flexiblen Kunststoffträger aufgebracht. Es sind mehrere solcher Muster gefertigt worden. Ein Teil dieser wurde im Freien bewittert, ein anderer Teil ist mittels UV-Tester bewittert worden.
Die Ergebnisse der Kreidungsmessung in % (relative Kreidung) sind in folgender Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
Ergebnisse Results
Wie aus den obigen Tabellen zu entnehmen ist, zeigen die Farben, die nicht der Witterung ausgesetzt wurden, alle ein sehr geringes und vergleichbares Kreiden. Dieses nimmt durch die QUV-Behandlung deutlich zu, wobei die Zunahme des Kreidens der Farben mit photokatalytischem TiO2 größer ist als bei Vergleichsfarbe (Standardfarbe) ohne photokatalytisches TiO2. Im Rahmen der zeitlich begrenzten Freibewitterung konnte insgesamt lediglich geringes Kreiden beobachtet werden. Dennoch kann beim direkten Vergleich der Messwerte zueinander die aus den Laborversuchen gewonnene Aussage bestätigt werden. As can be seen from the above tables, the colors that have not been exposed to the weather all show a very low and comparable chalking. This increases markedly by the QUV treatment, wherein the increase of the chalking of the colors with photocatalytic TiO 2 is greater than with comparison color (standard color) without photocatalytic TiO 2 . In the context of temporary weathering only a small amount of chalk was observed. Nevertheless, the direct comparison of the measured values with each other confirms the information gained from the laboratory tests.
Sowohl bei der Auswertung der Versuche mittels QUV- als auch mittels Freibewitterung ist zu erkennen, dass das Kreiden bei der Aeroxide TiO2 P 25-haltigen Beschichtung am stärksten auftritt und sich dahingehend deutlich von den Beschichtungen unterscheidet, welche TiO2-beschichteten Kaolin enthalten und gegenüber der Aeroxide TiO2 P 25-haltigen Beschichtung deutlich reduziert ist. Both in the evaluation of the experiments by means of QUV- as well as by outdoor weathering can be seen that the chalking in the Aeroxide TiO 2 P 25-containing coating occurs the strongest and thus significantly different from the coatings containing TiO 2 -coated kaolin and compared to the Aeroxide TiO 2 P 25-containing coating is significantly reduced.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20130725 |