DE202009005486U1 - Coating composition and molded article with self-cleaning surface - Google Patents
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Abstract
Emaille-Beschichtungszusammensetzung, umfassend, neben üblichen Bestandteilen, 0,10 bis 20 Gew.-% TiO2, insbesondere 0,10 bis 2,00 Gew.-%, oder 0,10 bis 1,00 Gew.-% in Form von Anatas und, optional, 0,01 bis 2,00 Gew.-% eines Silber-, Kupfer-, Zinn- oder Zinksalzes/-metallpulvers.Enamel coating composition comprising, in addition to conventional ingredients, 0.10 to 20 wt .-% TiO 2 , in particular 0.10 to 2.00 wt .-%, or 0.10 to 1.00 wt .-% in the form of Anatase and, optionally, 0.01 to 2.00 weight percent of a silver, copper, tin or zinc salt / metal powder.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungszusammensetzung sowie einen Formgegenstand mit einer selbstreinigenden Oberfläche. Die Erfindung nutzt insbesondere die photokatalytische Aktivität von TiO2 in Form von Anatas und stellt eine dauerhafte, glasartige Beschichtung mit, optional, antibakteriellen Eigenschaften bereit.The present invention relates to a coating composition and a molded article having a self-cleaning surface. In particular, the invention utilizes the photocatalytic activity of TiO 2 in the form of anatase and provides a durable, glassy coating with, optionally, antibacterial properties.
Auf dem Gebiet von photokatalytisch aktiven und/oder antibakteriell ausgerüsteten Beschichtungen sind verschiedenen Verfahren zur Herstellung derselben bekannt. Dies erfolgt grundsätzlich allgemein entweder über Sol-Gel-Gemische, Kiesel-Sol-Gemische oder PVD- bzw. CVD-Verfahren. Diese Verfahren sind zum Teil sehr aufwendig, wie z. B. die PVD- oder CVD-Verfahren, ergeben auf Grund des Einsatzes von Sol-Gel-Verfahren und/oder mechanischen Verfahren recht instabile Beschichtungen und bei der Verwendung von organischen Ausgangsverbindungen auf Grund der Wirkung des TiO2 nur mäßig beständige Beschichtungen.In the field of photocatalytically active and / or antibacterial-finished coatings, various processes for producing the same are known. In principle, this generally takes place either via sol-gel mixtures, silica-sol mixtures or PVD or CVD processes. These methods are sometimes very expensive, such. As the PVD or CVD process, resulting from the use of sol-gel process and / or mechanical processes quite unstable coatings and the use of organic starting compounds due to the action of TiO 2 only moderately resistant coatings.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Beschichtungszusammensetzung und einen Formgegenstand mit einer selbstreinigenden Oberfläche anzugeben.It The object of the present invention is a coating composition and indicate a molded article having a self-cleaning surface.
Die vorliegende Aufgabe wird mit einer Emaille-Beschichtungszusammensetzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Formgegenstand gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The This object is achieved with an enamel coating composition with the features of claim 1 and a molded article according to claim 5 solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Bei dem zugrundeliegenden Verfahren wird TiO2 in Form von Anatas als Bestandteil einer Emaille- oder Glasurbeschichtung auf ein Substrat aufgebracht und anschließend getempert oder gebrannt. Der Schritt des Temperns oder Brennens des beschichteten Substrats erfolgt gewöhnlich bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 600°C, bevorzugt bei 550 bis 600°C und, stärker bevorzugt, bei 590 bis 600°C.In the underlying process, TiO 2 is applied to a substrate in the form of anatase as part of an enamel or glaze coating and then annealed or fired. The step of annealing or firing the coated substrate is usually carried out at a temperature in the range of 500 to 600 ° C, preferably 550 to 600 ° C, and more preferably 590 to 600 ° C.
Vorliegend ist von besonderer Bedeutung, dass sich das in der Emaille- oder Glasurbeschichtung in der Form von Anatas enthaltene TiO2 auf Grund der für das Tempern oder Brennen gewählten Temperatur nicht in die thermodynamisch stabilere Form-Rutil umwandelt. Dies ist von besonderer Bedeutung, da nur Anatas photokatalytische Aktivität besitzt, nicht aber Rutil.It is of particular importance in the present case that the TiO 2 contained in the enamel or glaze coating in the form of anatase does not convert to the more thermodynamically stable form-rutile due to the temperature chosen for annealing or firing. This is of particular importance since only anatase has photocatalytic activity but not rutile.
Durch die Beschichtung erfolgt vorteilhafterweise eine Hydrophilierung der Oberfläche, welche eine vollständige Benetzbarkeit der Oberfläche mit Wasser zur Folge hat. Durch die Wahl geeigneter Ausgangsverbindungen oder Zusätze lassen sich allgemein Oberflächen von glasartig glatt bis mikroporös und diffusionsoffen und leicht rauh erzeugen.By the coating is advantageously carried out a hydrophilization the surface, which is a complete one Wettability of the surface with water. By choosing suitable starting compounds or additives can be generally surfaces from glassy smooth to microporous and produce diffusion-open and slightly rough.
Das verwendete TiO2 in der Form von Anatas ist kommerziell erhältlich und wird von verschiedenen Anbietern unter verschiedenen Bezeichnungen bereitgestellt, z. B. HobiKatUV100, Kronos Typ 3655, Kronos VLP 7000, Degussa Aeroxid TiO2 P25, Degussa VPITO2 P90. Die Korngröße des verwendeten TiO2–Pulvers beträgt allgemein von 5 bis 50 nm, bevorzugt 10 bis 20 nm.The used TiO 2 in the form of anatase is commercially available and provided by different suppliers under various designations, e.g. HobiKatUV100, Kronos Type 3655, Kronos VLP 7000, Degussa Aeroxide TiO2 P25, Degussa VPITO2 P90. The grain size of the TiO 2 powder used is generally from 5 to 50 nm, preferably 10 to 20 nm.
Als Substrat kommen grundsätzlich sämtliche Materialien in Frage, die den Schritt des Temperns oder Brennens im Bereich von 500 bis 600°C Stand halten. Bevorzugt ist das Substrat ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Metall, Glas, Natur- oder Kunststein, Beton und Keramik. Aus diesen Materialien hergestellte Formgegenstände wie Einscheibensicherheitsglas, Fensterscheiben, Spiegel, Dachziegel, Sanitärkeramik, Wand- und Bodenfliesen, Bodenbeläge aus Marmor oder Granit sowie Fensterbänke für den Innen- und Außenbereich, auch aus Metall, Metalltüren und -tore sind nur Beispiele und stellen nur eine unvollständige Aufzählung möglicher Formgegenstände dar, die mit einer Oberfläche nach der erfindungsgemäßen Verfahren versehen werden können.When Substrate come in principle all Materials in question, the step of tempering or firing in the range of 500 to 600 ° C Withstand. Preferably, the substrate is selected from the group consisting made of metal, glass, natural or Artificial stone, concrete and ceramics. Molded articles made from these materials, such as Tempered safety glass, windowpanes, mirrors, roof tiles, Sanitary ware, wall and floor tiles, floor coverings made of marble or granite and window sills for indoor and outdoor use, also of metal, metal doors and gates are just examples and provide only an incomplete list of possible Molded articles that is with a surface provided by the method according to the invention can be.
Bei dem Verfahren ist besonders vorteilhaft, dass dasselbe nicht aufwendig und insgesamt sehr kostengünstig ist. Das Aufbringen der Emaille- oder Glasurbeschichtung erfolgt allgemein durch Sprühen, Schütten, Fluten, Tauchen, Walzen, Streichen oder Schleudern und ist somit weitaus wesentlich weniger aufwendig als Sol-Gel-Verfahren oder Verfahren zur Abscheidung aus der Gasphase. Die nach diesen Verfahren erhaltenen Oberflächen sind mechanisch und chemisch sehr stabil, wie man es allgemein von Emaille-Beschichtungen z. B. im Haushalt kennt, und eigenen sich daher insbesondere für die Einsatz im Bodenbereich.at The method is particularly advantageous that the same is not expensive and overall very cost-effective is. The application of the enamel or glaze coating takes place generally by spraying, pour, Flooding, diving, rolling, brushing or spinning and is thus much less expensive than sol-gel process or Process for the separation from the gas phase. The after these procedures obtained surfaces are mechanically and chemically very stable, as it is generally known from Enamel coatings z. B. in the household knows, and own therefore in particular for the use in the ground area.
Besonders bevorzugt enthält die Beschichtungszusammensetzung zum Erzeugen einer selbstreinigenden Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin Silber, Kupfer, Zinn und/oder Zink in metallischer oder in Salzform, allgemein in einer Form, die eine Aktivierung dieser Metalle ermöglicht, so dass selbige eine biozide oder bakterizide Wirkung zeigen. Beispielsweise ist es möglich, durch eine besonders glatte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oberfläche eine Besiedlung derselben mit Bakterien zu erschweren, da Bakterien sich auf einer glatten Oberfläche schwerer ansiedeln als auf einer rauhen. Enthält die Oberfläche dann noch Silber, Kupfer und/oder Zink in metallischer oder Salzform, verstärkt sich dieser Effekt. Es ist somit möglich, z. B. Dachziegel oder Fassadenplatten mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche zu versehen und die biozide Wirkung der genannten Metalle bewusst einzusetzen, um einem Befall der Dachziegel/Fassadenplatten mit Flechten und/oder Moosen vorzubeugen, was zum Beispiel in einer erhöhten Lebensdauer der Dachziegel resultiert.More preferably, the coating composition for producing a self-cleaning surface according to the present invention further contains silver, copper, tin and / or zinc in metallic shear or in salt form, generally in a form which enables activation of these metals, so that they have a biocidal or bactericidal action. For example, it is possible to aggravate a colonization of the same with bacteria by a particularly smooth design of the surface according to the invention, because bacteria settle on a smooth surface heavier than on a rough. If the surface then contains silver, copper and / or zinc in metallic or salt form, this effect intensifies. It is thus possible, for. As roof tiles or facade panels with a surface according to the invention and deliberately use the biocidal effect of the metals mentioned to prevent infestation of tiles / facade panels with lichens and / or mosses, resulting in, for example, an increased life of the tile.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung ermöglicht wird, selbstreinigende Oberflächen mit biozider oder bakterizider Wirkung einfach und kostengünstig herzustellen, wobei keine aufwändigen Verfahren erforderlich sind und auch die Beschichtungszusammensetzung günstig erhältlich ist. Eine Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Wahl geeigneter Ausgangsverbindungen, wie zum Beispiel entsprechender Titanalkyl- oder Tintanalkoxyverbindungen mikroporös und diffusionsoffen oder, bei ausschließlicher Verwendung von anorganischen Ausgangsstoffen, glatt ausgestaltet werden. Durch Beimengen eines entsprechenden Farbpigments ist grundsätzlich auch eine Anfärbung der Oberfläche möglich, die Hauptan wendung ist aber voraussichtlich im Bereich von klaren, durchsichtigen und farblosen Beschichtungen zu sehen.In summary It should be noted that the present invention makes it possible to self-cleaning surfaces with biocidal or bactericidal action simple and inexpensive to manufacture, where no elaborate Procedures are required and also the coating composition Cheap available is. A surface according to the present Invention can be achieved by choosing suitable starting compounds, such as Example of corresponding titanium alkyl or Tintanalkoxyverbindungen microporous and diffusion-open or, with the exclusive use of inorganic Starting materials, smooth design. By adding a corresponding color pigment is basically a staining of surface possible, the However, the main application is likely to be in the area of clear, transparent and colorless coatings.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die ausschließlich dem besseren Verständnis der Erfindung dienen sollen. Keinesfalls soll die Erfindung auf die genannten Ausführungsbeispiele beschränkt werden.The The present invention will now be described with reference to exemplary embodiments explained in more detail, exclusively to the better understanding to serve the invention. Under no circumstances should the invention arise the mentioned embodiments limited become.
Beschichtungszusammensetzungencoating compositions
Nachfolgend
werden Beispiele für
Beschichtungszusammensetzungen tabellarisch angegeben, die Einsatz
im erfindungsgemäßen Verfahren
finden. Alle Angaben sind in Gewichtsprozent, außer wenn anders angegeben. Beispiel 1
Eine erfindungsgemässe Emaille-Beschichtungszusammensetzung enthält bevorzugt, neben üblichen Bestandteilen 0,10 bis 5,00 Gew.-% TiO2, besonders bevorzugt 0,10 bis 2,00 Gew.-% oder 0,10 bis 1,00 Gew.-% in Form von Anatas und, optional, 0,01 bis 2,00 Gew.-% eines Silber-, Kupfer-, Zinn- oder Zinksalzes oder -metalls. Allgemein enthält eine erfindungsgemässe Emaille-Beschichtungszusammensetzung 10 bis 40 Gew.-% eines Aluminium- oder Emailleschlickers, bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%.An enamel coating composition according to the invention preferably contains, in addition to customary constituents, from 0.10 to 5.00% by weight of TiO 2 , particularly preferably from 0.10 to 2.00% by weight or from 0.10 to 1.00% by weight. in the form of anatase and, optionally, 0.01 to 2.00% by weight of a silver, copper, tin or zinc salt or metal. In general, an enamel coating composition according to the invention contains from 10 to 40% by weight of an aluminum or enamel slip, preferably from 20 to 30% by weight.
Verfahrenmethod
Das zugrundeliegende Verfahren ist grundsätzlich in zwei unterschiedlichen Ausgestaltungen anwendbar. Zum einen lässt sich die Beschichtungszusammensetzung zum Erzeugen der erfindungsgemäßen, selbstreinigenden Oberfläche in einem Online-Verfahren bei der Herstellung eines entsprechenden Formgegenstands aufbringen. In diesem Fall erfolgt die Beschichtung vor oder nach dem Brennen/Tempern des Formgegenstands, je nachdem, ob das Brennen/Tempern bei einer Temperatur oberhalb oder unterhalb von 600°C erfolgt. Zum anderen ist es möglich, die erfindungsgemäße Oberfläche separat vom Herstellungsprozess des zu beschichtenden Formgegenstands zu erzeugen.The underlying method is basically in two different Embodiments applicable. On the one hand, the coating composition can be for producing the self-cleaning according to the invention surface in an online process in the production of a corresponding Apply molded article. In this case, the coating takes place before or after firing / tempering the molded article, as the case may be, whether burning / tempering at a temperature above or below of 600 ° C takes place. On the other hand, it is possible the surface according to the invention separately from the manufacturing process of the molded article to be coated produce.
Beispiel 6: Erzeugen der Erfindungsgemäßen Oberfläche in einem Online-VerfahrenExample 6: Production of the Inventive Surface in One Online procedure
Bei dieser Verfahrensweise wird die als Suspension vorliegende Beschichtungszusammensetzung im Ofenbereich bei 580 bis 600°C auf die Heißoberfläche des Formgegenstands aufgebracht. Dies erfolgt mit geeigneten Applikationssystemen, wie zum Beispiel gekühlten Applikationssystemen. Hier können Sprühapparate, insbesondere gekühlte HVLP-Sprühautomaten zum Einsatz kommen.at this procedure is the present as a suspension coating composition in the oven area at 580 to 600 ° C on the hot surface of the Applied molded article. This is done with suitable application systems, such as chilled Application systems. here we can Spraying equipment, in particular cooled HVLP Sprühautomaten be used.
Durch die Temperatur des Substrats verdampft das enthaltene Wasser sofort und das Emaille schmilzt auf der Oberfläche auf. Es verbindet sich hierbei mit der Oberfläche auf Grund der sehr geringen Schichtstärke zu einem für das menschliche Auge unsichtbaren Film. Bei der gewählten Temperatur und im folgenden Abkühlungsprozess vernetzt die Glasstruktur der Beschichtung.By the temperature of the substrate evaporates the water immediately and the enamel melts on the surface. It connects here with the surface due to the very small layer thickness to one for the human Eye invisible movie. At the selected temperature and in the following cooling process crosslinks the glass structure of the coating.
Beispiel 7: Applikation im nachträglichen BeschichtungsverfahrenExample 7: Application in the subsequent coating process
Bei dieser Verfahrensweise wird die als Suspension vorliegende Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche eines entsprechenden Formgegenstands aufgebracht. Dies kann bei Raumtemperatur und mit anschließendem Trocknen erfolgen, ide alerweise wird der Formgegenstand jedoch auf 50°C bis 200°C vorgeheizt. Im Falle des Arbeitens mit vorgeheizter Oberfläche erfolgt auch hier eine sofortige Verdampfung des in der Beschichtungszusammensetzung enthaltenen Wassers. Dieses Verfahren ist von besonderem Vorteil, wenn gezielt für das menschliche Auge unsichtbare Beschichtungen erzeugt werden sollen, da sich eine tropfenfreie, homogene funktionelle Beschichtung ausbildet. Auf einer kalten Oberfläche kann es hingegen zu einer Tropfenbildung kommen, die optisch wahrnehmbar ist und zu optisch wahrnehmbaren Strukturen im Endprodukt führt.In this procedure, the coating composition in suspension is applied to the surface of a corresponding molded article. This can take place at room temperature and with subsequent drying, but the shaped article is ideally pre-loaded at 50 ° C. to 200 ° C. heated. In the case of working with preheated surface also takes place here an immediate evaporation of the water contained in the coating composition. This method is of particular advantage when targeted to the human eye invisible coatings are to be generated because forms a drip-free, homogeneous functional coating. On a cold surface, on the other hand, a drop formation can occur, which is visually perceptible and leads to optically perceptible structures in the end product.
Nach dem Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung und optionalem Trocknen wird der Formgegenstand in einen Ofen transportiert und dort bei 580 bis 600°C gebrannt oder gebacken. Dabei schmilzt das Emaille auf und verbindet sich mit der Oberfläche.To applying the coating composition and optionally drying The molded article is transported in an oven and there at 580 to 600 ° C burned or baked. The enamel melts and connects yourself with the surface.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Oberflächen weisen (u. A. wegen der Diffusionsoffenheit) zu den genannten Vorteilen auch eine hohe Frostbeständigkeit auf, was ihren Einsatz im Außenbereich begünstigt.The according to the inventive method generated surfaces point (inter alia, because of the diffusion-open nature) to the advantages mentioned also a high frost resistance on what their use in the outdoor area favored.
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|---|---|---|---|---|
| CN111919857A (en) * | 2020-08-12 | 2020-11-13 | 高时(厦门)石业有限公司 | Preparation method of sterilization powder, sterilization powder and antibacterial inorganic artificial stone using sterilization powder |
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2009
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