WO2004014575A1

WO2004014575A1 - Verfahren zur pulverbeschichtung von oberflächen zur erzeugung des lotus-effektes

Info

Publication number: WO2004014575A1
Application number: PCT/EP2003/006544
Authority: WO
Inventors: Markus Oles; Edwin Nun
Original assignee: Creavis Gesellschaft Für Technologie Und Innovation Mbh
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2004-02-19
Also published as: DE10233829A1; AU2003238516A1

Abstract

Die vorliegende Erfindungsmeldung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung selbstreinigender Oberflächen mittels trockener Beschichtungsverfahren. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden selbstreinigende Oberflächen hergestellt, die Erhebungen aufweisen, die durch Partikel gebildet werden, die mittels eines elektrostatischen Pulversprühverfahrens trocken auf die Oberfläche aufgebracht werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Textilien und andere, insbesondere Kunststoffoberflächen aufweisende Gegenstände selbstreinigend ausgerüstet werden.

Description

Verfahren zur Pulverbeschichtung von Oberflächen zur Erzeugung des Lotus-Effektes

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften mittels Pulverbeschichtung.

Die Herstellung selbstreinigender Oberflächen, die durch bewegtes Wasser von

Verunreinigungen gereinigt werden können, wurde vielfach vorbeschrieben. Das

Wassertropfen auf hydrophoben Oberflächen besonders dann, wenn diese strukturiert sind, abrollen, allerdings ohne Selbstreinigung zu erkennen, wurde bereits 1982 von A.A. Abramson in Chimia i Shisn russ.l l, 38, beschrieben. Für selbstreinigende Oberflächen ist neben einer geeigneten Struktur auch eine spezielle Oberflächenchemie erforderlich. Eine geeignete Kombination aus Struktur und Hydrophobie macht es möglich, dass schon geringe Mengen bewegten Wassers auf der Oberfläche haftende Schmutzpartikel mitnehmen und die Oberfläche reinigen (WO 96/04123; US 3 354022, C. Nemhuis, W. Barthlott, Annais of Botany 79, (1997), 667). Diese Kombination aus Struktur und Chemie kann beispielsweise über ein Prägeverfahren in einem hydrophoben Lack erzielt werden. Ebenso sind auch Spritzgussverfahren und Heißprägeverfahren möglich.

Stand der Technik bezüglich selbstreinigender Oberflächen ist, gemäß EP 0933 388, dass für solche selbstreinigenden Oberflächen ein Aspektverhältnis von > 1 und eine Oberflächenenergie von kleiner 20 mN/ erforderlich ist. Das Aspektverhältnis ist hierbei definiert als der Quotient von mittlerer Höhe zur mittleren Breite der Struktur. Vorgenannte Kriterien sind in der Natur, beispielsweise im Lotusblatt, realisiert. Die aus einem hydrophoben, wachsartigen Material gebildete Oberfläche einer Pflanze weist Erhebungen auf, die bis zu einigen μm voneinander entfernt sind. Wassertropfen kommen im wesentlichen nur mit den Spitzen der Erhebungen in Berührung. Solche wasserabstoßenden Oberflächen werden in der Literatur vielfach beschrieben. Ein Beispiel dafür ist ein Artikel in Langmuir 2000, 16, 5754, von Masashi Miwa et al, der beschreibt, dass Kontaktwinkel und Abrollwinkel mit zunehmender Strukturierung künstlicher Oberflächen, gebildet aus Böhmit, aufgetragen auf eine spingecoatete Lackschicht und anschließend kalziniert, zunehmen.

Neben diesem Abformen von Strukturen durch geeignete Werkzeuge sind auch partikuläre Systeme entwickelt worden. Die Schweizer Patentschrift CH-PS 268 258 beschreibt ein Verfahren, bei dem durch Aufbringen von Pulvern, wie Kaolin, Talkum, Ton oder Silicagel, strukturierte Oberflächen erzeugt werden. Die Pulver werden durch Öle und Harze auf Basis von Organosilizium-Verbindungen auf der Oberfläche fixiert. In neuerer Zeit wurden partikuläre Systeme entwickelt, die auf Nanoteilchen mit einer sehr hydrophoben Oberfläche basiere, wie z.B. in DE 101 29 116, DE 101 38 036 und DE 101 34477 beschrieben. Die Alibindung der Nanoteilchen an das Substrat erfolgt entweder a) durch eine Trägerschicht oder b) durch eine direkte Einlagerung der Partikel ins Polymer/Substrat.

Für den Fall a) sind entsprechende Verfahren beschrieben. Für den Fall b) konnte ein Verfahren entwickelt werden, das ein Lösemittel oder Alkohol verwendet. Bei der Verwendung des Lösemittels wird der Kunststoff angelöst und das Nanoteilchen lagert sich in die Polymermatrix ein. Mit dem Abdampfen des Lösemittels verfestigt sich der Kunststoff wieder und das Nanoteilchen ist fest in der Polymermatrix eingebunden. Auch dieses Verfahren ist vorbeschrieben. Bei der Verwendung einer Suspension aus Alkohol, der das Substrat nicht anlöst und Nanopartikeln wird die Suspension auf das Polymer aufgesprüht. Es findet eine temporäre Anbindung der Nanoteilchen an das Substrat statt. Die genauen Mechanismen, die hinter dieser Technologie stecken, sind noch nicht bekannt. Wahrscheinlich wirkt der Alkohol aber als Antistatika und reduziert die lokal vorhandenen Ladungsgradienten. Auch dieses Verfahren ist bereits vorbeschrieben, z.B. in DE 102 05 007.

Bei den genannten Verfahren wurden auch elektrostatische Pulverbeschichtungsverfahren eingesetzt. Insbesondere wurden solche Verfahren bei der Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen unter Verwendung einer Trägerschicht benutzt, wobei die Pulverpartikel mittels elektrostatischer Beschichtung auf den feuchten Kleber aufgebracht wurde. Alternativ wurde dieses Verfahren aber auch genutzt, um auf eine angefeuchtete (in der Regel mit Alkohol) Oberfläche die Nanopartikel aufzustäuben. All diese Verfahren haben gemeinsam, dass das Werkstück durchfeuchtet wird. Dies macht es erforderlich, dass eine sehr aufwendige Trocknung nachgeschaltet werden muss. Insbesondere bei Textilbahnen stellt dies ein Problem dar. Zudem stellen die abdampfenden Lösemittel (Alkohole) ein Umweltproblem dar.

Es bestand also die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Nanopartikel trocken auf die Werkstücke aufgetragen werden können.

Völlig überraschenderweise wurde gefunden, dass hierzu allgemeine Pulverbeschichtungsverfahren geeignet sind. So konnte überraschenderweise durch Aufsprühen von elektrostatischem Pulver auf eine Oberfläche diese Oberfläche ausreichend haltbar mit selbstreinigenden Eigenschaften ausgerüstet werden, ohne dass das Pulver mittels eines Träger, Klebers, Lösemittels oder anderweitig an der Oberfläche befestigt werden musste.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften durch Aufbringen von Partikeln auf die Oberfläche wodurch Erhebungen, die einen Abstand von 20 nm bis 100 μm und eine Höhe von 20 nm bis 100 μm aufweisen, gebildet werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Aufbringen der Partikel trocken durch elektrostatisches Aufsprühen des Pulvers erfolgt.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind selbstreimgende Oberflächen, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie Gegenstände, die solche Oberflächen aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass keine Lösemittel eingesetzt werden, die aufwändig und häufig die Umwelt belastend entfernt werden müssen. Im Gegenteil zu herkömmlichen Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr arm an Emissionen und Abwasser frei. Zudem ist das erfmdungsgemäße Verfahren sehr einfach durchzuführen. Es ist insbesondere auch bei großtechnischen Prozessen sehr geeignet, da die Beschichtung sehr homogen erfolgen kann und an die hohen Bahngeschwindigkeiten in der Produktion angepaßt werden kann. Elektrostatische Beschichtungen sind zudem in der Textilindustrie weit verbreitet und es bedarf deshalb häufig nicht einmal der Anschaffung neuer Gerätschaften.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften sowie die erfindungsgemäßen Oberflächen werden nachfolgend beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt sein soll. Das Verfahren basiert auf der Verwendung des elektrostatischen Sprühens zur Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen. Das Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften durch Aufbringen von Partikeln auf die Oberfläche wodurch Erhebungen, die einen Abstand von 20 nm bis 100 μm und eine Höhe von 20 nm bis 100 μm aufweisen, gebildet werden, zeichnet sich dadurch aus, dass das Aufbringen der Partikel trocken durch elektrostatisches Aufsprühen der pulverförmigen Partikel mittels einer Pulversprühpistole erfolgt. Das Verfahren ist anwendbar auf alle Oberflächenmaterialien. Insbesondere ist das Verfahren anwendbar bei Oberflächen, die ein Material, ausgewählt aus Kunststoffen, Lacken, Holz, Alu, Glas oder Metallen aufweisen. Die Oberfläche kann dabei die Oberfläche einer Folie, eines dreidimensionalen Gegenstandes, einer Membrane, einer Textil-zNliesbahn, einer Leuchte, einer Alufelge, eines Möbelstücks oder eines Kunststoffteils sein.

Das Aufsprühen von Pulvern mit elektrostatischen Sprühverfahren ist an und für sich bekannt. Üblicherweise wird eine Pulversprühpistole mit außenliegenden Hochspannungselektroden eingesetzt. Durch außenliegenden Hochspannungselektroden, die sog. Koronaelektroden, erfolgt bei der elektrostatischen Pulversprühpistole die Pulveraufladung. Durch die an der Koronaelektrode anliegende Hochspannung von z. B. ca. 100 kV werden Ionen in der Luft erzeugt, die die Pulverteilchen elektrostatisch aufladen. Die Pulverteilchen werden hier negativ aufgeladen. Zumeist werden zur elektrostatischen Aufladung Hochspannungswerte im Bereich von 30 bis 110 kV, bevorzugt von 40 bis 90 kV und ganz besonders bevorzugt von 50 bis 80 kV eingesetzt. Die Stromstärke beträgt dabei vorzugsweise von 20 bis 75 mA, vorzugsweise von 25 bis 60 mA. Die im Luftstrom transportierte Menge an Pulver kann von 0,1 bis 100 g/min betragen. Die für die Förderung der Partikel verwendete Förderluft weist vorzugsweise einen Druck von über 0 bis 4 bar, vorzugsweise von 0,5 bis 1,5 bar auf.

Die Pulverteilchen werden durch zwei verschiedene Kraftwirkungen zur Oberfläche des mit einer selbstreinigenden Oberfläche auszurüstenden Werkstücks transportiert. Zum einen erfolgt der Transport durch aerodynamische Kräfte aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des aus der Pistolenmündung austretenden Sprühstrahls. Zum anderen erfolgt der Transport durch elektrische Kräfte. Zwischen der Sprühpistole und den Werkstücken besteht eine Potentialdifferenz (Modell eines Kondensators), in der die elektrisch geladenen Teilchen beschleunigt werden. Die auf dem Werkstück auftreffenden Pulverteilchen geben aufgrund ihrer sehr geringen Leitfähigkeit ihre Ladung nur langsam, in der Regel innerhalb von Stunden, ab. Durch Influenz werden in der Werkstückoberfläche gleich große, entgegengesetzte Ladungen erzeugt, welche das Festhalten aufgrund coloumbscher Anziehungskräfte bewirken. Auch nach der Entladung der Partikel bleiben die Pulverpartikel aufgrund von van-der-Waals- Kräften am Werkstück haften. Der von der Sprühpistole zum Werkstück fließende Luftionenstrom bewirkt eine so starke Aufladung der abgeschiedenen Pulverschicht, dass schon bei geringen Schichtdicken die Durchbrachfeldstärke für die Luft überschritten wird. Die Entladevorgänge ionisieren die Luft zwischen den Pulverteilchen und führen zu einem positiven Ionenstrom, der sogenannte Gegenkorona, zur negativen Koronaelektrode. Neu ankommende, negativ geladene Pulverteilchen werden entladen und bleiben nicht mehr am Werkstück haften, wodurch eine weitere Zunahme der Schichtdicke unterbunden wird. Bei der Koronaentladung wirken zwei Kräfte. Die elektrostatische Abstoßung unter den negativ geladenen Teilchen und die Anziehungskräfte des positiv geladenen Werkstückes. Solange die positiven Anziehungskräfte überwiegen baut sich die Schicht auf. Wenn aber die abstoßenden Kräfte unter den Teilchen dominieren werden keine weiteren Teilchen mehr angelagert.

Neben dem Einsatz von Pulversprühpistolen mit außenliegenden Hochspannungselektroden können auch Pulversprühpistolen eingesetzt werden, die die nötige elektrostatische Aufladung des Pulvers ausschließlich durch triboelektrische Prozesse erreichen. Die Pulverteilchen werden bei diesem Verfahren durch Reibung positiv aufgeladen. Bei triboelektrischen Sprühpistolen erfolgt die Schichtdickenbegrenzung nur aufgrund der elektrostatischen Abstoßung durch die bereits abgeschiedene Pulverschicht.

Eingesetzt werden können Pulversprühpistolen, wie sie käuflich zu erwerben sind. In größeren Industrieanlagen werden häufig Geräte eingesetzt, die bis zu zwölf Automatik- oder Handpistolen aufweisen. Hersteller solcher Anlagen bzw. geeigneter Pulversprühpistolen ist beispielsweise die Firma Nordson Deutschland GmbH in Erkrath.

Als Partikel können solche eingesetzt werden, die zumindest ein nicht leitfähiges Material, ausgewählt aus Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren, Pigmenten oder Polymeren aufweisen. Besonders bevorzugt können die Partikel Silikate, dotierte Silikate, Mineralien, Metalloxide, Aluminiumoxid, Kieselsäuren oder pyrogene Silikate, Aerosile oder pulverformige Polymere, wie z.B. sprühgetrocknete und agglomerierte Emulsionen oder cryogemahlenes PTFE sein. Vorzugsweise werden Partikel eingesetzt, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Besonders bevorzugt werden als hydrophobe Partikel, Kieselsäuren eingesetzt.

Vorzugsweise werden Partikel eingesetzt, die einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,02 bis 100 μm, besonders bevorzugt von 0,01 bis 50 μm und ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 30 μm aufweisen. Geeignet sind aber auch Partikel, die sich aus Primärteilchen zu Agglomeraten oder Aggregaten mit einer Größe von 0,2 bis 100 μm zusammenlagern.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die eingesetzten Partikel eine strukturierte Oberfläche haben. Vorzugsweise werden Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich, also im Bereich von 1 bis 1000 nm, vorzugsweise von 2 bis 750 nm und ganz besonders bevorzugt von 10 bis 100 nm, auf der Oberfläche aufweisen, eingesetzt. Unter Feinstruktur werden Strukturen verstanden, die Höhen, Breiten und Abstände in den genannten Bereichen aufweisen. Solche Partikel weisen vorzugsweise zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäuren, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, pyrogenen und/oder dotierten Silikaten oder pulverformige Polymeren auf. Die Partikel mit der unregelmäßigen Feinstruktur weisen vorzugsweise Erhebungen mit einem Aspektverhältnis von größer 1, besonders bevorzugt größer 1,5 auf. Das Aspektverhältnis ist definiert als Quotient aus maximaler Höhe zu maximaler Breite der Erhebung. In Fig. 1 wird schematisch verdeutlicht, was unter Erhebungen, die durch die Feinstruktur der Partikel gebildet werden, verstanden werden soll. Die Figur zeigt einen Partikel P, der Erhebungen aufweist. Eine ausgewählte Erhebung E, die durch die Feinstruktur der Partikel auf den Partikeln vorhanden sind, weist ein Aspektverhältnis von 2,5 auf, berechnet als Quotient aus der maximalen Höhe der Erhebung mH', die 2,5 beträgt und der maximalen Breite mB', die im Verhältnis dazu 1 beträgt.

Die hydrophoben Eigenschaften der Partikel können durch das verwendete Material der Partikel inhärent vorhanden sein, wie beispielsweise beim Polytetrafluorethylen (PTFE). Es können aber auch hydrophobe Partikel eingesetzt werden, die nach einer geeigneten Behandlung hydrophobe Eigenschaften aufweisen, wie z.B. mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, der Fluoralkylsilane oder der Disilazane behandelte Partikel. Als Partikel eignen sich im Besonderen hydrophobierte pyrogene Kieselsäuren, sogenannte Aerosile. Beispiel für hydrophobe Partikel sind z.B. das Aerosil VPR 411 oder Aerosil R 8200. Beispiele für durch eine Behandlung mit Perfluoralkylsilan und anschließende Temperung hydrophobierbare Partikel sind z.B. Aeroperl 90/30, Sipernat Kieselsäure 350, Aluminiumoxid C, Zirkonsilikat, vanadiumdotiert oder Aeroperl P 25/20.

Als Partikel, insbesondere als Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometer- bereich an der Oberfläche aufweisen, werden vorzugsweise solche Partikel eingesetzt, die zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus pyrogener oder gefällter Kieselsäure, Aluminiu - oxid, Siliziumoxid oder pulverfÖrmige Polymeren aufweisen. Es kann vorteilhaft sein, wenn die eingesetzten Partikel hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Ganz besonders eignen sich als Partikel unter anderem hydrophobierte pyrogene Kieselsäuren, so genannte Aerosile.

Es kann vorteilhaft sein, wenn Partikel eingesetzt werden, die hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Die hydrophoben Eigenschaften der Paitikel können durch das verwendete Material der Partikel inhärent vorhanden sein. Es können aber auch hydrophobierte Partikel eingesetzt werden, die z.B. durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Perfluoralkylsilane, Paraffine, Wachse, Fettsäureestern, funktionalisierte langkettige Alkanderivate oder Alkyldisilazane, hydrophobe Eigenschaften aufweisen.

Es kann vorteilhaft sein, die Oberflächen, die mit der Oberflächenstruktur ausgestattet worden sind, nachträglich nochmals zu hydrophobieren. Dies kann durch eine Behandlung der Oberflächen mit den für die Hydrophobierung der Partikel angegebenen Verbindungen erfolgen.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können selbstreinigende Oberflächen hergestellt werden, die vorzugsweise Erhebungen gebildet aus Partikeln aufweisen, wobei die Erhebungen einen Abstand von 20 nm bis 100 μm und eine Höhe von 20 nm bis 100 μm aufweisen. Die durch die Partikel gebildete Beschichtung weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 20 nm bisl20μm, besonders bevorzugt von 0,1 bis 50 μm und ganz besonders bevorzugt von 1 bis20 μm auf. Es sei daraufhingewiesen, dass die Beschichtung keine durchgängige Beschichtung sein muss sondern dass unter Beschichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung auf die Oberfläche aufgebrachte Partikel verstanden werden sollen, wobei die einzelnen Partikel auf der Oberfläche in Abständen von 0 bis 10 Partikeldurchmesser, insbesondere in Abständen von 0 bis 3 Partikeldurchmesser, vorliegen können.

Die erfindungsgemäßen Oberflächen weisen vorzugsweise mindestens einen Belag mit Erhebungen mit einer mittleren Höhe von 20 nm bis 25 μm und einem mittleren Abstand von 20 nm bis 25 μm, vorzugsweise mit einer mittleren Höhe von 50 nm bis 10 μm und/oder einem mittleren Abstand von 50 nm bis 10 μm und ganz besonders bevorzugt mit einer mittleren Höhe von 50 nm bis 4 μm und/oder einem mittleren Abstand von 50 nm bis 4 μm auf. Ganz besonders bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Oberflächen Erhebungen mit einer mittleren Höhe von 0,25 bis 1 μm und einem mittleren Abstand von 0,25 bis 1 μm auf. Unter dem mittleren Abstand der Erhebungen wird im Sinne der vorliegenden Erfindung der Abstand der höchsten Erhebung einer Erhebung zur nächsten höchsten Erhebung verstanden. Hat eine Erhebung die Form eines Kegels so stellt die Spitze des Kegels die höchste Erhebung der Erhebung dar. Handelt es sich bei der Erhebung um einen Quader, so stellt die oberste Fläche des Quaders die höchste Erhebung der Erhebung dar.

Die Benetzung von Körpern und damit die selbstreinigende Eigenschaft lässt sich durch den Randwinkel, den ein Wassertropfen mit der Oberfläche bildet, beschreiben. Ein Randwinkel von 0 Grad bedeutet dabei eine vollständige Benetzung der Oberfläche. Die Messung des statischen Randwinkels erfolgt in der Regel mittels Geräten, bei denen der Randwinkel optisch bestimmt wird. Auf glatten hydrophoben Oberflächen werden üblicherweise statische Randwinkel von kleiner 125° gemessen. Die vorliegenden selbstreinigenden Oberflächen weisen statische Randwinkel von vorzugsweise größer 130° auf, bevorzugt größer 140° und ganz besonders bevorzugt größer 145° auf. Es wurde außerdem gefunden, dass eine Oberfläche nur dann gute selbstreinigende Eigenschaften aufweist, wenn diese eine Differenz zwischen Fortschreit- und Rückzugswinkel von maximal 10° aufweist, weshalb erfϊndungsgemäße Oberflächen vorzugsweise eine Differenz zwischen Fortschreit- und Rückzugswinkel von kleiner 10°, vorzugsweise kleiner 5° und ganz besonders bevorzugt kleiner 4° aufweisen. Für die Bestimmung des Fortschreitwinkels wird ein Wassertropfen mittels einer Kanüle auf die Oberfläche gesetzt und durch Zugabe von Wasser durch die Kanüle der Tropfen auf der Oberfläche vergrößert. Während der Vergrößerung gleitet der Rand des Tropfens über die Oberfläche und der Kontaktwinkel wird als Fortschreitwihkel bestimmt. Der Rückzugswinkel wird an dem selben Tropfen gemessen, nur wird durch die Kanüle dem Tropfen Wasser entzogen und während des Verkleinerns des Tropfens der Kontaktwinkel gemessen. Der Unterschied zwischen beiden Winkeln wird als Hysterese bezeichnet. Je kleiner der Unterschied ist, desto geringer ist die Wechselwirkung des Wassertropfens mit der Oberfläche der Unterlage und desto besser ist der Lotuseffekt.

Die durch die Partikel gebildeten Erhebungen werden nur über elektrostatische Wechselwirkungen bzw. van-der-Waals Kräfte an der Oberfläche fixiert. Trotz dieser relativ schwachen Kräfte haften die Partikel vorzugsweise zumindest so fest an der Oberfläche, dass es eines Impulses von mehr als 12 mNs bedarf, um die Partikel von der Oberfläche abzulösen. Es ist einleuchtend, dass eine solche selbstreinigende Oberfläche auf Textilien einen normalen Waschgang nicht übersteht.

Die erfindungsgemäße Oberfläche kann eine Oberfläche einer Textilie, einer Folie, eines dreidimensionalen Gegenstandes, einer Membrane, einer Textil-/Vliesbahn, einer LKW Plane, eines Hygiene- Vlieses, einer Windel oder anderer Haushaltsgeräte sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann z.B. zur Beschichtung von Gegenständen, die hohen Belastungen durch Schmutz und Wasser ausgesetzt sind, insbesondere für den Outdoor Bereich, Skisport, Alpinsport, Motorsport, Motorradsport, Motorcrosssport, Segelsport, Textilien für den Freizeitbereich sowie zur Beschichtung technischer Textilien, ausgewählt aus Zelten, Markisen, Regenschirmen, Tischdecken, Kabrio- Verdecken, technischen Textilien oder Arbeitskleidung verwendet werden.

Gegenstände mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche können z.B. Folien, Gebrauchsgegenstände, Sportartikel, Textilien, Bekleidungsstücke und Werbeträger, Markisen umfassen.

Erfindungsgemäß hergestellte Oberflächen werden an Hand der Figuren Fig. 1 bis Fig. 3 näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf diese speziellen Ausführungsarten beschrankt sein soll.

Die Figur Fig. 1 zeigt schematisch einen Partikel P, der Erhebungen aufweist. Eine ausgewählte Erhebung E, die durch die Feinstruktur der Partikel auf dem Partikel vorhanden ist, weist ein Aspektverhältnis von 2,5 auf, berechnet als Quotient aus der maximalen Höhe der Erhebung mH', die 2,5 beträgt und der maximalen Breite mB', die im Verhältnis dazu 1 beträgt.

Fig. 2 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische (REM-)Aufnahme eines mit Aerosil R 8200 beschichteten Polypropylen- Vlieses.

Fig. 3 zeigt eine REM-Aufhahme des mit Aerosil R 8200 beschichteten Polypropylen-Vlieses aus Fig. 2 in einer zehnfachen Vergrößerung. Es sind sehr gut die auf der Faser aufgebrachten Partikel zu erkennen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der folgenden Beispiele beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt sein soll.

Beispiel 1:

Ein PP -Vlies (VS2050, Freudenberg) mit 50 g/m² wird in eine elektrostatische Beschichtungs- kammer (Typ Surecoat, Nordson) gelegt. Für die elektrostatische Beschichtungsanlage wurden folgende Parameter gewählt:

Zerstäubungsluft 0,5 bar Pistolenzufuhr 1 bar Wirbelluft 1 bar Stromstärke 25 mA bei 40 kV verwendete Partikel: Aerosil R 8200

Das Aerosil wurde direkt auf das liegende Vlies aufgetragen und die Pistole wurde mit einer Geschwindigkeit von ca. 6 m/min über die Oberfläche geführt. Das überstehende Aerosil wurde mit einer elektrisch nicht geladenen Metallwalze, die über das behandelte Vlies geführt wurde, aufgesammelt.

Anschließend wurde das Verhalten des behandelten Vlieses charakterisiert. Das behandelte Vlies zeigte einen sehr guten Lotus-Effekt. Wassertropfen perlten sehr gut ab. Der Abrollwinkel, also der Winkel zur Horizontalen, bei der ein Tropfen selbstständig abrollt, betrug für einen 60 μl-Wassertropfen 2,4 °. Der Wasserdurchtritt durch das so ausgerüstete Vlies erfolgte erst als die aufgebaute Wassersäule eine Höhe von 30 cm überschritt (gemessen nach DIN EN13562). Fig. 2 zeigt eine REM Aufnahme des so beschichteten Vlies.

Beispiel 2:

Die Parameter der Beschichtungsanlage wurden wie in Beispiel 1 eingestellt. Verändert wurde allerdings die Geschwindigkeit mit der die Pistole über das Vlies geführt wurde. Die Geschwindigkeit betrag hier nur 2 m/min. Wie in Beispiel 1 wurde auch hier wieder das Aerosil direkt auf die Oberfläche aufgetragen. Die anschließende Charakterisierung der Oberfläche ergab einen sehr guten Abrollwinkel von 1,8 °, der um 0,6 ° kleiner war als beim Beispiel 1. Auf die Oberfläche konnte eine Wassersäule von 60 cm aufgebaut werden.

Durch Verlangsamung des Auftragens der Partikel konnte eine deutliche Verbesserung des Selbstreinigungseffektes, charakterisiert durch den Abrollwinkel, erzielt werden. Dies liegt vermutlich daran, dass bei einer langsameren Auftragsgeschwindigkeit eine gleichmäßigeren und dichtere Partikelschicht erzeugt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften durch Aufbringen von Partikeln auf die Oberfläche wodurch Erhebungen, die einen Abstand von 20 nm bis 100 μm und eine Höhe von 20 nm bis 100 μm aufweisen, gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Partikel trocken durch elektrostatisches Aufsprühen der pulverformigen Partikel mittels einer Pulversprühpistole erfolgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen ein Material, ausgewählt aus Kunststoffen, Lacken, Holz, Glas oder Metallen aufweist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche die Oberfläche einer Folie, eines dreidimensionalen Gegenstandes, einer Membrane oder eine Textil / Vliesbahn ist.

4. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulversprühpistole mit außenliegenden Hochspannungselektroden eingesetzt wird.

5. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatische Pulversprühpistole zur Aufladung der Pulverpartikel eine Hochspannung von 30 bis 90 kV einsetzt.

6. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel, die eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich auf ihrer Oberfläche aufweisen, eingesetzt werden.

7. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel, die einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,02 bis 100 μm aufweisen, eingesetzt werden.

8. Verfahren gemäß Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel, die einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,1 bis 30 μm aufweisen, eingesetzt werden.

9. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel, ausgewählt aus Silikaten, Mineralien, Metalloxiden, Kieselsäuren,

Pigmenten oder Polymeren, eingesetzt werden.

10. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel, ausgewählt aus pyrogenen Kieselsäuren, Fällungskieselsäuren,

Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, dotierten Silikaten, pyrogenen Silikaten oder pulverfÖrmige Polymeren, eingesetzt werden.

11. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel durch eine Behandlung mit zumindest einer Verbindung aus der Gruppe der Alkylsilane, Fluoralkylsilane und/oder Disilazane mit hydrophoben Eigenschaften ausgestattet werden.

12. Selbstreinigende Oberfläche, hergestellt mittels eines Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Oberfläche gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie Erhebungen gebildet aus Partikeln aufweisen, wobei die Erhebungen einen

Abstand von 20 nm bis 100 μm und eine Höhe von 20 nm bis 100 μm aufweisen.

14. Oberfläche gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Oberfläche einer Textilie, einer Folie, eines dreidimensionalen Gegenstandes, einer Membrane oder eine Textil / Vliesbahn ist.

15. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Beschichtung von Gegenständen, die hohen Belastungen durch Schmutz und Wasser ausgesetzt sind, insbesondere für den Outdoor Bereich, Skisport, Alpinsport, Motorsport, Motorradsport, Motorcrosssport, Segelsport, Textilien für den Freizeitbereich sowie zur Beschichtung technischer Textilien, ausgewählt aus Zelten, Markisen, Regenschirmen, Tischdecken, Kabrio- Verdecken, technischen Textilien oder Arbeitskleidung.

16. Gegenstände mit einer Oberfläche gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände Folien, Gebrauchsgegenstände, Sportartikel, Textilien, Bekleidungsstücke und Werbeträger umfassen.