DE102014013528B4

Coated glass substrate or glass ceramic substrate with resistant multi-functional surface properties, method for production thereof and use thereof

Abstract

Coated glass or glass-ceramic substrate having durable multifunctional surface properties, comprising <br />- a combination of antimicrobial, antireflective and antifingerprint properties, or <br />- a combination of antimicrobial and antireflective properties, <br />wherein the glass or glass-ceramic substrate is coated with an anti-reflective coating and an ion exchange has been carried out through the anti-reflective coating present on the glass or glass-ceramic substrate, the ions exchanged being antimicrobial metal ions and ions which chemically toughen the glass - Cause or represent the glass-ceramic substrate; and wherein the coated glass or glass-ceramic substrate has an antimicrobial activity of >99% against E. coli and S. aureus according to the standard JIS Z 2801 or ISO 22196.

DE102014013528B4, drawing sheet 1
Sheet 1 of 8

Term

8 yearsleft in the term

Expires 12 September 2034.

  1. Priority and filed
  2. Granted
  3. Today
  4. Expires

20 claims: 12 independent, 8 dependent

  1. 1
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat mit beständigen multifunktionellen Oberflächeneigenschaften, umfassend - eine Kombination von antimikrobiellen, antireflektiven und Antifingerprint-Eigenschaften, oder - eine Kombination von antimikrobiellen und antireflektiven Eigenschaften, wobei das Glas- oder Glaskeramiksubstrat mit einer antireflektiven Beschichtung beschichtet ist und ein Ionenaustausch durch die auf dem Glas- oder Glaskeramiksubstrat vorliegende antireflektive Beschichtung hindurch durchgeführt wurde, wobei die ausgetauschten Ionen antimikrobiell wirksame Metallionen und Ionen, die ein chemisches Vorspannen des Glas- oder Glaskeramiksubstrats bewirken, darstellen;und wobei das beschichtete Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach der Norm JIS Z 2801 oder ISO 22196 eine antimikrobielle Wirksamkeit von > 99% gegenüber E. coli und S. aureus aufweist.
  2. 4
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass - die antireflektive Beschichtung aus einer Schicht besteht, die bevorzugt eine Haftvermittlerschicht darstellt;- die antireflektive Beschichtung aus zwei oder mehr Schichten besteht mit alternierendem hohen und niedrigen Brechungsindex, wobei die oberste Schicht einen niedrigen Brechungsindex aufweist und bevorzugt eine Haftvermittlerschicht darstellt;oder - die antireflektive Beschichtung aus drei oder mehreren Schichten mit alternierendem mittleren, hohen und niedrigen Brechungsindex besteht und die oberste Schicht einen niedrigen Brechungsindex aufweist und bevorzugt eine Haftvermittlerschicht darstellt.
  3. 5
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass - die antireflektive Beschichtung aus einer Schicht besteht, die bevorzugt eine Haftvermittlerschicht darstellt, und einen geringen Brechungsindex im Bereich von 1,22 bis 1,44, noch bevorzugter im Bereich von 1,28 bis 1,44 aufweist;oder - die antireflektive Beschichtung aus mehreren Schichten aufgebaut ist, wobei bevorzugt die oberste Schicht eine Haftvermittlerschicht darstellt und einen geringen Brechungsindex im Bereich von 1,22 bis 1,70, noch bevorzugter im Bereich von 1,28 bis 1,60, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1,28 bis 1,56 aufweist.
  4. 6
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass - die antireflektive Beschichtung in Form mindestens einer Schicht derart ausgestaltet ist, dass eine unvollständige antireflektive Beschichtung vorliegt, die erst zusammen mit einer Haftvermittlerschicht die vollständige antireflektive Wirkung im spektralen Bereich aufweist;oder - die antireflektive Beschichtung in Form mindestens einer Schicht derart ausgestaltet ist, dass eine unvollständige antireflektive Beschichtung vorliegt, die erst zusammen mit einer Antifingerprint-Beschichtung die vollständige antireflektive Wirkung im spektralen Bereich aufweist;oder - die antireflektive Beschichtung in Form mindestens einer Schicht derart ausgestaltet ist, dass eine unvollständige antireflektive Beschichtung vorliegt, die erst zusammen mit einer Haftvermittlerschicht und einer Antifingerprint-Beschichtung die vollständige antireflektive Wirkung im spektralen Bereich aufweist.
  5. 7
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eine Schicht der antireflektiven Beschichtung, bevorzugt die oberste Schicht, die als Haftvermittlerschicht vorliegt, in Unterschichten mit ein oder mehreren Zwischenschichten unterteilt ist, wobei die ein oder mehreren Zwischenschichten bevorzugt nahezu denselben Brechungsindex wie die Unterschichten aufweisen.
  6. 8
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Haftvermittlerschicht eine Mischoxidschicht darstellt, bevorzugt eine Siliciummischoxidschicht, die ein Oxid mindestens eines der Elemente Aluminium, Zink, Magnesium, Phosphor, Cer, Zirkon, Titan, Cäsium, Barium, Strontium, Niob, Zinn, Bor und/oder Magnesiumfluorid, bevorzugt mindestens ein Oxid des Elements Aluminium aufweist und bevorzugt eine Dicke größer als 1 nm, bevorzugt größer als 10 nm, noch bevorzugter größer als 20 nm aufweist.
  7. 9
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Glas ein ionenaustauschbares Glas darstellt, bevorzugt ausgewählt aus einem Alkali-Aluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung:Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 40 - 75 Al 2 O 3 10 - 30 B 2 O 3 0 - 20 Summe aus Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 4 - 30 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0 - 15 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 0 - 15 P 2 O 5 0 - 10 oder einem Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 60 - 85 Al 2 O 3 1 - 10 B 2 O 3 5 - 20 Summe aus Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 2 - 16 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0 - 15 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 0 - 5 P 2 O 5 0 - 2 oder einem Kalknatronglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 40 - 80 Al 2 O 3 0 - 6 B 2 O 3 0 - 5 Summe aus Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 5 - 30 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5 - 30 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 0 - 7 P 2 O 5 0 - 2 oder einem Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 50 - 75 Al 2 O 3 7 - 25 B 2 O 3 0 - 20 Summe aus Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 1 - 4 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5 - 25 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 0 - 10 P 2 O 5 0 - 5 oder einem Bleiglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammetzung Gew.-% PbO 20 - 80 SiO 2 20 - 60 K 2 O 0 - 10 Na 2 O 1 - 10 BaO 0 - 20 SrO 0 - 20 Al 2 O 3 0 - 10 CaO 0 - 10 F 2 O 3 0 - 1 Sb 2 O 3 0 - 1 ZnO 0 - 20 B 2 O 3 0 - 20 ZrO 2 0 - 10 oder einem Glas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 10 - 90 Al 2 O 3 0 - 40 B 2 O 3 0 - 80 Na 2 O 1 - 30 K 2 O 0 - 30 CoO 0 - 20 NiO 0 - 20 Ni 2 O 3 0 - 20 MnO 0 - 20 CaO 0 - 40 BaO 0 - 60 ZnO 0 - 40 ZrO 2 0 - 10 MnO 2 0 - 10 CeO 0 - 3 SnO 2 0 - 2 Sb 2 O 3 0 - 2 TiO 2 0 - 40 P 2 O 5 0 - 70 MgO 0 - 40 SrO 0 - 60 Li 2 O 0 - 30 Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 1 - 30 SiO 2 + B 2 O 3 + P 2 O s 10 - 90 Nd 2 O 5 0 - 20 V 2 O 5 0 - 50 Bi 2 O 3 0 - 50 SO 3 0 - 50 SnO 0 - 70 wobei der Gehalt von SiO 2 + P 2 O s + B 2 O 3 10 - 90 Gew.-% ist;oder einem Lithium-Aluminiumsilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 55 - 69 Al 2 O 3 19 - 25 Li 2 O 3 - 5 Summe aus Na 2 O + K 2 O 0,5 - 15 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO 0 - 5 ZnO 0 - 4 TiO 2 0 - 5 ZrO 2 0 - 3 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 + SnO 2 2 - 6 P 2 O 5 0 - 8 F 0 - 1 B 2 O 3 0 - 2 wobei die Glaszusammensetzung jeweils gegebenenfalls Zusätze von färbenden Oxiden, wie Nd 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CoO, NiO, V 2 O 5 , MnO 2 , TiO 2 , CuO, CeO 2 , Cr 2 O 3 , Seltenerd-Oxide in Gehalten von 0 - 5 Gew.-% oder für „Schwarzes Glas“ von 0 - 15 Gew.-%, sowie Läutermittel, wie As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SnO 2 , SO 3 , Cl, F, CeO 2 , in Gehalten von 0 - 2 Gew% enthält;oder dass die Glaskeramik eine ionenaustauschbare Glaskeramik darstellt, bevorzugt ausgewählt aus einem keramisierten Alumosilikatglas oder Lithium-Alumino-Silikatglas, bevorzugt eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases (in Gew.-%): Li 2 O 3,2 - 5,0 Na 2 O 0 - 1,5 K 2 O 0 - 1,5 Summe Na 2 O + K 2 O 0,2 - 2,0 MgO 0,1 - 2,2 CaO 0 - 1,5 SrO 0 - 1,5 BaO 0 - 2,5 ZnO 0 - 1,5 Al 2 O 3 19 - 25 SiO 2 55 - 69 TiO 2 1,0 - 5,0 ZrO 2 1,0 - 2,5 SnO 2 0 - 1,0 Summe TiO 2 + ZrO 2 + SnO 2 2,5 - 5,0 P 2 O 5 0 - 3,0 oder bevorzugt eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases (in Gew.-%): Li 2 O 3 - 5 Na 2 O 0 - 1,5 K 2 O 0 - 1,5 Summe Na 2 O + K 2 O 0,2 - 2 MgO 0,1 -2,5 CaO 0 - 2 SrO 0 - 2 BaO 0 - 3 ZnO 0 - 1,5 Al 2 O 3 15 - 25 SiO 2 50 - 75 TiO 2 1-5 ZrO 2 1 - 2,5 SnO 2 0 - 1,0 Summe TiO 2 + ZrO 2 + SnO 2 2,5 - 5 P 2 O 5 0 - 3,0 oder bevorzugt eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases (in Gew.-%): Li 2 O 3 - 4,5 Na 2 O 0 - 1,5 K 2 O 0 - 1,5 Summe Na 2 O + K 2 O 0,2 - 2 MgO 0 - 2 CaO 0 - 1,5 SrO 0 - 1,5 BaO 0 - 2,5 ZnO 0 - 2,5 B 2 O 3 0 - 1 Al 2 O 3 19 - 25 SiO 2 55 - 69 TiO 2 1,4 - 2,7 ZrO 2 1,3 - 2,5 SnO 2 0 - 0,4 Summe TiO 2 + SnO 2 kleiner 2,7 P 2 O 5 0 - 3 Summe ZrO 2 + 0,87 (TiO 2 + SnO 2 ) 3,6 - 4,3, wobei die Glaskeramik vorzugsweise Hochquarz-Mischkristalle oder Keatit-Mischkristalle als vorherrschende Kristallphase enthält und die Kristallitgröße vorzugsweise kleiner 70 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 50 nm, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 10 nm ist.
  8. 10
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Glas- oder Glaskeramiksubstrat eine strukturierte Oberfläche, bevorzugter eine geätzte Oberfläche aufweist.
  9. 11
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Substrat ein Aluminosilikat- oder Boroaluminosilikatglas oder eine hierauf basierende Glaskeramik darstellt und nach dem chemischen Vorspannen eine Druckspannung CS ≥ 600 MPa und eine Tiefe der Druckspannungsschicht DoL ≥ 20 µm aufweist oder dass das Substrat ein Kalknatronglas oder eine hierauf basierende Glaskeramik darstellt und nach dem chemischen Vorspannen eine Druckspannung CS > 100 MPa, bevorzugter > 200 MPa und noch bevorzugter CS ≥ 300 MPa und eine Tiefe der Druckspannungsschicht DoL ≥ 5 µm aufweist.
  10. 12
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine antimikrobielle Wirksamkeitnach der Norm JIS Z 2801 oder ISO 22196, > 99,9%, insbesondere bevorzugt > 99,99% gegenüber E.coli und S.aureus vorliegt.
  11. 13
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Dicke des Glas- oder Glaskeramiksubstrats ≤ 20 mm beträgt, bevorzugter ≤ 15 mm, noch bevorzugter ≤ 10 mm, noch bevorzugter ≤ 5 mm, noch bevorzugter ≤ 3 mm, noch bevorzugter ≤ 1 mm, noch bevorzugter ≤ 0,7 mm, insbesondere bevorzugt ≤ 0,5 mm oder ganz besonders bevorzugt < 0,1 mm.
  12. 14
    Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Glas- oder Glaskeramiksubstrats mit beständigen multifunktionellen Oberflächeneigenschaften, umfassend die nachfolgenden Schritte:- Aufbringen einer antireflektiven Beschichtung auf ein Glas- oder Glaskeramiksubstrat;- Durchführen eines der 2 nachfolgenden lonenaustauschverfahren mit dem antireflektiv beschichteten Glas- oder Glaskeramiksubstrat in einem Salzbad, wobei der Ionenaustausch durch die auf dem Glas oder der Glaskeramik vorliegende antireflektive Beschichtung hindurch durchgeführt wird: (1) wobei das Salzbad eine Mischung von Kalium-, Rubidium- und/oder Cäsiumsalz mit einem oder mehre ren Metallsalzen mit antimikrobieller Wirkung enthält, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber-, Kupfer-, Cadmium-, Zink-, Eisen-, Zinn-, Kobalt-, Cer-, Antimon-, Selen-, Chrom-, Magnesium- und/oder Nickelsalzen, um dem Glas- oder Glaskeramiksubstrat antimikrobielle Eigenschaften zu verleihen und dieses gleichzeitig chemisch vorzuspannen;oder (2) wobei in einem ersten Schritt das erste Salzbad Kalium-, Rubidium- und/oder Cäsiumsalz enthält und in einem zweiten Schritt das zweite Salzbad eine Mischung von Kalium-, Rubidium- und/oder Cäsiumsalz mit einem oder mehreren Metallsalzen mit antimikrobieller Wirkung enthält, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber-, Kupfer-, Cadmium-, Zink-, Eisen-, Zinn-, Kobalt-, Cer-, Antimon-, Selen-, Chrom-, Magnesium- und/oder Nickelsalzen, um dem Glas- oder Glaskeramiksubstrat antimikrobielle Eigenschaften zu verleihen und dieses chemisch vorzuspannen.
Independent claims12