EP1525338B1

Substrate comprising a photocatalytic tio2 layer

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Expired 9 July 2023, 3.2 years ago.

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26 claims: 10 independent, 16 dependent

  1. 1
    Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer photokatalytischen Schicht, die photokatalytisch aktives TiO 2 und ein Matrixmaterial umfasst, wobei das TiO 2 in einem solchen Konzentrationsgradienten enthalten ist, dass es an der Oberfläche der photokatalytischen Schicht angereichert ist, umfassend die Schritte a) Herstellen einer Mischung umfassend mindestens eine hydrolysierbare Titanverbindung, ein organisches Lösungsmittel und Wasser in einer unterstöchiometrischen Menge, bezogen auf die hydrolysierbaren Gruppen der Titanverbindung, b) Behandeln der sich ergebenden Mischung bei einer Temperatur von mindestens 60°C unter Bildung einer Dispersion oder eines Niederschlags von TiO 2 -Teilchen, c) gegebenenfalls Entfernen des Lösungsmittels unter Bildung eines Pulvers von TiO 2 -Teilchen und gegebenenfalls Lösungsmittelaustausch durch Zugabe eines anderen Lösungsmittels, d) Vermischen der erhaltenen TiO 2 -Teilchen mit einem Oberflächenmodifizierungsmittel, um eine Oberflächenmodifizierung der TiO 2 -Teilchen zu bewirken, e) Zugabe eines anorganischen oder organisch modifizierten anorganischen matrixbildenden Materials, f) Auftragen der erhaltenen Dispersion auf das Substrat, g) Härtung der aufgetragenen Dispersion unter Bildung einer photokatalytischen Schicht und i) photokatalytische Zersetzung zumindest der organischen Gruppen der an der Oberfläche der photokatalytischen Schicht angereicherten, oberflächenmodifizierten TiO 2 -Teilchen.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenmodifizierungsmittel mindestens eine hydrophobe Gruppe enthält.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophobe Gruppe mindestens ein Fluoratom aufweist und/oder eine langkettige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe oder eine aromatische Gruppe ist.
  4. 4
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenmodifizierungsmittel aus hydrolysierbaren Silanverbindungen, Carbonsäuren, Carbonsäurehalogeniden, Carbonsäureestern, Carbonsäureanhydriden, Oximen, ß-Dicarbonylverbindungen, Alkoholen, Aminen, Alkylhalogeniden und deren Derivaten ausgewählt wird.
  5. 5
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nach Schritt g) erhaltene Schicht durch Bestrahlung aktiviert wird.
  6. 6
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nanoskalige TiO 2 -Teilchen erhalten werden, vorzugsweise mit einer mittleren Teilchengröße ≤ 200 nm, insbesondere ≤ 50 nm und besonders bevorzugt ≤ 10 nm.
  7. 7
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung durch Wärmebehandlung und/oder Bestrahlung erfolgt, wobei im Falle der Bestrahlung das organisch modifizierte anorganische matrixbildende Material funktionelle Gruppen aufweist, über die eine Vernetzung möglich ist.
  8. 8
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auftragen der erhaltenen Dispersion gemäß Schritt f) ein organisch modifiziertes anorganisches matrixbildendes Material auf das Substrat unter Bildung einer Hybridschicht aufgebracht wird und nach Bildung der photokatalytischen Schicht die organischen Bestandteile der Hybridschicht zumindest im Grenzflächenbereich zur photokatalytischen Schicht unter Ausbildung einer rein anorganischen Sperrschicht photokatalytisch zersetzt werden.
  9. 9
    Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das organisch modifizierte anorganische matrixbildenden Material ein Nanokomposit mit nanoskaligen anorganischen Teilchen, vorzugsweise ≤ 200 nm, ist.
  10. 10
    Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das organisch modifizierte anorganische matrixbildende Material aus einem organisch modifizierten anorganischen Hydrolysat und/oder Polykondensat aus mindestens einer hydrolysierbaren Verbindung, die keine nicht-hydrolysierbare organische Gruppe umfasst, und mindestens einer hydrolysierbaren Verbindung, die mindestens eine nicht-hydrolysierbare organische Gruppe umfasst, wobei nicht mehr als 10 Mol-% der hydrolysierbaren Verbindungen mindestens eine nicht-hydrolysierbare organische Gruppe enthalten, gebildet wird.
  11. 11
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenmodifizierungsmittel ein Molekulargewicht von weniger als 1.500 aufweist.
  12. 12
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrolysierbare Titanverbindung die Formel TiX 4 , worin X gleich oder verschieden ist und Alkoxy ist, aufweist.
  13. 13
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht, die photokatalytisch aktives TiO 2 und ein Matrixmaterial umfasst, wobei das TiO 2 in einem solchen Konzentrationsgradienten enthalten ist, dass es an der Oberfläche der photokatalytischen Schicht angereichert ist, erhältlich nach einem der Verfahren 1 bis 12.
  14. 14
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem photokatalytisch aktiven TiO 2 und dem Substrat eine rein anorganische Sperrschicht ausgebildet ist.
  15. 15
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die photokatalytische Schicht ein anorganisches oder organisch modifiziertes anorganisches Matrixmaterial umfasst.
  16. 16
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das TiO 2 dotiert ist.
  17. 17
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das TiO 2 mit einem Metall-, Halbmetall- oder Nichtmetallelement oder einer entsprechenden Verbindung dotiert ist.
  18. 18
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das TiO 2 auch im Bereich des sichtbaren Lichts bei Wellenlängen > 380 nm photokatalytisch aktiv ist.
  19. 19
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter der photokatalytischen Schicht eine elektrisch leitende Unterlage befindet.
  20. 20
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass unter der photokatalytischen Schicht eine Hybridschicht aus einem organisch modifizierten anorganische Material vorgesehen ist.
  21. 21
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Konzentrationsgradienten von TiO 2 und/oder organischen Gruppen aufweist.
  22. 22
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die photokatalytische Schicht mikrostrukturiert ist.
  23. 23
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Bestandteile der Hybridschicht zumindest an der Grenzfläche zu der photokatalytischen Schicht unter Ausbildung einer rein anorganischen Sperrschicht photokatalytisch zersetzt worden sind.
  24. 24
    Substrat mit einer photokatalytischen Schicht nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridschicht zumindest an der Grenzfläche zum Substrat aus einem organisch modifizierten anorganischen Material besteht.
  25. 25
    Verwendung eines Substrats mit einer photokatalytischen Schicht nach einem der Ansprüche 13 bis 24 als selbstreinigendes Substrat oder als mit Hilfe von Bestrahlung zu reinigendes Substrat.
  26. 26
    Verwendung nach Anspruch 25 zum Schutz von im medizinischen oder hygienischen Bereich gebrauchten Gegenständen.
Independent claims26