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WO2005115151A1

Functional sol-gel coating agents

Abstract

The invention relates to a functional sol-gel coating agent which comprises a nanoparticulate additive and which is characterized by an antimicrobial function, whereby a nanoparticulate metal is used as the antimicrobial component. The invention also relates to a functional sol-gel coating agent which comprises a nanoparticulate additive and which is characterized by a decorative function, whereby the nanoparticulate additive is used as the decorative component.

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90 claims: 7 independent, 83 dependent

  1. 1
    Patentans prüche 1. Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel, das ein nanopartikuläres Additiv aufweist, gekennzeichnet durch eine antimikrobielle Funktion, wobei als antimikrobielle Komponente ein nanopartikuläres Metall verwendet wird.
  2. 2
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein nanopartikuläres Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nanopartikulärem Silber, nanopartikulärem Kupfer, nanopartikulärem Zink und deren Mischungen verwendet wird.
  3. 3
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nanopartikuläre Metall eine Korngröße von 1 nm bis 100 nm aufweist.
  4. 4
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nanopartikuläre Metall eine Korngröße von 5 nm bis 50 nm aufweist.
  5. 5
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nanopartikuläre Metall in der Beschichtung in einer Konzentration von 0,005 bis 5 Gew.-% vorliegt.
  6. 6
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nanopartikuläre Metall in der Beschichtung in einer Konzentration von 0,01 bis 0,5 Gew.-% vorliegt.
  7. 7
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberflächenmodifiziertes nanopartikuläres Metall verwendet wird.
  8. 8
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des nanopartikulären Metalls durch Anbindung eines Dispergierhilfsmittels und/oder eines Haftverbesserers modifiziert ist.
  9. 9
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des nanopartikulären Metalls durch Anbindung von funktionellen Silanen und/oder Anbindung von Polymeren oder Oligomeren mit hohem OH-Gruppen-Anteil modifiziert ist.
  10. 10
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Dispergierhilfsmittel und/oder ein Haftverbesserer anwesend ist.
  11. 11
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Dispergierhilfsmittel und/oder Haftverbesserer funktionelle Silane und/oder Polymere oder Oligomere mit hohem OH- Gruppen-Anteil anwesend sind.
  12. 12
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Art von funktionellen Molekülen anwesend ist.
  13. 13
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Art von funktionellen Molekülen zumindest eine Art von Silanen mit zumindest einem hydro- und/oder oleophoben Rest verwendet wird.
  14. 14
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als hydro- und/oder oleophober Rest fluorierte Kohlenwasserstoffketten verwendet werden.
  15. 15
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Silan mit hydro- und oleophobem Rest (Tridecafluoro-1 ,1 ,2,2-tetrahydrooctyl)trietoxysilan oder (Heptadecafluoro- 1 ,1 ,2,2-tetrahydrodecyl)trietoxysilan verwendet wird.
  16. 16
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung bestehend aus einem funktionellen Sol- Gel-Beschichtungsmittel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beschichtungsmittel aufgetragen auf einem Substrat vorliegt.
  17. 17
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Oberflächenrauigkeit mit einer durchschnittlichen Rautiefe zwischen 5 nm und 200 nm aufweist.
  18. 18
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Oberflächenrauigkeit mit einer durchschnittlichen Rautiefe zwischen 10 nm und 100 nm aufweist.
  19. 19
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von maximal 500 nm aufweist.
  20. 20
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von maximal 200 nm aufweist.
  21. 21
    Verfahren zur Herstellung einer funktionellen Sol-Gel-Beschichtung wie in den Ansprüchen 16 bis 20 definiert, mit den Schritten Herstellen eines Sols, das ein nanopartikuläres Metall enthält, Aufbringen des Sols auf ein Substrat und - Aushärten des Sols.
  22. 22
    Verfahren nach Anspruch 21, wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat ein Dispergierhilfsmittel und/oder ein Haftverbesserer zu dem Sol gegeben wird.
  23. 23
    Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei nach dem Aushärten des Sols eine weitere Schicht aufgebracht wird, in der zumindest eine weitere Art von funktionellen Molekülen anwesend ist.
  24. 24
    Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat zumindest eine weitere Art von funktionellen Molekülen zu dem Sol gegeben wird.
  25. 25
    Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Aushärten des Sols bei einer Temperatur von maximal 700°C erfolgt.
  26. 26
    Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Aushärten des Sols bei einer Temperatur von maximal 200°C erfolgt.
  27. 27
    Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat das Substrat einem Vorbehandlungsschritt unterworfen wird.
  28. 28
    Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Vorbehandlungsschritt aus einer Oxidation, einer Behandlung mit Säure, einer Behandlung mit Lauge, einer Plasmabehandlung, einer Corona-Entladung, einer Beflammung, einer Flammsilikatisierung, einer UV-Bestrahlung oder einem Sandstrahlen besteht.
  29. 29
    Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, wobei es sich bei dem Substrat um ein Metall-, ein Glas-, ein Keramik-, ein Emaille-, ein Holz- oder ein Kunststoffsubstrat handelt.
  30. 30
    Verwendung einer Sol-Gel-Beschichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20 oder einer nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 29 hergestellten Sol-Gel-Beschichtung zur Beschichtung von mit Lebensmitteln in Kontakt stehenden Flächen.
  31. 31
    Verwendung nach Anspruch 30, wobei die mit Lebensmitteln in Kontakt stehende Fläche ein Kühlschrankeinlegeboden ist.
  32. 32
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel, das ein nanopartikuläres Additiv aufweist, gekennzeichnet durch eine dekorative Funktion, wobei das nanopartikuläre Additiv als dekorative Komponente verwendet wird.
  33. 33
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass ein nanopartikuläres Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nanopartikulärem Mattierungsmittel, nanopartikulärer Kieselsäure oder einer Mischung verschiedener nanopartikulärer Kieselsäuren verwendet wird.
  34. 34
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das nanopartikuläre Mattierungsmittel oder die nanopartikuläre Kieselsäure eine Korngröße von <10 μm aufweist.
  35. 35
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das nanopartikuläre Mattierungsmittel oder die die nanopartikuläre Kieselsäure eine Korngröße von <0,5 μm aufweist.
  36. 36
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass als nanopartikuläres Additiv ein anorganisches Pigment verwendet wird.
  37. 37
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Pigment eine Korngröße von <1 μm aufweist.
  38. 38
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Pigment eine Korngröße von <200 nm aufweist.
  39. 39
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberflächenmodifiziertes nanopartikuläres Additiv verwendet wird.
  40. 40
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des nanopartikulären Additivs durch Anbindung eines Dispergierhilfsmittels und/oder eines Haftverbesserers modifiziert ist.
  41. 41
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des nanopartikulären Additivs durch Anbindung von funktionellen Silanen und/oder Anbindung von Polymeren oder Oligomeren mit hohem OH-Gruppen-Anteil modifiziert ist.
  42. 42
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 32 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Dispergierhilfsmittel und/oder ein Haftverbesserer anwesend ist.
  43. 43
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass als Dispergierhilfsmittel und/oder Haftverbesserer funktionelle Silane und/oder Polymere oder Oligomere mit hohem OH- Gruppen-Anteil anwesend sind.
  44. 44
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass als Dispergierhilfsmittel und/oder Haftverbesserer hydrophobe Kieselsäuren anwesend sind.
  45. 45
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 32 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Art von funktionellen Molekülen anwesend ist.
  46. 46
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass als Art von funktionellen Molekülen zumindest eine Art von Silanen mit zumindest einem hydro- und/oder oleophoben Rest verwendet wird.
  47. 47
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass als hydro- und/oder oleophober Rest fluorierte Kohlenwasserstoffketten verwendet werden.
  48. 48
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass als Silan mit hydro- und oleophobem Rest (Tridecafluoro-1 ,1 ,2,2-tetrahydrooctyl)trietoxysilan oder (Heptadecafluoro- 1 ,1 ,2,2-tetrahydrodecyl)trietoxysilan verwendet wird.
  49. 49
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung bestehend aus einem funktionellen Sol- Gel-Beschichtungsmittel gemäß einem der Ansprüche 32 bis 48, wobei das Beschichtungsmittel aufgetragen auf einem Substrat vorliegt.
  50. 50
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von maximal 5 μm aufweist.
  51. 51
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von maximal 1 ,5 μm aufweist.
  52. 52
    Verfahren zur Herstellung einer funktionellen Sol-Gel-Beschichtung wie in den Ansprüchen 49 bis 51 definiert, mit den Schritten Herstellen eines Sols, das ein nanopartikuläres Additiv enthält, - Aufbringen des Sols auf ein Substrat und Aushärten des Sols.
  53. 53
    Verfahren nach Anspruch 52, wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat ein Dispergierhilfsmittel und/oder ein Haftverbesserer zu dem Sol gegeben wird.
  54. 54
    Verfahren nach Anspruch 52 oder 53, wobei nach dem Aushärten des Sols eine weitere Schicht aufgebracht wird, in der zumindest eine weitere Art von funktionellen Molekülen anwesend ist.
  55. 55
    Verfahren nach Anspruch 52 oder 53, wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat zumindest eine weitere Art von funktionellen Molekülen zu dem Sol gegeben wird.
  56. 56
    Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 55, wobei das Aushärten des Sols bei Raumtemperatur erfolgt.
  57. 57
    Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 55, wobei das Aushärten des Sols bei einer Temperatur von mindestens 400°C erfolgt.
  58. 58
    Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 55, wobei das Aushärten des Sols bei einer Temperatur von mindestens 600°C erfolgt.
  59. 59
    Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 55, wobei das Aushärten des Sols in zwei Schritten erfolgt, wobei ein Vorhärten bei Raumtemperatur und ein Aushärten bei einer Temperatur von mindestens 400°C erfolgt.
  60. 60
    Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 55, wobei das Aushärten des Sols in zwei Schritten erfolgt, wobei ein Vorhärten bei einer Temperatur bis zu 250°C und ein Aushärten bei ' einer Temperatur von mindestens 400°C erfolgt.
  61. 61
    Verfahren nach einem der Ansprüche 59 bis 60, wobei zwischen dem Vorhärten und dem Aushärten des Sols eine Bearbeitung des Substrats erfolgt.
  62. 62
    Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 61 , wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat das Substrat einem Vorbehandlungsschritt unterworfen wird.
  63. 63
    Verfahren nach Anspruch 62, wobei der Vorbehandlungsschritt aus einer Oxidation, einer Behandlung mit Säure, einer Behandlung mit Lauge, einer Plasmabehandlung, einer Corona-Entladung, einer Beflammung, einer Flammsilikatisierung, einer UV-Bestrahlung oder einem Sandstrahlen besteht.
  64. 64
    Verfahren nach einem der Ansprüche 52 bis 63, wobei es sich bei dem Substrat um ein Metall-, ein Glas-, ein Keramik-, ein Emaille-, ein Holz- oder ein Kunststoffsubstrat handelt.
  65. 65
    Verfahren zur Herstellung von Sicherheitsglas mit einer Sol-Gel-Beschichtung gemäß einem der Ansprüche 49 bis 51 oder einer nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 52 bis 64 hergestellten Sol-Gel-Beschichtung, bei dem das Aushärten des Sols gemeinsam mit dem Temperprozess des Glases erfolgt.
  66. 66
    Funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel, das ein funktionelles Sol-Gel- Beschichtungsmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 und ein funktionelles Sol-Gel-Beschichtungsmittel gemäß einem der Ansprüche 32 bis 48 umfasst.
  67. 67
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung bestehend aus einem funktionellen Sol- Gel-Beschichtungsmittel gemäß Anspruch 66, wobei das Beschichtungsmittel aufgetragen auf einem Substrat vorliegt.
  68. 68
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Oberflächenrauigkeit mit einer durchschnittlichen Rautiefe zwischen 5 nm und 200 nm aufweist.
  69. 69
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Oberflächenrauigkeit mit einer durchschnittlichen Rautiefe zwischen 10 nm und 100 nm aufweist.
  70. 70
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach einem der Ansprüche 67 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von maximal 5 μm aufweist.
  71. 71
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach einem der Ansprüche 67 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von maximal 1 ,5 μm aufweist.
  72. 72
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach einem der Ansprüche 67 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von maximal 500 nm aufweist.
  73. 73
    Funktionelle Sol-Gel-Beschichtung nach einem der Ansprüche 67 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von maximal 200 nm aufweist.
  74. 74
    Verfahren zur Herstellung einer funktionellen Sol-Gel-Beschichtung wie in Anspruch 67 bis 73 definiert, mit den Schritten Herstellen eines Sols, das ein nanopartikuläres Metall und ein weiteres nanopartikuläres Additiv enthält, Aufbringen des Sols auf ein Substrat und Aushärten des Sols.
  75. 75
    Verfahren nach Anspruch 74, wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat ein Dispergierhilfsmittel und/oder ein Haftverbesserer zu dem Sol gegeben wird.
  76. 76
    Verfahren nach Anspruch 74 oder 75, wobei nach dem Aushärten des Sols eine weitere Schicht aufgebracht wird, in der zumindest eine weitere Art von funktionellen Molekülen anwesend ist.
  77. 77
    Verfahren nach Anspruch 74 oder 75, wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat zumindest eine weitere Art von funktionellen Molekülen zu dem Sol gegeben wird.
  78. 78
    Verfahren nach einem der Ansprüche 74 bis 77, wobei das Aushärten des Sols bei Raumtemperatur erfolgt.
  79. 79
    Verfahren nach einem der Ansprüche 74 bis 77, wobei das Aushärten des Sols bei einer Temperatur von mindestens 400°C erfolgt.
  80. 80
    Verfahren nach einem der Ansprüche 74 bis 77, wobei das Aushärten des Sols bei einer Temperatur von mindestens 600°C erfolgt.
  81. 81
    Verfahren nach einem der Ansprüche 74 bis 77, wobei das Aushärten des Sols in zwei Schritten erfolgt, wobei ein Vorhärten bei Raumtemperatur und ein Aushärten bei einer Temperatur von mindestens 400°C erfolgt.
  82. 82
    Verfahren nach einem der Ansprüche 74 bis 77, wobei das Aushärten des Sols in zwei Schritten erfolgt, wobei ein Vorhärten bei einer Temperatur bis zu 250°C und ein Aushärten bei einer Temperatur von mindestens 400°C erfolgt.
  83. 83
    Verfahren nach einem der Ansprüche 81 bis 82, wobei zwischen dem Vorhärten und dem Aushärten des Sols eine Bearbeitung des Substrats erfolgt.
  84. 84
    Verfahren nach einem der Ansprüche 74 bis 83, wobei vor dem Aufbringen des Sols auf das Substrat das Substrat einem Vorbehandlungsschritt unterworfen wird.
  85. 85
    Verfahren nach Anspruch 84, wobei der Vorbehandlungsschritt aus einer Oxidation, einer Behandlung mit Säure, einer Behandlung mit Lauge, einer Plasmabehandlung, einer Corona-Entladung, einer Beflammung, einer Flammsilikatisierung, einer UV-Bestrahlung oder einem Sandstrahlen besteht.
  86. 86
    Verfahren nach einem der Ansprüche 74 bis 85, wobei es sich bei dem Substrat um ein Metall-, ein Glas-, ein Keramik-, ein Emaille-, ein Holz- oder ein Kunststoffsubstrat handelt.
  87. 87
    Verwendung einer Sol-Gel-Beschichtung gemäß einem der Ansprüche 67 bis 73 oder einer nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 74 bis 85 hergestellten Sol-Gel-Beschichtung zur Beschichtung von mit Lebensmitteln in Kontakt stehenden Flächen.
  88. 88
    Verwendung nach Anspruch 87, wobei die mit Lebensmitteln in Kontakt stehende Fläche ein Kühlschrankeinlegeboden ist.
  89. 89
    Verwendung einer Sol-Gel-Beschichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20 oder gemäß einem der Ansprüche 67 bis 73 oder einer nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 29 oder gemäß einem der Ansprüche 74 bis 85 hergestellten Sol-Gel-Beschichtung zur Beschichtung von Oberflächen im Sanitärbereich.
  90. 90
    Verwendung einer Sol-Gel-Beschichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20 oder gemäß einem der Ansprüche 67 bis 73 oder einer nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 29 oder gemäß einem der Ansprüche 74 bis 85 hergestellten Sol-Gel-Beschichtung zur Beschichtung von Oberflächen im medizinischen Bereich.
Independent claims90