WO9851747A1

Nanostructured moulded bodies and layers and method for producing same

Abstract

The invention relates to nanostructured moulded bodies and layers which are produced by a wet chemical process consisting of the following steps: a) preparation of a flowable mass containing inorganic solid particles whose size is in the nanometre range and which have polymerizable and/or polycondensable organic surface groups; b1) introduction of the mass obtained in step a) into a mould; or b2) application of the mass obtained in step a) onto a substrate; and c) polymerization and/or polycondensation of the surface groups of the solid particles with subsequent formation of a hardened moulded body or a hardened layer.

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23 claims: 1 independent, 22 dependent

  1. 1
    PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von nanostrukturierten Formkörpern und Schichten, umfassend die folgenden Stufen:a) Bereitstellung einer nanoskalige anorganische Feststoffteilchen mit polymerisierbaren und/oder polykondensierbaren organischen Oberflächengruppen enthaltenden fließfähigen Masse;b1) Einbringen der Masse von Stufe a) in eine Form;oder b2) Aufbringen der Masse von Stufe a) auf ein Substrat;und c) Polymerisation und/oder Polykondensation der Oberflächengruppen der Feststoffteilchen unter Bildung eines gehärteten Formkörpers oder einer gehärteten Schicht.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es als zusätzliche Stufe eine thermische Nachbehandlung, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 150°C, des Formkörpers bzw. der Schicht von Stufe c) umfaßt.
  3. 3
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als zusätzliche Stufe eine thermische Verdichtung des Formkörpers bzw. der Schicht bei einer Temperatur von mindestens 250°C, vorzugsweise mindestens 400°C, umfaßt.
  4. 4
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nanoskaligen Teilchen aus solchen von Metallverbindungen, insbesondere Oxiden, Sulfiden, Seleniden und Telluriden von Metallen und Mischungen derselben, ausgewählt sind.
  5. 5
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nanoskaligen Teilchen aus solchen von Si0 2 , Ti0 2 , Zr0 2 , ZnO, Ta 2 0 5 , Sn0 2 und Al 2 0 3 und Mischungen derselben ausgewählt sind.
  6. 6
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbaren und/oder polykondensierbaren Oberflächengruppen ausgewählt sind aus organischen Resten, die über eine (Meth)acryl-, Vinyl-, Allyl- oder Epoxygruppe verfügen.
  7. 7
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Stufe a) eingesetzten Feststoffteilchen durch Oberflächenmodifizierung von nanoskaligen Feststoffteilchen mit den entsprechenden Oberflächengruppen hergestellt wurden.
  8. 8
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Stufe a) eingesetzten Feststoffteilchen unter Verwendung mindestens einer Verbindung mit entsprechenden polymerisierbaren/poly- kondensierbaren Gruppen hergestellt werden.
  9. 9
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der anorganischen Feststoffteilchen nach dem Sol-Gel- Verfahren erfolgt.
  10. 10
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Feststoffteilchen von Stufe a) zusätzlich fluorierte Oberflächengruppen, vorzugsweise solche der Formel R r CH 2 -CH 2 - worin R f einen Perfluoralkylrest mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen darstellt, aufweisen.
  11. 11
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Stufe c) in Anwesenheit von nicht an die Feststoffteilchen gebundenen polymerisierbaren und/oder polykondensierbaren monomeren oder oligomeren Spezies durchgeführt wird.
  12. 12
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß Stufe c) in Anwesenheit eines Thermostarters und/oder Photostarters durchgeführt wird.
  13. 13
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Stufe c) eine photochemische Polymerisation/Polykondensation einschließt.
  14. 14
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Substrat von Stufe b2) um ein solches aus Kunststoff, Metall oder Glas handelt.
  15. 15
    Nanostrukturierte Formkörper, erhältlich nach dem Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13.
  16. 16
    Verfahren zur Herstellung von hochkratzfesten nanostrukturierten Schichten auf Kunststoffsubstraten nach Anspruch 1 , umfassend die folgenden Stufen:a) Bereitstellen einer Dispersion von nanoskaligen Metalloxidteilchen in einem mindestens ein hydrolysierbares Silan mit polymerisierbarer/polykondensier- barer Gruppe umfassenden System in einer Konzentration von mindestens 15 Gew.-% und anschließende Vorhydrolyse des Silans;b) Auftragen der Masse von Stufe a) auf ein Kunststoffsubstrat;und c) photochemische Härtung der auf das Kunststoffsubstrat aufgebrachten Schicht.
  17. 17
    Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Metalloxidteilchen um solche von Al 2 0 3 , Ti0 2 und/oder Zr0 2 handelt.
  18. 18
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan über eine Meth(acryl)gruppe, Vinylgruppe oder Allylgruppe verfügt.
  19. 19
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe a) die Metalloxidteilchen in einer Konzentration von mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 30 Gew.-%, eingesetzt werden.
  20. 20
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhydrolyse von Stufe a) in Abwesenheit von separat zugegebenem organischen Lösungsmittel durchgeführt wird.
  21. 21
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß vor Durchführung von Stufe b) ein Photoinitiator zugesetzt wird.
  22. 22
    Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffsubstrat ein solches aus Poly(meth)acrylaten, Polycarbonaten oder Polystyrol ist.
  23. 23
    Mit einer nanostrukturierten Schicht versehenes Substrat, erhältlich nach dem Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14 und 16 bis 22.
Independent claims23