DE102012103645A1

DE102012103645A1 - Beschichtungszusammensetzung

Info

Publication number: DE102012103645A1
Application number: DE201210103645
Authority: DE
Inventors: Führer-Hölzler Cornelia; Hendrik Frank
Original assignee: Buzil Werk Wagner & Co KG GmbH; Buzil-Werk Wagner & Co KG GmbH
Current assignee: Buzil Werk Wagner & Co KG GmbH; Buzil-Werk Wagner & Co KG GmbH
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungszusammensetzung, die wenigstens eine Mischung aus wenigstens einer ersten Silanverbindung und wenigstens einer von der ersten Silanverbindung verschiedenen zweiten Silanverbindung, einen Katalysator, insbesondere eine Säure, ein erstes Lösungsmittel oder erstes Lösungsmittelgemisch und Wasser beinhaltet sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, die Verwendung der Beschichtungszusammensetzung und ein mit der Beschichtungszusammensetzung beschichtetes Substrat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungszusammensetzung, ein Verfahren zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung, die Verwendung der Beschichtungszusammensetzung sowie ein Substrat, das mit einer derartigen Beschichtungszusammensetzung versehen ist.
Oberflächen, insbesondere glatte, aber auch strukturierte Glasoberflächen und hierbei bevorzugt die Witterungs- und Umwelteinflüssen ausgesetzten Oberflächen von Solarthermie- oder Photovoltaikanlagen sind besonders anfällig für die Anhaftung von Schmutz. Nicht immer ist durch Wind und Regen eine ausreichende Säuberung der Oberflächen gewährleistet. Der anhaftende bzw. auf der Glasoberfläche verbleibende Schmutz verursacht Einbußen bei der Energieausbeute und verringern damit den Wirkungsgrad derartiger Anlagen. Um Verschmutzungen von diesen und anderen beispielsweise schwer zugänglichen bzw. großflächigen Oberflächen zu entfernen, muss eine manuelle bzw. mechanische Reinigung durchgeführt werden. Dies ist zum einen kosten-, zum anderen zeitintensiv und, insbesondere bei auf Dächern installierten Anlagen, mit einer Gefährdung des Reinigungspersonals verbunden.
Im Stand der Technik werden Auftragslösungen vorgeschlagen, die die Anhaftung von Verschmutzungen reduzieren sollen. Nicht selten werden durch die auf den Oberflächen aufgebrachten Beschichtungen jedoch die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transmissionsleistung der Gläser signifikant herabgesetzt. Zusätzlich weisen bekannte Beschichtungen eine nicht zufriedenstellende chemische und mechanische Beständigkeit auf. Auch wenn hier auf eine manuelle bzw. mechanische Reinigung teilweise verzichtet werden kann, kommt es durch eingetragene Partikel zu einem abrasiven Effekt auf der Oberfläche. Die Beschichtungsmittel werden somit relativ zügig von den Oberflächen abgetragen, so dass die Schutzwirkung, insbesondere gegenüber Witterungseinflüssen alsbald stark abnimmt. Dies führt dazu, dass noch vor Ablauf der Gesamtnutzungsdauer entsprechender Oberflächen oder Anlagen eine manuelle bzw. mechanische Reinigung durchgeführt werden muss, um den Wirkungsgrad der Anlagen aufrecht zu erhalten. Dies zeigt dann die oben bereits genannten Nachteile.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beschichtungszusammensetzung zur Verfügung zu stellen, mit der eine dauerhaft mechanisch und/oder chemisch beständige Beschichtung von Oberflächen durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung, die wenigstens beinhaltet:

– eine Mischung aus wenigstens einer ersten Silanverbindung und wenigstens einer von der ersten Silanverbindung verschiedenen, zweiten Silanverbindung,
– einen Katalysator, insbesondere eine Säure,
– ein erstes Lösungsmittel oder erstes Lösungsmittelgemisch, und
– Wasser.

Mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung kann eine permanente Beschichtung auf Oberflächen, wie beispielsweise den Gläsern bzw. Transmissionsflächen von Photovoltaik- oder Solarthermieanlagen ausgebildet werden. Die Synthese der Beschichtung bzw. Beschichtungszusammensetzung erfolgt mittels eines Sol-Gel-Verfahrens. Die funktionell und strukturell verschiedenen Silanverbindungen, bei denen es sich um funktionalisierte bzw. unfunktionalisierte Silane in einem Lösungsmittelgemisch handelt, bilden nach Hydrolyse durch Zugabe einer katalytisch wirkenden Säure ein kolloidales Sol, das für die Beschichtung von Oberflächen zur Verfügung steht. Während das erste Silan bzw. die erste bzw. eine der Silanverbindung/en als Träger- oder Gerüstsubstanz dient, kann über wenigstens ein zweites Silan bzw. eine zweite bzw. weitere in der Zusammensetzung verwendete Silanverbindung eine Funktionalisierung durchgeführt werden. Über die Auswahl der in der Mischung eingesetzten Silane bzw. Silanverbindungen kann eine Beeinflussung bzw. Ausrichtung der Funktion der Beschichtungszusammensetzung durchgeführt werden. Die im Sol vorliegenden Nanopartikel werden durch geeignete Verfahren auf die zu beschichtenden Oberflächen, beispielsweise Glassubstrate aufgetragen. Durch die Aushärtung der aufgebrachten Beschichtung, beispielsweise nach bzw. während einer Temperaturbeaufschlagung, wird die dauerhafte Beschichtung weiter wesentlich verbessert.
Als günstig wird angesehen, wenn die erste Silanverbindung, die in der Beschichtungszusammensetzung beinhaltet ist, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
vierfach hydrolysierbaren Siloxanverbindungen der Form: Si(O(CH)_n CH₃)₄ wobei 0 ≤ n ≤ 4; insbesondere Tetraethoxyorthosilan; Siloxanverbindungen der Form R¹ _nSi(O(CH₂)_mCH₃)_4-n wobei
R¹ = -(CH₂)_xCH₃ mit 0 ≤ x ≤ 17 und 0 ≤ m ≤ 4 und 1 ≤ n ≤ 2; Halogensilanen der Form SiX₄ mit
X = Cl, Br, oder I;
und
Alkylhalogensilanen der Form R² _nSiX_4-n mit X = Cl, Br, I und R² = -(CH₂)_xCH₃ mit 0 ≤ x ≤ 17 und 1 ≤ n ≤ 2;
oder Mischungen daraus.
Bevorzugt ist des Weiteren vorgesehen, dass die Beschichtungszusammensetzung als zweite Silanverbindung eine Silanverbindung aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus dreifach hydrolysierbaren epoxyfunktionalisierten Siloxanverbindungen der Form CH₂OCH-CH₂-O-(CH₂)_m-Si(O(CH₂)_nCH₃)₃ mit 0 ≤ n ≤ 4 und 0 ≤ m ≤ 6, insbesondere 3-Glycidyloxypropyl-triethoxysilan; bevorzugt Glycidoxymethyl-triethoxysilan, Glycidoxymethyl-tripropoxysilan, Glycidoxymethyl-tributoxysilan, β-Glycidoxyethyl-trimethoxysilan, β-Glycidoxyethyl-triethoxysilan, β-Glycidoxyethyl-tripropoxysilan, β-Glycidoxyethyl-tributoxysilan, β-Glycidoxyethyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxyethyl-triethoxysilan, α-Glycidoxyethyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxyethyl-tributoxysilan, y-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, y-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, y-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, y-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, β-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, β-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, β-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, α-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, α-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, y-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tributoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, y-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, y-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, y-Propoxybutyl-tributoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, α-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxybutyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)methyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexy)-butyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-tributoxysilan und y-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan;
dreifach hydrolysierbaren (meth)acrylfunktionalisierten Siloxanverbindungen der Form CH₂=CR³-CO-O-(CH₂)-Si(O(CH₂)_nCH₃)₃ mit 0 ≤ n ≤ 4 und 0 ≤ m ≤ 6 und R³ = H oder CH₃; oder Mischungen daraus.
Die beiden Silanverbindungen stellen die Präkursoren des Sol-Gel-Prozesses dar. Wesentliche Neuerung ist, dass die Erfindung vorschlägt, zwei verschiedene Silanverbindungen, von denen eine ein stabilisierendes Grundgerüst und eine die Funktionalisierung der Beschichtungszusammensetzung zur Verfügung stellt, zu verwenden.
Vorteilhafterweise kann dies in der durch die Erfindung zur Verfügung gestellten Zusammensetzung und aufgrund der erfindungsgemäß verwendeten Reaktionspartner in einem Syntheseschritt durchgeführt werden. Es entfällt somit die Zweistufigkeit des Herstellungsverfahrens bei der zunächst aus dem ersten Präkursor ein Sol gebildet wird, das durch nachträgliche Zugabe einer weiteren Substanz funktionalisiert wird. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung und das ebenfalls vorgeschlagene Verfahren vereinigt beide Schritte in einem einzigen Syntheseschritt und schafft somit zum einen eine verbesserte Verbindung der Grundsubstanzen, zum anderen eine kürzere und wesentlich einfachere Synthese mit verbessertem Ergebnis, da die erzeugbare Beschichtung eine höhere Beständigkeit und Dauerhaftigkeit aufweist. Insbesondere die oberflächenmodifizierenden sowie die mechanisch stabilen Eigenschaften der Beschichtung werden durch die zweite Silanverbindung bzw. die günstige Kombination von erster und zweiter Silanverbindung auch in den als geeignet anzusehenden Massenverhältnissen gewährleistet. Überraschend hat sich gezeigt, dass durch die mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung herstellbare Beschichtung eines Substrates sich die Schmutzanhaftungsneigung sowie die Selbstreinigungsfähigkeit des behandelten Substrates signifikant verbessert. Neben einer verbesserten mechanischen Stabilität, einer höheren chemischen Beständigkeit und einer höheren Homogenität der Beschichtung wird eine verbesserte Benetzbarkeit des Substrates mit der die erfindungsgemäße Zusammensetzung aufweisenden Beschichtungslösung erreicht. Zudem gelingt eine wesentliche Verbesserung der Transmissionseigenschaft der behandelten bzw. beschichteten Gläser, was insbesondere Vorteile bei der Verbesserung des Wirkungsgrades herkömmlicher Solarthermie- oder Photovoltaikflächen bzw. -Anlagen ermöglicht.
Für die Durchführung des Sol-Gel-Prozesses ist die Verwendung eines Katalysators in der Beschichtungszusammensetzung vorgesehen. Als bevorzugt wird hierbei eine Brønsted-Säure, bevorzugt eine Brønsted-Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salzsäure, insbesondere 32%ige Salzsäure, Salpetersäure, insbesondere 65%ige Salpetersäure, Amidosulfonsäure oder Mischungen aus den Vorgenannten verwendet. Der eingesetzte Katalysator hat direkten Einfluss auf die chemische und mechanische Stabilität bzw. Beständigkeit der Beschichtung.
Durch geeignete Kombination mit den übrigen Bestandteilen der Beschichtungszusammensetzung ergibt sich zudem eine Herabsetzung der Anhaftungsneigung von Sand-, Schmutz- oder sonstigen Aerosolpartikeln. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn als Katalysator Salzsäure und hierbei insbesondere 32%-ige Salzsäure verwendet wird. Bei Ansätzen bzw. Beschichtungszusammensetzungen, die als Katalysator Salzsäure verwenden, wird neben der weiter verringerten Neigung zur Anhaftung von Schmutzpartikeln, insbesondere von Sand, die chemische Beständigkeit der Beschichtung gegenüber Natronlauge bzw. basischen Substanzen verbessert.
Für den Sol-Gel-Prozess werden die beiden Silanverbindungen zunächst in einem ersten Lösungsmittel oder erstem Lösungsmittelgemisch aufgenommen. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn das erste Lösungsmittel oder erste Lösungsmittelgemisch bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Octanol, Cyclohexanol, Glykolen insbesondere Ethylenglykol, Diethylenglykol, Butylglykol, Ethern und Glykolethern, insbesondere Diethylether, Dibutylether, Anisol, Dioxan, Tetrahydrofuran, Mono-, Di-, Tri-, Polyethylenglykolether, oder Mischungen daraus.
Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn die Mischung aus wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Silanverbindung, wobei die erste Silanverbindung von der zweiten Silanverbindung unterschiedlich ist, ein Massenverhältnis von erster Silanverbindung zu zweiter Silanverbindung von zwischen 2:1 und 6:1, insbesondere von zwischen 3:1 und 5:1, bevorzugt von 4:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung aufweist. Die wie zuvor definierte erste Silanverbindung ist dabei günstiger Weise im Überschuss vorhanden.
Überraschend hat sich gezeigt, dass das Massenverhältnis von Katalysator zur Mischung aus den vorgenannten Silanverbindungen die Beschichtungseigenschaften wesentlich beeinflusst. Insbesondere die mechanische Stabilität wird in Abhängigkeit von dem Massenverhältnis zwischen Katalysator und Silanverbindung verbessert, wenn dieser in dem durch die Erfindung vorgeschlagene Massenverhältnisbereich liegt. Als vorteilhaft wird in diesem Zusammenhang angesehen, wenn ein Massenverhältnis des Katalysators und der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung von zwischen 0,5:1 und 0,05:1, insbesondere von zwischen 0,36:1 und 0,07:1, bevorzugt von 0,1:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung vorgesehen ist. Die Menge an zugegebenen Katalysator, das heißt, im Verhältnis zur Menge an zugegebenen Silanen bzw. Silanverbindungen beeinflusst die mechanische Stabilität der erzeugten Beschichtung wesentlich. Bei einer Stressung der Oberfläche in Anlehnung an die DIN EN 1096/2 Anhang E durch einen Filzprobekörper über mehrere Tausend Zyklen kann diese Beständigkeit getestet werden. Die Auswertung der Beständigkeit findet dann mittels vergleichender Transmissionswertmessungen statt. Durch die Verwendung von Katalysator und Silanverbindungen in dem oben genannten Massenverhältnis kann beispielsweise bei einer Stressung mit über 10.000 Zyklen eine Abnahme der Transmissionswerte von kleiner gleich 0,3 Prozentpunkten festgestellt werden. Es hat sich somit gezeigt, dass aufgrund der oben genannten Massenverhältnisse eine wesentliche Verbesserung der Stabilität der erzeugten Beschichtung festgestellt wird.
Ebenfalls beeinflusst wird die mechanische Stabilität der Beschichtungszusammensetzung durch das Masseverhältnis von Silanverbindungen bzw. Mischungen aus Silanverbindungen und Wasser.
Wasser greift als Reaktionspartner aktiv in die Umsetzung während des Sol-Gel-Prozesses ein. Die zugegebene Menge an Wasser hat somit einen direkten Einfluss auf die erzeugte Beschichtung bzw. Beschichtungszusammensetzung und hierbei vor allem auf deren mechanische und chemische Beständigkeit. Als vorteilhaft wird in diesem Zusammenhang angesehen, wenn ein Massenverhältnis der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung zu Wasser von zwischen 4:1 und 0,5:1, insbesondere von zwischen 3,89:1 und 0,65:1, bevorzugt von 1,48:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung vorgesehen ist. Hierbei wird vorausgesetzt, dass der Wasseranteil im Katalysator, beispielsweise bei einer 32%-igen Salzsäure nicht berücksichtigt wird.
Als vorteilhaft wird des Weiteren angesehen, wenn ein Massenverhältnis der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung zu dem ersten Lösungsmittel bzw. ersten Lösungsmittelgemisch von zwischen 0,01:1 und 0,08:1, insbesondere von zwischen 0,4:1 und 0,6:1, bevorzugt von 0,3:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung vorgesehen ist.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung sieht vor, dass diese wenigstens ein zweites Lösungsmittelgemisch aufweist, wobei das zweite Lösungsmittelgemisch gebildet ist aus einem Alkohol, insbesondere Isopropanol und einem Lösungsmittel bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Di(propylenglycol)dimethylether, Di(propylenglycol)butylether, Propylenglycolbutylether, 1-Methoxy-2-propanol oder Mischungen daraus.
Über das zweite Lösungsmittelgemisch bzw. dessen Zusammensetzung wird die Benetzbarkeit des Substrates mit der Beschichtungszusammensetzung verbessert. Dies gewährleistet eine verbesserte Homogenität der Beschichtung. Das nachträglich zu der Beschichtungszusammensetzung zugegebene zweite Lösungsmittelgemisch verbessert die Benetzung des Substrats, vor allem bei der Beauftragung mittels Tauchverfahren. Das zweite Lösungsmittelgemisch erzielt hier eine überraschende Verbesserung der Beschichtung, während die Transmissionsfähigkeit des behandelten Substrats nicht beeinflusst wird. Als vorteilhaft wird angesehen, wenn im zweiten Lösungsmittelgemisch das Lösungsmittel und Isopropanol ein Massenverhältnis von zwischen 0,1:1 und 0,7:1, insbesondere von zwischen 0,4:1 und 0,6:1, bevorzugt von 0,37:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung aufweisen. Mit eingerechnet wird hier günstiger Weise der bereits zu Beginn in der Beschichtungszusammensetzung vorgesehene Anteil an Isopropanol.
In einer als günstig angesehenen Beschichtungszusammensetzung beinhaltet diese

i) 4 bis 8 Gewichts-% der ersten Silanverbindung,
ii) 1 bis 2 Gewichts-% der von der ersten Silanverbindung verschiedenen zweiten Silanverbindung,
iii) 10 bis 30 Gewichts-% des ersten Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs,
iv) 0,5 bis 0,8 Gewichts-% des Katalysators, insbesondere der Säure, und
v) 3 bis 5 Gewichts-% Wasser.

Des Weiteren wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Beschichtungszusammensetzung 20–65 Gewichtsprozent des zweiten Lösungsmittelgemisches beinhaltet.
Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung, bevorzugt der wie zuvor beschriebenen Beschichtungszusammensetzung. Das Herstellungsverfahren umfasst dabei die folgenden Schritte. In einem ersten Verfahrensschritt werden wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite, von der ersten verschiedene Silanverbindung in einem ersten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch vereinigt. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Vermengen, beispielsweise Rühren des zuvor hergestellten Ansatzes. Hiernach wird dem Ansatz ein Katalysator, insbesondere eine Säure, bevorzugt eine Brønsted-Säure beigegeben und ein erneuter Mischungsschritt, beispielsweise durch Rühren des so erhaltenen Ansatzes durchgeführt. Der somit erhaltenen Mischung wird Wasser als Reaktionspartner beigegeben, um die Umsetzung der Präkursoren zu bewirken. Auch diese Mischung wird wiederum vermengt.
Im wie zuvor ausgeführten Verfahren wird eine Zusammensetzung erzeugt, die wenigstens zwei verschiedene Silanverbindungen bzw. -komponenten aufweist, die sich in ihren Eigenschaften ergänzen. Während die erste Silanverbindung die Grundstruktur der Zusammensetzung zur Verfügung stellt, wird durch die zweite Silanverbindung im gleichen Verfahrensschritt eine Funktionalisierung der Zusammensetzung bzw. der erzeugten Nanopartikel erreicht. Die im Verfahren hergestellte Zusammensetzung kann direkt für die Beschichtung einer Oberfläche verwendet werden.
Die Mischung aus erster und zweiter Silanverbindung und dem ersten Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch wird, beispielsweise für zwischen 5 und 30 Minuten, insbesondere für zwischen 10 und 20 Minuten, bevorzugt für 15 Minuten vermengt. Die durch Beigabe des Katalysators erzeugte Mischung wird für zwischen 30 und 90 Minuten, insbesondere für zwischen 40 und 70 Minuten, bevorzugt für 60 Minuten vermengt, um hier eine Reaktion von Präkursoren und Katalysator zuzulassen. Nach Zugabe von Wasser zu der so erhaltenen Ausgangslösung wird ein weiteres Vermengen für zwischen 60 und 240 Minuten, insbesondere für zwischen 90 und 210 Minuten, bevorzugt für 180 Minuten als vorteilhaft angesehen, um die vollständige Umsetzung der Reaktionspartner zu gewährleisten.
Das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch weitergebildet, dass in einem weiteren Verfahrensschritt die zuvor aus den Grundsubstanzen der Beschichtungszusammensetzung gebildete Lösung mit einem zweiten Lösungsmittelgemisch versetzt wird. Auch hier erfolgt nach Beigabe des zweiten Lösungsmittelgemischs ein Homogenisieren der Mischung, bevorzugt für zwischen 10 und 50 Minuten, insbesondere für zwischen 20 und 40 Minuten, bevorzugt für 30 Minuten.
Im Verfahren ist die erste, in dem ersten Verfahrensschritt zu mischende Silanverbindung bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
vierfach hydrolysierbaren Siloxanverbindungen der Form: Si(O(CH)_nCH₃)₄ wobei 0 ≤ n ≤ 4; insbesondere Tetraethoxyorthosilan; Siloxanverbindungen der Form R¹Si(O(CH₂)_mCH₃)_4-n wobei
R¹ = -(CH₂)_xCH₃ mit 0 ≤ x ≤ 17 und 0 ≤ m ≤ 4 und 1 ≤ n ≤ 2; Halogensilanen der Form SiX₄ mit
X = Cl, Br, oder I;
und
Alkylhalogensilanen der Form R² _nSiX_4-n mit X = Cl, Br, I und R² = -(CH₂)_xCH₃ mit 0 ≤ x ≤ 17 und 1 ≤ n ≤ 2;
oder Mischungen daraus.
Die zweite Silanverbindung ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
dreifach hydrolysierbaren epoxyfunktionalisierten Siloxanverbindungen der Form CH₂OCH-CH₂-O-(CH₂)_m-Si(O(CH₂)_nCH₃)₃ mit 0 ≤ n ≤ 4 und 0 ≤ m ≤ 6, insbesondere 3-Glycidyloxypropyl-triethoxysilan; bevorzugt Glycidoxymethyl-triethoxysilan, Glycidoxymethyl-tripropoxysilan, Glycidoxymethyl-tributoxysilan, β-Glycidoxyethyl-trimethoxysilan, β-Glycidoxyethyl-triethoxysilan, β-Glycidoxyethyl-tripropoxysilan, β-Glycidoxyethyl-tributoxysilan, β-Glycidoxyethyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxyethyl-triethoxysilan, α-Glycidoxyethyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxyethyl-tributoxysilan, y-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, y-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, y-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, y-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, β-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, β-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, β-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, α-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, α-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, y-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tributoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, y-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, y-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, y-Propoxybutyl-tributoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, α-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxybutyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)methyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexy)-butyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-tributoxysilan und y-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan;
dreifach hydrolysierbaren (meth)acrylfunktionalisierten Siloxanverbindungen der Form CH₂=CR³-CO-O-(CH₂)_m-Si(O(CH₂)_nCH₃)₃ mit 0 ≤ n ≤ 4 und 0 ≤ m ≤ 6 und R³ = H oder CH₃; und/oder Mischungen daraus.
Der im Verfahren zugesetzte Katalysator ist bevorzugt eine Brønsted-Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salzsäure, insbesondere 32%ige Salzsäure, Salpetersäure, insbesondere 65%ige Salpetersäure, Amidosulfonsäure oder Mischungen daraus.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die erste und zweite Silanverbindung in einem ersten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch aufgenommen sind. Hierbei ist bevorzugt das Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, insbesondere insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Octanol, Cyclohexanol, Glykolen insbesondere Ethylenglykol, Diethylenglykol, Butylglykol, Ethern und Glykolethern, insbesondere Diethylether, Dibutylether, Anisol, Dioxan, Tetrahydrofuran, Mono-, Di-, Tri-, Polyethylenglykolether oder Mischungen daraus.
Im Verfahren liegen die Massenverhältnisse von erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung bei der Mischung bevorzugt bei zwischen 2:1 und 6:1, insbesondere bei zwischen 3:1 und 5:1, bevorzugt bei 4:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung. Das Massenverhältnis des Katalysators und der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung wird bevorzugt eingestellt bei zwischen 0,5:1 und 0,05:1, insbesondere bei zwischen 0,36:1 und 0,07:1, bevorzugt bei 0,1:1.
Als günstig wird angesehen, wenn das Massenverhältnis aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung zu Wasser eingestellt ist bei zwischen 4:1 und 0,5:1, insbesondere von zwischen 3,89:1 und 0,65:1, bevorzugt von 1,48:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung.
Ein Massenverhältnis der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung mit Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch von zwischen 0,1:1 und 0,8:1, insbesondere von zwischen 0,4:1 und 0,6:1, bevorzugt von 0,3:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung wird als günstig angesehen.
In einem zusätzlichen nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Beschichtungszusammensetzung ein weiteres, zweites Lösungsmittelgemisch, gebildet aus einem Alkohol, insbesondere Isopropanol und einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Gruppe aus Di(propylenglycol)dimethylether, Di(propylenglycol)butylether, Propylenglycolbutylether, 1-Methoxy-2-propanol oder Mischungen daraus beigegeben. Dieses weitere, zweite Lösungsmittelgemisch verbessert wesentlich die Beschichtungs- bzw. Benetzungseigenschaften der Beschichtungszusammensetzung bei der Verwendung mit einem Substrat.
Das Verfahren wie zuvor beschrieben wird dabei dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass für das Lösungsmittel und Isopropanol im zwiten Lösungsmittelgemisch zuvor ein Massenverhältnis von zwischen 0,1:1 und 0,7:1, insbesondere von zwischen 0,4:1 und 0,6:1, bevorzugt von 0,37:1 bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung eingestellt wird.
Eine als vorteilhaft angesehene Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die hergestellte Beschichtungszusammensetzung

i) 4 bis 8 Gewichts-% der ersten Silanverbindung,
ii) 1 bis 2 Gewichts-% der von der ersten Silanverbindung verschiedenen zweiten Silanverbindung,
iii) 20 bis 30 Gewichts-% des wenigstens ersten Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs,
iv) 0,5 bis 0,8 Gewichts-% des Katalysators, insbesondere der Säure, und
v) 3 bis 5 Gewichts-% Wasser aufweist.

Um die Benetzungsleistung der somit hergestellten Beschichtungszusammensetzung weiter zu verbessern, wird es als günstig angesehen, wenn die Beschichtungszusammensetzung zusätzlich

vi) 20 bis 65 Gewichts-% des zweiten Lösungsmittelgemisches aufweist.

Von der Erfindung gleichfalls umfasst ist ein mit einer wie zuvor beschriebenen Beschichtungszusammensetzung versehenes Substrat. Bei dem Substrat handelt es sich bevorzugt um ein Glas und hierbei insbesondere um ein Float-, Roll- oder Walzglas. Alternativ kann die Beschichtungszusammensetzung auch für weitere Werkstoffe mit einer Oberfläche verwendet werden. Denkbar ist hier die Verwendung mit keramischen Werkstoffen bzw. Oberflächen, die aus keramischen Werkstoffen gebildet sind oder zumindest eine Abschlussschicht aus einem keramischen Werkstoff aufweisen. Die Beschichtungszusammensetzung kann auch auf beispielsweise einer Fliese oder Kachel aufgebracht werden und hier die Anschmutzneigung des jeweiligen Substrates herabsetzen bzw. die chemische, mechanische oder thermische Beständigkeit der Beschichtung verbessern. Das erfindungsgemäß einsetzbare Substrat ist dabei nicht auf Substrate mit glatter Oberfläche beschränkt. Gleichermaßen von der Erfindung umfasst sind Substrate mit gleich oder ungleichmäßig grob oder fein strukturierter, druchbrochener, unterbrochener oder gewölbter Oberfläche.
Als günstig wird angesehen, wenn die Beschichtungszusammensetzung in einem Spin-Coating, Sprüh-, Tauch-, Dip-Coating, Roller-Coating, Streich- oder Rakelverfahren auf die Oberfläche aufgebracht ist. Die Wahl des geeigneten Beschichtungs- bzw. Auftragsverfahrens ergibt sich dabei aus dem letztendlich vorgesehenen Einsatzgebiet des jeweiligen Substrates. Selbstverständlich kann auch eine Kombination verschiedener Auftragsarten kombiniert werden. So kann beispielsweise der Auftrag einer aus einer ersten Beschichtungszusammensetzung gebildete Grund- oder Grundierungsschicht auf dem Substrat in einem ersten, beispielsweise einem Tauch-, Sprüh- oder Spin-Coatingverfahrensschritt gebildet werden, während eine weitere, beispielsweise nur auf einer der Oberflächen des Substrats vorgesehene weitere Beschichtung, die mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung ausgebildet wird, durch ein Streich- oder Rakelverfahren auf die jeweilige zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird. Ebenfalls beeinflusst wird die Auswahl, auf welche Art die Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat aufgebracht ist, durch die Flächengröße des Substrats.
Das Substrat stellt bevorzugt eine als Transmissionsoberfläche eines Photovoltaik- oder Solarthermiemoduls vorgesehene Oberfläche zur Verfügung oder bildet diese ganz oder teilweise aus.
Hierbei erweist sich die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung als besonders geeignet, da aufgrund der erfindungsgemäßen Zusammensetzung der Beschichtungszusammensetzung eine Transmission des behandelten bzw. beschichteten Substrats verbessert wird.
Gleichfalls von der Erfindung umfasst ist die Verwendung einer Beschichtungszusammensetzung wie zuvor beschrieben bzw. die Verwendung einer in einem wie zuvor beschriebenen Verfahren erhältlichen Beschichtungszusammensetzung. Bei der Verwendung der Beschichtungszusammensetzung dient diese zur Erzeugung wenigstens einer chemisch, mechanisch und/oder physikalisch, insbesondere gegenüber einer UV-Strahlen-Exposition beständigen Beschichtung. Die Verwendung erfolgt dabei auf wenigstens einer Oberfläche eines Substrates. Selbstverständlich kann die Beschichtungszusammensetzung auch verwendet werden, um mehrere Oberflächen des gleichen Substrates bzw. eine Oberfläche des Substrates mehrfach zu beschichten. Als Substrat besonders geeignet erweist sich Glas, hierbei insbesondere Float-, Walz- oder Rollglas oder ein keramischer Werkstoff bzw. eine auf oder aus einem keramischen Werkstoff gebildetete Oberfläche.
Die Erfindung bleibt nicht auf plane oder glatte Oberflächen beschränkt. Möglich ist die Verwendung der Zusammensetzung auch mit anders ausgeformten Körpern, beispielsweise Röhren, Quadern oder dergleichen sowie auf gleich- oder ungleichmäßig strukturierten Oberflächen. Insbesondere im Tauch- oder Sprühverfahren kann eine Beschichtung von schwer zugänglichen oder ungünstig geformten bzw. strukturierten Oberflächen erfolgen.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung hat sich überraschend gezeigt, dass die Anhaftung von Schmutz auf den behandelten Oberflächen deutlich vermindert werden kann. Die durch Umwelteinflüsse wie Wind oder Regen bewirkte Säuberung von im Außenbereich angeordneten oder verwendeten Oberflächen, wie beispielsweise den Oberflächen von Photovoltaik- oder Solarthermiemodulen, kann durch die Verwendung der Beschichtungszusammensetzung wesentlich verbessert werden. Durch die Verwendung der Beschichtungszusammensetzung zur Ausbildung einer Beschichtung auf der Oberfläche verringert sich die durchschnittliche Verschmutzung in Abhängigkeit von Schmutzart und Exposition der jeweiligen Oberflächen um bis zu 50% im Vergleich zu nicht oder mit herkömmlichen Substraten im gleichen Beobachtungszeitraum. Insbesondere bei der Verwendung mit Photovoltaik- oder Solarthermiemodulen bzw. den dort vorgesehenen Transmissionsoberflächen, kann zudem eine wesentlich erhöhte Energieausbeute gegenüber unbehandelten Transmissionsoberflächen erzielt werden. Die verringerte Verschmutzungsneigung bewirkt auch, dass hier die notwendigen Reinigungsintervalle der Oberflächen verlängert werden können.
Durch die Verwendung der Beschichtungszusammensetzung hat sich darüber hinaus als positiv gezeigt, dass hierdurch keinerlei Beeinträchtigung der ursprünglichen optischen Eigenschaften der behandelten Oberflächen bzw. Gläser verursacht wird. Die Transmission nimmt demgegenüber überraschender Weise sogar zu. Aufgrund des direkte Einflusses der Transmission auf die Energieausbeute von Photovoltaik- oder Solarthermieanlagen erhöht sich diese ebenfalls. Mit Verwendung der Beschichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung werden somit zum einen die Kosten für Wartung und Reinigung von im Außenbereich angeordneten Oberflächen, insbesondere den Transmissionsoberflächen von Photovoltaik- oder Solarthermiemodulen wesentlich verringert, zum anderen wird unter anderem bedingt durch die Art und Struktur der aufgebrachten Beschichtung die Transmission und damit der Wirkungsgrad der jeweiligen Anlagen signifikant erhöht.
Die Verwendung der Beschichtungszusammensetzung dient zur Ausbildung einer chemisch, mechanisch und/oder physikalisch, insbesondere gegenüber einer UV-Strahlungsexposition beständigen Beschichtung. Auch gegen den Angriff von Reinigungsmitteln, Säuren oder Laugen bzw. den Angriff von mechanischen Reinigungsgeräten zeigt die gebildete Beschichtung eine hohe Beständigkeit und weist eine lange Haltbarkeit und Verweildauer auf dem jeweiligen Substrat auf.
Als günstig wird angesehen, wenn die Beschichtungszusammensetzung auf der Oberfläche einer Transmissionsoberfläche eines Photovoltaik- oder Solarthermiemoduls Verwendung findet, da hier neben den positiven Effekten bezüglich Reinigungs- bzw. Anschmutzverhalten auch eine Steigerung der Transmissionsleistung der entsprechenden Gläser bzw. Oberflächen als vorteilhaft angesehen wird.
Bei Verwendung der Beschichtungszusammensetzung wird es auch als günstig angesehen, wenn diese in einem Spin-Coating, Sprüh-, Tauch-, Dip-Coating, Roller-Coating, Streich- oder Rakelverfahren zur Bildung einer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird. Selbstverständlich können beim Auftrag der Beschichtungszusammensetzung die vorgenannten Auftragsverfahren kombiniert werden. Ebenfalls abgestimmt werden kann das gewählte Verfahren auf die Flächengröße bzw. Größe der zu beschichtenden Oberfläche.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Beschichtungszusammensetzung können auch verschiedene Oberflächen jeweils ein- oder mehrfach mit unterschiedlichen Auftragsverfahren behandelt werden.
Als günstig erweist es sich, wenn bei Verwendung der Beschichtungszusammensetzung nach dem Aufbringen auf die jeweils zu behandelnde Oberfläche bzw. Oberflächen eine Härtung der Beschichtung durchgeführt wird. Hierbei kann, wenn die Beschichtungszusammensetzung auf einem bereits gehärteten Substrat aufgebracht wird, lediglich die Härtung der eigentlichen Beschichtung durchgeführt werden. Im Zusammenhang mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung ist darüber hinaus vorgesehen, dass nach dem Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf einem ungehärteten Substrat eine gemeinsame Härtung der Beschichtung und des ungehärteten Substrates, wobei es sich insbesondere um ungehärtetes Glas, insbesondere Float-, Walz- oder Rollglas oder einen ungehärteten keramischen Werkstoff handeln kann, durchgeführt wird. Bevorzugt erfolgt die Härtung dabei durch Exposition der Beschichtung bzw. des gehärteten oder ungehärteten, mit der Beschichtung versehenen Substrates gegenüber einer erhöhten Temperatur. Als vorteilhaft wird hierbei angesehen, wenn die Temperatur wenigstens 150° Celsius, insbesondere bei zwischen 150° und 300° Celsius, bevorzugt bei zwischen 200° und 250° Celsius liegt. Die Härtungsdauer sowie die Härtungstemperatur hat direkten Einfluss auf die Beständigkeit der gebildeten, gehärteten Beschichtung. Als günstig wird angesehen, wenn die Exposition gegenüber erhöhter Temperatur für die Dauer von zwischen 15 und 240 Minuten, insbesondere von zwischen 30 und 180 Minuten, bevorzugt von 120 Minuten erfolgt. Die Dauer der Exposition richtet sich dabei nach der Höhe der eingestellten Härtungstemperatur. Die besten Ergebnisse bezüglich chemischer, physikalischer und mechanischer Beständigkeit zeigten Substrate, die für eine Dauer von größer 2 Stunden bei einer Temperatur von größer 150° gehärtet werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung sieht vor, dass ein zwei- oder mehrschichtiges Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf wenigstens einer der Oberflächen des Substrates erfolgt. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen werden, dass zunächst mehrere Oberflächen eines Substrates mit einer Ausführungsform der Beschichtungszusammensetzung bzw. einer geeigneten Beschichtungszusammensetzung versehen werden. Danach kann dann beispielsweise nur einseitig auf dem Substrat eine weitere Schicht aufgetragen werden. Günstig erweist es sich, wenn jede Schicht aus einer gleich oder unterschiedlich zusammengesetzten Beschichtungszusammensetzung wie zuvor beschrieben gebildet ist und die Schichten wahlweise in einem Spin-Coating, Sprüh-, Tauch-, Dip-Coating, Roller-Coating, Streich- oder Rakelverfahren oder Mischungen aus diesen Verfahren aufgetragen werden. Es zeigte sich hierbei als vorteilhaft, wenn beispielsweise in einem Tauchverfahren zwei funktionale Schichten auf sämtlichen Oberflächen des Substrates aufgebracht werden. Um die Behandlung des Substrates abzuschließen kann danach beispielsweise auf nur einer Oberfläche, beispielsweise einer außenliegenden, das heißt, der Witterung ausgesetzten Substratoberfläche eine weitere Schicht, auch in einem anderen Auftragsverfahren, aufgetragen werden. Während sich für die großflächige und sämtliche Oberflächen des Substrates betreffende Beschichtung eine Tauchbeschichtung bespiesweise besonders empfiehlt, können einzelne, auf einer Oberfläche oder Teilfläche vorgesehene Schichten in einem Roller-Coating, Streich- oder Rakelverfahren auf dem Substrat aufgebracht werden. Während durch die funktionalen Schichten beispielsweise die chemische Beständigkeit oder Transmissionsleistung des behandelten Substrats verbessert wird, kann durch Aufbringen einer zusätzlichen Abschlussschicht die Anschmutzneigung der jeweiligen Oberfläche verringert werden. Je nach letztendlicher Funktion und auch Exposition der jeweiligen Schicht wird hierzu aus der eingangs beschriebenen Beschichtungszusammensetzung eine geeignete Kombination von Silanverbindungen bzw. Katalysatoren oder Lösungsmitteln ausgewählt bzw. verwendet, um die Beschichtungszusammensetzung zu bilden.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt.
Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 1096/2 Anhang E [0015]

Claims

Beschichtungszusammensetzung wenigstens beinhaltend: a) eine Mischung aus wenigstens einer ersten Silanverbindung und wenigstens einer von der ersten Silanverbindung verschiedenen zweiten Silanverbindung, b) einen Katalysator, insbesondere eine Säure, c) ein erstes Lösungsmittel oder erstes Lösungsmittelgemisch, und d) Wasser.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Silanverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: vierfach hydrolysierbaren Siloxanverbindungen der Form: Si(O(CH)_nCH₃)₄ wobei 0 ≤ n ≤ 4; insbesondere Tetraethoxyorthosilan; Siloxanverbindungen der Form R¹ _nSi(O(CH₂)_mCH₃)_4-n wobei R¹ = -(CH₂)_xCH₃ mit 0 ≤ x ≤ 17 und 0 ≤ m ≤ 4 und 1 ≤ n ≤ 2; Halogensilanen der Form SiX₄ mit X = Cl, Br, oder I; und Alkylhalogensilanen der Form R² _nSiX_4-n mit X = Cl, Br, I und R² = -(CH₂)_xCH₃ mit 0 ≤ x ≤ 17 und 1 ≤ n ≤ 2; oder Mischungen daraus.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Silanverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: dreifach hydrolysierbaren epoxyfunktionalisierten Siloxanverbindungen der Form CH₂OCH-CH₂-O-(CH₂)_m-Si(O(CH₂)_nCH₃)₃ mit 0 ≤ n ≤ 4 und 0 ≤ m ≤ 6, insbesondere 3-Glycidyloxypropyl-triethoxysilan, bevorzugt Glycidoxymethyl-triethoxysilan, Glycidoxymethyl-tripropoxysilan, Glycidoxymethyl-tributoxysilan, β-Glycidoxyethyl-trimethoxysilan, β-Glycidoxyethyl-triethoxysilan, β-Glycidoxyethyl-tripropoxysilan, β-Glycidoxyethyl-tributoxysilan, β-Glycidoxyethyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxyethyl-triethoxysilan, α-Glycidoxyethyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxyethyl-tributoxysilan, y-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, y-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, y-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, y-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, β-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, β-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, β-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, α-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, α-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, y-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tributoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, y-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, y-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, y-Propoxybutyl-tributoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, α-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxybutyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)methyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexy)-butyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-tributoxysilan und y-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan; dreifach hydrolysierbaren (meth)-acrylfunktionalisierten Siloxanverbindungen der Form CH₂=CR³-CO-O-(CH₂)-Si(O(CH₂)_nCH₃)₃, mit 0 ≤ n ≤ 4 und 0 ≤ m ≤ 6 und R³ = H oder CH₃; oder Mischungen daraus.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine Brønsted-Säure, bevorzugt eine Brønsted-Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salzsäure, insbesondere 32%ige Salzsäure, Salpetersäure, insbesondere 65%ige Salpetersäure, Amidosulfonsäure oder Mischungen daraus, ist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lösungsmittel oder erste Lösungsmittelgemisch ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Octanol, Cyclohexanol, Glykolen insbesondere Ethylenglykol, Diethylenglykol, Butylglykol, Ethern und Glykolethern, insbesondere Diethylether, Dibutylether, Anisol, Dioxan, Tetrahydrofuran, Mono-, Di-, Tri-, Polyethylenglykolether oder Mischungen daraus.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung ein Massenverhältnis von erster Silanverbindung zu zweiter Silanverbindung von zwischen 2:1 und 6:1, insbesondere von zwischen 3:1 und 5:1, bevorzugt von 4:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung aufweist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch ein Massenverhältnis des Katalysator und der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung von zwischen 0,5:1 und 0,05:1, insbesondere von zwischen 0,36:1 und 0,07:1, bevorzugt von 0,1:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung, vorgesehen ist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch ein Massenverhältnis der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung und Wasser von zwischen 4:1 und 0,5:1, insbesondere von zwischen 3,89:1 und 0,65:1, bevorzugt von 1,48:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung, vorgesehen ist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch ein Massenverhältnis der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung und dem ersten Lösungsmittel oder ersten Lösungsmittelgemisch von zwischen 0,1:1 und 0,8:1, insbesondere von zwischen 0,4:1 und 0,6:1, bevorzugt von 0,3:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung, vorgesehen ist.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin beinhaltend: e) wenigstens ein zweites Lösungsmittelgemisch, wobei das zweite Lösungsmittelgemisch gebildet ist aus einem Alkohol, insbesondere Isopropanol und einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Di(propylenglycol)dimethylether, Di(propylenglycol)butylether, Propylenglycolbutylether, 1-Methoxy-2-propanol oder Mischungen daraus.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel und Isopropanol ein Massenverhältnis von zwischen 0,1:1 und 0,7:1, insbesondere von zwischen 0,4:1 und 0,6:1, bevorzugt von 0,37:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung, aufweisen.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beinhaltend: i) 4 bis 8 Gewichts-% der ersten Silanverbindung, ii) 1 bis 2 Gewichts-% der von der ersten Silanverbindung verschiedenen zweiten Silanverbindung, iii) 10 bis 30 Gewichts-% des ersten Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs, iv) 0,5 bis 0,8 Gewichts-% des Katalysators, insbesondere der Säure, und v) 3 bis 5 Gewichts-% Wasser.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter beinhaltend: vi) 20 bis 65 Gewichts-% des zweiten Lösungsmittelgemisches.
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung umfassend die Schritte: I) Vereinigung wenigstens einer ersten Silanverbindung und wenigstens einer von der ersten Silanverbindung verschiedene zweiten Silanverbindung mit wenigstens einem ersten Lösungsmittel oder ersten Lösungsmittelgemisch, II) Vermengen der Mischung aus I), III) Beigeben eines Katalysators, insbesondere einer Säure zu der in Schritt II) erhaltenen Mischung, IV) Vermengen der Mischung aus Schritt III), V) Versetzen der in Schritt IV) erhaltenen Mischung mit Wasser, und VI) Vermengen der Mischung aus Schritt V), insbesondere wobei ein Vermengen für zwischen 30 und 90 Minuten, insbesondere für zwischen 40 und 70 Minuten, bevorzugt für 60 Minuten vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 14, weiter umfassend die Schritte: VII) Versetzen der in Schritt VI) erhaltenen Mischung mit wenigstens einem zweiten Lösungsmittelgemisch, VIII) Vermengen der Mischung aus Schritt VII).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Silanverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: vierfach hydrolysierbaren Siloxanverbindungen der Form: Si(O(CH)CH₃)₄ wobei 0 ≤ n ≤ 4; insbesondere Tetraethoxyorthosilan; Siloxanverbindungen der Form R¹ _nSi(O(CH₂)_mCH₃)_4-n wobei R¹ = -(CH₂)_xCH₃ mit 0 ≤ x ≤ 17 und 0 ≤ m ≤ 4 und 1 ≤ n ≤ 2; Halogensilanen der Form SiX₄ mit X = Cl, Br, oder I; und Alkylhalogensilanen der Form R² _nSiX₄ mit X = Cl, Br, I und R² = -(CH₂)_xCH₃ mit 0 ≤ x ≤ 17 und 1 ≤ n ≤ 2; oder Mischungen daraus und/oder die zweite Silanverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: die zweite Silanverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: dreifach hydrolysierbaren epoxyfunktionalisierten Siloxanverbindungen der Form CH₂OCH-CH₂-O-(CH₂)_m-Si(O(CH₂)_nCH₃)₃ mit 0 ≤ n ≤ 4 und 0 ≤ m ≤ 6, insbesondere 3-Glycidyloxypropyl-triethoxysilan, bevorzugt Glycidoxymethyl-triethoxysilan, Glycidoxymethyl-tripropoxysilan, Glycidoxymethyl-tributoxysilan, β-Glycidoxyethyl-trimethoxysilan, β-Glycidoxyethyl-triethoxysilan, β-Glycidoxyethyl-tripropoxysilan, β-Glycidoxyethyl-tributoxysilan, β-Glycidoxyethyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxyethyl-triethoxysilan, α-Glycidoxyethyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxyethyl-tributoxysilan, y-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, y-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, y-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, y-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, β-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, β-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, β-Glycidoxypropyl-tributoxysilan, α-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxypropyl-triethoxysilan, α-Glycidoxypropyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxypropyltributoxysilan, y-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tributoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, y-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, y-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, y-Propoxybutyl-tributoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, δ-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxybutyl-trimethoxysilan, α-Glycidoxybutyl-triethoxysilan, α-Glycidoxybutyl-tripropoxysilan, α-Glycidoxybutyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)methyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-methyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-propyl-tributoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-trimethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexy)-butyl-triethoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-tripropoxysilan, (3,4-Epoxycyclohexyl)-butyl-tributoxysilan und y-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan; dreifach hydrolysierbaren (meth)acrylfunktionalisierten Siloxanverbindungen der Form CH₂=CR³-CO-O-(CH₂)-Si(O(CH₂)_nOH₃)₃ mit 0 ≤ n ≤ 4 und 0 ≤ m ≤ 6 und R³ = H oder CH₃; oder Mischungen daraus und/oder der Katalysator eine Brønsted-Säure, bevorzugt eine Brønsted-Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salzsäure, insbesondere 32%ige Salzsäure, Salpetersäure, insbesondere 65%ige Salpetersäure, Amidosulfonsäure oder Mischungen daraus ist und/oder das erste Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, insbesondere Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Octanol, Cyclohexanol, Glykolen insbesondere Ethylenglykol, Diethylenglykol, Butylglykol, Ethern und Glykolethern, insbesondere Diethylether, Dibutylether, Anisol, Dioxan, Tetrahydrofuran, Mono-, Di-, Tri-, Polyethylenglykolether oder Mischungen daraus, insbesondere wobei ein Massenverhältnis von erster Silanverbindung zu zweiter Silanverbindung von zwischen 2:1 und 6:1, insbesondere von zwischen 3:1 und 5:1, bevorzugt von 4:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung eingestellt wird und/oder ein Massenverhältnis des Katalysator und der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung von zwischen 0,5:1 und 0,05:1, insbesondere von zwischen 0,36:1 und 0,07:1, bevorzugt von 0,1:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung eingestellt wird und/oder ein Massenverhältnis der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung und Wasser von zwischen 4:1 und 0,5:1, insbesondere von zwischen 3,89:1 und 0,65:1, bevorzugt von 1,48:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung eingestellt wird und/oder ein Massenverhältnis der Mischung aus erster Silanverbindung und zweiter Silanverbindung und dem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch von zwischen 0,1:1 und 0,8:1, insbesondere von zwischen 0,4:1 und 0,6:1, bevorzugt von 0,3:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lösungsmittelgemisch gebildet wird aus einem Alkohol, insbesondere Isopropanol und einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Di(propylenglycol)dimethylether, Di(propylenglycol)butylether, Propylenglycolbutylether, 1-Methoxy-2-propanol oder Mischungen daraus, insbesondere wobei für das Lösungsmittel und den Alkohol, insbesondere Isopropanol ein Massenverhältnis von zwischen 0,1:1 und 0,7:1, insbesondere von zwischen 0,4:1 und 0,6:1, bevorzugt von 0,37:1, bezogen auf die Masse der Beschichtungszusammensetzung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungszusammensetzung i) 4 bis 8 Gewichts-% der ersten Silanverbindung, ii) 1 bis 2 Gewichts-% der von der ersten Silanverbindung verschiedenen zweiten Silanverbindung, iii) 20 bis 30 Gewichts-% des wenigstens ersten Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs, iv) 0,5 bis 0,8 Gewichts-% des Katalysators, insbesondere der Säure, und v) 3 bis 5 Gewichts-% Wasser aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungszusammensetzung vi) 20 bis 65 Gewichts-% des zweiten Lösungsmittelgemisches aufweist.
Substrat mit wenigstens einer mit einer Beschichtungszusammensetzung gemäß Anspruch 1 bis 13 beschichteten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat Glas, insbesondere Floatglas, Walzglas, Rollglas oder ein keramischer Werkstoff ist, insbesondere wobei die Beschichtungszusammensetzung in einem spin coating-, Sprüh-, Tauch-, dip coating-, roller coating-, Streich- oder Rakelverfahren auf die Oberfläche aufgebracht ist und/oder das Substrat eine als Transmissionsoberfläche eines Photovoltaik- oder Solarthermiemoduls vorgesehene Oberfläche zur Verfügung stellt oder bildet.
Verwendung einer Beschichtungszusammensetzung gemäß Anspruch 1 bis 13 oder einer in einem Verfahren gemäß Anspruch 14 bis 19 erhältlichen Beschichtungszusammensetzung zur Erzeugung wenigstens einer chemisch, mechanisch und/oder physikalisch, insbesondere gegenüber einer UV-Strahlenexposition beständigen Beschichtung wenigstens einer Oberfläche eines Substrates, insbesondere der Oberfläche eines Glases, insbesondere Float-, Walz- oder Rollglases oder eines keramischen Werkstoffes.
Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche als Transmissionsoberfläche eines Photovoltaik- oder Solarthermiemoduls vorgesehen ist.
Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungszusammensetzung in einem spin coating-, Sprüh-, Tauch-, dip coating-, roller coating-, Streich- oder Rakelverfahren zur Bildung einer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird, insbesondere wobei nach dem Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung eine Härtung der Beschichtung vorgesehen ist und/oder nach dem Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung eine gemeinsame Härtung der Beschichtung und eines ungehärteten Substrates, insbesondere ungehärteten Glases, insbesondere Float-, Walz-, Rollglases oder eines ungehärteten keramischen Werkstoffes vorgesehen ist, insbesondere wobei die Härtung durch Exposition gegenüber einer Temperatur von wenigstens 150°C, insbesondere von zwischen 150°C und 300°C, bevorzugt von zwischen 200°C und 250°C erfolgt und/oder die Exposition für die Dauer von zwischen 15 und 240 Minuten, insbesondere von zwischen 30 und 180 Minuten, bevorzugt von 120 Minuten erfolgt.
Verwendung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwei- oder mehrschichtiges Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf wenigstens einer Oberfläche des Substrates vorgesehen ist, insbesondere wobei jede Schicht aus einer gleich oder unterschiedlich zusammengesetzten Beschichtungszusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 gebildet ist und/oder die Schichten wahlweise in einem spin coating-, Sprüh-, Tauch-, dip coating-, roller coating-, Streich- oder Rakelverfahren oder Mischungen daraus aufgebracht werden.