PL191143B1 - Sposób wytwarzania samoczyszczących powierzchni - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania samoczyszczacych powierzchni majacych strukture zlozona z wznie- sien i zaglebien, w której odleglosc miedzy sasiednimi wzniesieniami zawarta jest w granicach od 0,1 do 200 µm, a wysokosc wzniesien wynosi od 0,1 do 100 µm i uzyskanych przez nanoszenie na powierzchnie przedmiotu roztworu, emulsji lub dyspersji zawierajacej material hydrofobowy tworza- cy po wysuszeniu i odparowaniu rozpuszczalnika powierzchnie samoczyszczaca, przy czym nanie- siona warstwa materialu hydrofobowego daje sie usunac za pomoca detergentów, znamienny tym, ze materialem hydrofobowym jest wosk, wzglednie substancja woskowa wybrana ze zwiazków silikonowych, pierwszorzedowych albo drugorzedowych alkoholi i alkanodioli, ß-dwuketonów, dru- gorzedowych ketonów i dlugolancuchowych alkanów. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania samoczyszczących powierzchni mających strukturę złożoną z wzniesień i zagłębień, w której odległość między sąsiednimi wzniesieniami zawarta jest w granicach od 0,1 do 200 mm, a wysokość wzniesień wynosi od 0,1 do 100 mmi uzyskanych przez nanoszenie na powierzchnię przedmiotu roztworu, emulsji lub dyspersji zawierającej materiał hydrofobowy, tworzący po wysuszeniu i odparowaniu rozpuszczalnika powierzchnie samoczyszczącą, przy czym naniesiona warstwa materiału hydrofobowego daje się usunąć za pomocą detergentów.

Samooczyszczanie powierzchni przedmiotów ma duże znaczenie zarówno ze względu na estetykę jak i ze względów technicznych i ekonomicznych, zwłaszcza w przypadku powierzchni przepuszczających światło, które dla zachowania przezroczystości muszą być okresowo czyszczone.

Dotychczasowe próby wytwarzania powierzchni samoczyszczących, względnie odpychających bród, obejmowały głównie stosowanie pokrywających te powierzchnie folii albo płyt polimerycznych nadających im właściwości hydrofobowe względnie hydrofilowe. Przykładami takich zastosowań polimerów są powierzchnie z nadzwyczaj hydrofobowego teflonu, względnie z powłok nadzwyczaj hydrofilowych, po których woda i bród mogą spływać cienką warstwą bez tworzenia kropli.

Ze szwajcarskiego opisu patentowego nr CH 26 82 58 znane są powierzchnie tworzone przez nanoszenie na podłoże warstw proszków np.: kaolinu lub talku albo też żelu krzemionkowego, które to warstwy mają właściwości odpychające wodę, związane z kątem zwilżania, wynoszącym ponad 120 stopni. Stosowane proszki poddawane są uprzednio obróbce hydrofobowej, za pomocą organicznych związków krzemu, zaś do ich nanoszenia stosuje się utwardzalne żywice albo też roztwory w rozpuszczalnikach organicznych. Właściwości tak otrzymanych powierzchni porównuje się z właściwościami powierzchni liści nasturcji, których dotychczas nie udało się technicznie przeanalizować (nasturcja ma nadzwyczaj drobną, trudną do technicznego naśladowania mikrostrukturę złożoną z elementów mniejszych od 2 mm). Sposób ten uniemożliwia jednak uzyskanie hydrofobowych powierzchni o wystarczającej trwałości, tym bardziej, że cytowany opis patentowy nie zawiera wskazówek dotyczących rozkładu wielkości ziarna w proszku.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr: US 3 354 022 znana jest powierzchnia odpychająca wodę z wzniesieniami i wgłębieniami zawierająca, co najmniej 60% powietrza, dla której możliwe jest uzyskanie kąta zwilżania powierzchni większego od90 stopni.

Z niemieckiego opisu patentowego nr: DE 1 023 217 znana jest forma do wytwarzania kształtek z kauczuku albo z tworzywa sztucznego z chropowatą powierzchnią, której ścianki pokrywane są zawiesiną grubego proszku korundowego w lakierze piecowym. Formy dają produkty z przypadkowym układem wgłębień umożliwiając wyeliminowanie powstawanie naskórka wulkanizacyjnego. Na otrzymanych powierzchniach można dobrze pisać, jak również można je czyścić pod strumieniem bieżącej wody.

Z japońskiego opisu patentowego nr: JP 62 191 447 znany jest sposób nadawania powierzchni właściwości odpychania wody, przez naniesienie na nią plazmowej folii polimerycznej i nadanie jej szorstkości przez trawienie, a następnie naniesienie drugiej plazmowej folii polimerycznej.

Z japońskiego opisu patentowego nr: JP 3 174 279 znany jest sposób wytwarzania matowych, dekoracyjnych powierzchni na arkuszach lub foliach z tworzywa sztucznego, przez naniesienie na nie warstwy lakieru, utwardzanego następnie za pomocą promieniowania jonizującego. W trakcie jonizacji możliwe jest wytłaczanie na obrabianej powierzchni określonego wzoru, przy czym dalsze napromieniowanie powoduje utwardzenie się folii

Badania, które doprowadziły do wynalazku wykazały nieoczekiwanie możliwość nadawania powierzchniom przedmiotów, właściwości sztucznego samooczyszczania się przez naniesienie warstwy z polimerów hydrofobowych mającej strukturę powierzchniową złożoną ze wzniesień i wgłębień, przy czym odstęp między wzniesieniami tej struktury winien wynosić od 0,1do 200 mm,a korzystnie od 0,1 do 100 mm, zaś ich wysokość winna wynosić od 0,1 do 100 mm, a korzystnie od 0,1 do 50 mm. Ponieważ wzniesienia te składają się z polimerów hydrofobowych nie dają się usuwać przez zmywanie wodą.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania takich powierzchni samoczyszczących, przez nanoszenie powłoki z materiału hydrofobowego, które uzyskają właściwości samoczyszczące, a ponadto dadzą się usuwać za pomocą roztworów detergentów.

Cel ten realizuje sposób wytwarzania samoczyszczących i dających się usuwać za pomocą detergentów powierzchni powłok według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że materiałem

PL 191 143 B1 hydrofobowym jest wosk, względnie substancja woskowa wybrana ze związków silikonowych pierwszorzędowych albo drugorzędowych alkoholi i alkanodioli, b-dwuketonów, drugorzędowych ketonów i długołańcuchowych alkanów.

Jako materiał hydrofobowy stosuje się korzystnie silikonian, nonakozanol-10, nonakozanodiol-7,10; nonakozanodiol-5,10; hentriakontanodion-12,14; hentriakontanodion-8,10 albo palmiton.

Roztwór, dyspersja albo emulsja z materiałem hydrofobowym korzystnie zawiera dodatkowo cząstki ciała stałego, zwłaszcza mączki kwarcowej względnie gipsu.

Nanoszenie roztworu, dyspersji albo emulsji materiału hydrofobowego odbywa się przez napylanie, korzystnie za pomocą dyszy rozpyłowej, względnie pistoletu natryskowego.

Korzystnie stosowany materiał hydrofobowy stanowi dodatkowo materiał olejofobowy.

Cechą powierzchni samoczyszczących otrzymanych według wynalazku przez nanoszenie powłoki z materiału hydrofobowego jest to, że powłoka ta daje się usuwać za pomocą detergentów, co oznacza, że naniesiony materiał powłoki przez odpowiednio długotrwałe działanie wodnych roztworów detergentów, przynajmniej częściowo rozpuszcza się, przy czym jego reszta pokrywająca powierzchnię przedmiotu może być łatwo usunięta mechanicznie np.: przez szczotkowanie, drapanie albo czyszczenie strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem.

Podatność na usuwanie materiału hydrofobowego jest korzystna, zwłaszcza wtedy, gdy samoczyszczące właściwości powierzchni są konieczne tylko przejściowo np.: w czasie przechowywania albo transportu, natomiast w innych przypadkach są niepożądane, np.: ze względów estetycznych.

Szczególne znaczenie w technice mają samoczyszczące powierzchnie przepuszczalne dla światła, przy czym przepuszczalność ta ze względów estetycznych albo technicznych winna być zachowana w ciągu odpowiednio długiego czasu. Ma to znaczenie, zwłaszcza w przypadku przepuszczalności światła, oszklenia budynków, pojazdów, kolektorów słonecznych itd.

Wytwarzanie samoczyszczących powierzchni ma szczególne znaczenie w budownictwie np.: w przypadkach elewacji domów, dachów, pomników itp., w przemyśle np.: wewnętrznych powierzchni zbiorników albo rurociągów, które czyści się z zanieczyszczeń za pomocą bieżącej wody, jak również komunikacji, a dotyczy to zewnętrznych powierzchni pojazdów, zwłaszcza samochodów, pociągów i samolotów.

Sposób wytwarzania samoczyszczących powierzchni z materiału hydrofobowego, charakteryzujących się wzniesieniami i wgłębieniami, i dających się usuwać za pomocą detergentów, polega na nanoszeniu na powierzchnię przedmiotu roztworu, emulsji lub dyspersji zawierającej materiał hydrofobowy zwłaszcza wosk, względnie substancję woskową wybraną z grupy pierwszorzędowych albo drugorzędowych alkoholi i alkanodiolów, b-2-ketonów, drugorzędowych ketonów i długołańcuchowych alkanów. Najkorzystniejszym sposobem nanoszenia takiej powłoki jest napylanie jej za pomocą dyszy rozpyłowej albo pistoletu natryskowego. Po wysuszeniu naniesionej powłoki i odparowaniu rozpuszczalnika przeprowadzonym w jeden ze znanych w technice sposobów, np.: w strumieniu podgrzanego powietrza, uzyskuje się powierzchnię, z wzniesieniami i zagłębieniami.

Korzystne właściwości samooczyszczania powierzchni uzyskuje się wtedy, gdy tworzące ją wzniesienia i zagłębienia znajdują się stosunkowo blisko siebie, tak aby odległość między sąsiadującymi wzniesieniami zawarta była w granicach od 0,1 do 200 mm, dzięki czemu krople wody znajdujące się we wgłębieniach między wzniesieniami nie łączą się ze sobą. Z tego powodu należy również dążyć do tego, aby przy zwiększającym się odstępie między sąsiadującymi ze sobą wzniesieniami została zwiększona także ich wysokość względem podłoża. Optymalne warunki samooczyszczalności powierzchni uzyskuje się w przypadku, gdy wysokość wzniesień wynosi od 0,1 do 50 mm zaś odstęp między nimi wynosi od 0,1 do 100 mm.

Jako materiał hydrofobowy w sposobie wytwarzania samoczyszczących powierzchni, stosuje się korzystnie roztwory, emulsje lub dyspersje następujących związków: silikonian, nonakozanol-10; nonakozanoldiol-7,10; nonakozanodiol-5,10; hentriakontanodion-12,14; hendriakontanodio-8,10 albo palmiton.

Roztwór, dyspersja albo emulsja z materiałem hydrofobowym winna korzystnie zawierać cząstki ciała stałego zwłaszcza mączki kwarcowej, gipsu względnie proszku teflonu, nadające otrzymanej powierzchni powłoki odpowiednią szorstkość.

Zastosowany do utworzenia powłoki na powierzchni przedmiotu materiał hydrofobowy winien korzystnie stanowić równocześnie materiał olejofobowy nadający otrzymanej powierzchni powłoki właściwości olejofobowe oraz zwiększający kąt jej zwilżania przez oleje.

PL 191 143B1

P r z y k ł a d 1.

Na powierzchnię przedmiotu rozpylono za pomocą dyszy rozpyłowej 0,1% roztwór hentriakontanodionu-12,14 w octanie etylu. W czasie odparowania rozpuszczalnika tworzą się samoczynnie kryształki hentriakontanodionu-12,14, w postaci maleńkich rureczek o średnicy około 0,2 mm i długości od 0,5 do 5 mm. Otrzymana powierzchnia powłoki jest dzięki temu hydrofobowa zaś kąt jej zwilżania wynosi około 160 stopni. Zanieczyszczające tę powierzchnię cząstki stałe mogą być łatwo zmyte za pomocą strumienia bieżącej wody, zaś po dłuższym okresie czasu zostaje stopniowo usunięta także i sama powłoka. W celu zwiększenia szorstkości powłoki do roztworu domieszano hydrofilowy proszek mączki kwarcowej. Podobną szorstkość uzyskano przy zastosowaniu hydrofobowego proszku teflonowego

P r z y k ł a d 2.

Przedmiot wykonany z poliuretanu mającego właściwości przepuszczania pary wodnej powleczono z jednej strony nonakozanodiolem-7,10 czyli substancją woskową mającą zdolności tworzenia struktury powierzchniowej złożonej z wzniesień i zagłębień, przepuszczając jej 1% roztwór wodny przez polimer. Na powierzchni naprzeciwległej względem kierunku strumienia roztworu uzyskano mikrostrukturę złożoną z wzniesień o wzajemnej odległości około 0,5 mm o wysokości około 10 mm. Kąt zwilżania powierzchni wynosił 130 stopni.

P r z y k ł a d 3.

Gips zmieszano z wodą i silikonianem (Wacker BS 15) w stosunku wagowym 1:10:2 i naniesiono za pomocą wałka na powierzchnię ścian. Przy wysychaniu tworzy się mikroszorstka powierzchnia, której struktura jest utworzona przez igiełkowe kryształki gipsu, pokryte po odparowaniu wody warstewka silikonianu jako materiału hydrofobowego. Kąt zwilżania otrzymanej powierzchni wynosi ponad 150°.

P r z y k ł a d 4.

Proszek teflonowy, miesza się w stosunku wagowym 1:10:0,5 z wodą i palmitonem, po czym otrzymaną dyspersję nanosi za pomocą pistoletu natryskowego na powierzchnię szyby. Po wyschnięciu tworzy się mikrochropowata powierzchnia, utworzone przez mikrokryształki teflonu, które po odparowaniu wody pokryte są cienką warstewką palmitomu jako materiału hydrofobowego. Kąty zwilżenia na tego rodzaju powierzchni wynosi około 160°.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania samoczyszczacych powierzchni mających strukturę złożoną z wzniesień i zagłębień, w której odległość między sąsiednimi wzniesieniami zawarta jest w granicach od 0,1 do 200 mm, a wysokość wzniesień wynosi od 0,1 do 100 mm i uzyskanych przez nanoszenie na powierzchnię przedmiotu roztworu, emulsji lub dyspersji zawierającej materiał hydrofobowy tworzący po wysuszeniu i odparowaniu rozpuszczalnika powierzchnię samoczyszczącą, przy czym naniesiona warstwa materiału hydrofobowego daje się usunąć za pomocą detergentów, znamienny tym, żemateriałem hydrofobowym jest wosk, względnie substancja woskowa wybrana ze związków silikonowych, pierwszorzędowych albo drugorzędowych alkoholi i alkanodioli, b-dwuketonów, drugorzędowych ketonów i długołańcuchowych alkanów.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał hydrofobowy stosuje się silikonian, nonakozanol-10; nonakozanodiol-7,10; nonakozanodiol-5,10; hentriakontanodion-12,14; hentriakontanodion-8,10 albo palmiton.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór, dyspersja albo emulsja z materiałem hydrofobowym zawiera ponadto cząstki ciała stałego, zwłaszcza gipsu, mączki kwarcowej, względnie proszku teflonu.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nanoszenie roztworu, dyspersji albo emulsji materiału hydrofobowego odbywa się przez napylanie.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że nanoszenie odbywa się za pomocą dyszy rozpyłowej, względnie pistoletu natryskowego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosowany materiał hydrofobowy stanowi dodatkowo materiał olejofobowy.