KAMPS, Sebastian (Tannenweg 2, Grub am Forst, 96271, DE)
RITZHAUPT-KLEISSL, Eberhard (Buchenweg 5, Baiersdorf, 91083, DE)
ÜBLER, Matthias (Stockauer Weg 8, Ursensollen, 92289, DE)
EDER, Florian (Ludwig-Erhard-Str. 10, Erlangen, 91052, DE)
KAMPS, Sebastian (Tannenweg 2, Grub am Forst, 96271, DE)
RITZHAUPT-KLEISSL, Eberhard (Buchenweg 5, Baiersdorf, 91083, DE)
ÜBLER, Matthias (Stockauer Weg 8, Ursensollen, 92289, DE)
| Patentansprüche 1. Hydrophobe Beschichtung mit einem Kontaktwinkel größer 105°, die zwei Komponenten, eine Binderkomponente als Be- schichtungsmaterial 1 und eine Partikelkomponente als Be- schichtungsmaterial 2 umfasst. 2. Hydrophobe Beschichtung nach Anspruch 1, bei der die Verteilung der Partikelkomponente, also des Beschichtungsma- terials 2 in der Binderkomponente, also dem Beschichtungsma- terial 1 inhomogen ist. 3. Hydrophobe Beschichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beschichtungsmaterial 1 60% - 90% Diol, 10% - 40% Cyanat und 0% - 70% Lösungsmittel umfasst. 4. Hydrophobe Beschichtung nach Anspruch 3, wobei im Beschichtungsmaterial 1 die Komponenten im Verhältnis 4:1:5 (Diol : Cyanat : LM) vorliegen. 5. Hydrophobe Beschichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die in einer Schichtdicke von 0,1 ym bis 100 ym vorliegt . 6. Hydrophobe Beschichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beschichtungsmaterial 2, die Partikel, in einer Agglomeratsgröße von durchschnittlich lOOnm bis 2000nm vorliegt. 7. Hydrophobe Beschichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die durchschnittliche Partikelgröße im Be¬ reich von 5-500nm liegt. 8. Hydrophobe Beschichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beschichtungsmaterial 2 ein Siliziumoxid ist . 9. Anwendung einer Beschichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche an elektrischen und elektronischen Komponenten und Bauteilen wie HV/MV/MV-Isolatoren, Leitungsdurchführungen, Schaltgehäusen, Trafoummantelungen, Stützen, Abdeckun- gen . |
Hydrophobe Beschichtung und Anwendung dazu Die Erfindung betrifft Beschichtungen für Epoxidharzbauteile im Außeneinsatz, insbesondere für Trafoklötze aus Epoxidharz zur Verbesserung der Wetterresistenz, des Korrosionsschutzes und der Kriechstromfestigkeit. Außerdem betrifft die Erfin ¬ dung ein Verfahren zur Beschichtung derartiger Trafoklötze.
Hydrophobe Oberflächen finden heute ein breites Anwendungsge ¬ biet. So können Autoscheiben, Badewannen oder Folien beschichtet werden, um einen wasserabweisenden und selbstreinigenden Effekt zu erzielen. Auch können beispielsweise Gehäuse von wasserempfindlichen Bauteilen, wie z.B. elektrische Baugruppen, mit einer wasserabweisenden Schicht versehen werden, um ein schnelleres Abfließen von Wasser zu gewährleisten. Auf diese Weise können z.B. Korrosionsvorgänge vermieden oder verlangsamt bzw. elektrische Überschläge oder Kurzschlüsse verhindert werden. Hierbei gilt: Je höher der Kontaktwinkel (Maß für Hydrophobizität ) des Beschichtungssystems , desto besser ist der Schutz gegenüber Wasseranhaften und somit auch gegen elektrische Kurzschlüsse oder Überschläge. Viele Komponenten elektrischer Anlagen werden zu Isolationszwecken mit Epoxidharz vergossen. Andere Kunststoffe, wie Po ¬ lyamid werden beispielsweise eingesetzt, um die Transformato ¬ ren für Mittelspannung auf speziellen Blöcken zu lagern und diese damit elektrisch zu entkoppeln (Trafoklötze) . Die Iso- lationswirkung dieser Bauteile kann jedoch stark durch Witterungseinflüsse beeinflusst werden. Durch Feuchte oder Nässe können sich leitfähige Pfade auf deren Oberfläche ausbilden, die im schlimmsten Fall einen elektrischen Überschlag zur Folge haben. Grund hierfür ist, dass die Dauerbeständigkeit gegen Umwelteinflüsse sowie wasserabweisende Wirkung von Epo ¬ xidharzbauteilen nicht ausreichend ist. So eignen sich anhydridisch bzw. aminisch gehärtete Bisphenol-A- bzw. -F- diglycidyletherharze aufgrund Ihres hydrophilen Charakters nicht bzw. nur sehr bedingt für den Außeneinsatz als elektrische Isolationsstoffe, da Luftfeuchtigkeit bzw. verschmutztes Kondensationswasser auf der Oberfläche gut oder sogar vollständig benetzt.
Um diese Benetzung mit Wasser zu reduzieren, stehen zwei grundlegende Möglichkeiten zur Verfügung. a) Einerseits können die verwendeten Materialien als Bulk- Material chemisch modifiziert werden. Chemisch modifizierte
Epoxidharze weisen zwar eine gesteigerte Hydrophobizität auf, können aber einen Kontaktwinkel von 100° nicht mehr übertref ¬ fen. Oftmals sind aber deutlich höhere Wasserkontaktwinkel erforderlich um ein leichtes Ablaufen von Regen oder konden- siertem Wasser zu ermöglichen. Daher können aktuell verfügbare Lösungen zwar eine leichte Verringerung des Problems be ¬ wirken, sie beseitigen es aber in keinem Falle. b) Die zweite Möglichkeit der Verringerung der Benetzbar- keit der Bauteile ist die Aufbringung einer hydrophoben Be- schichtung. In diesem Fall können Oberflächen zum Einsatz kommen die zu großen Teilen aus Siloxanen mit fluorierten Al- kylketten bestehen. Die Dauer-Haftung dieser Schichten ist aber auf vielen Kunststoffen, insbesondere wenn diese Umwelt- einflüssen ausgesetzt sind, unzureichend. Des Weiteren sind oftmals Härtungstemperaturen nach der Aufbringung der Be- schichtung erforderlich, die dem Kunststoff schaden oder diesen sogar zerstören können. Kommerzielle Beschichtungssysteme erreichen hierbei Kontakt ¬ winkel von ca. 105°. Damit ist ein Maximalwert (theoretisch 117°) für eine oberflächlich glatte Beschichtung erreicht.
Höhere Werte können durch eine rein chemische Modifikation der Oberfläche nicht erreicht werden. Hierfür ist nach Wenzel (R.N. Wenzel, Ind. Eng. Chem., 1936, 28, 988) neben der Oberflächenchemie eine bestimmte Mikro- oder Nanorauigkeit erforderlich. Ist das Substrat strukturierbar (z.B. durch Sandstrahlen von Metall) ist es kein Problem durch das Aufbringen einer strukturerhaltenden Oberflächenchemie Kontaktwinkel von über 150° zu erreichen. Ist das Substrat der
Strukturträger, so sind derartige superhydrophobe Beschich- tungen in der Regel mechanisch sehr stabil, vergleichbar mit den mechanischen Eigenschaften des Substratmaterials.
Leider ist für die Erzeugung von superhydrophoben Oberflächen die Substratstrukturierung nur in Ausnahmefällen ein sinnvol- 1er Weg. Oft ist das Substrat zu hart oder rissempfindlich (vgl. Stähle oder Glas), als dass eine Strukturierung wirt ¬ schaftlich oder großtechnisch umsetzbar wäre.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Be- Schichtung und ein Verfahren zur Erzeugung der Beschichtung zu schaffen, bei der Werte des Kontaktwinkels größer 105° oh ¬ ne Substratstrukturierung erreicht werden.
Die Lösung der Aufgabe und Gegenstand der Erfindung werden in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbart.
Demgemäß ist es allgemeine Erkenntnis der Erfindung, dass ei ¬ ne superhydrophobe Beschichtung erzeugt werden kann, indem in eine Binderschicht, die beispielsweise auch hydrophob sein kann, hydrophobe Partikel eingebracht werden.
Dementsprechend ist Gegenstand der Erfindung eine hydrophobe Beschichtung mit einem Kontaktwinkel größer 105°, die zwei Komponenten, eine Binderkomponente als Beschichtungsmaterial 1 und eine Partikelkomponente als Beschichtungsmaterial 2 um- fasst. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Beschichten eines Substrates, wobei zunächst eine Binder ¬ komponente auf das zu beschichtende Substrat aufgetragen wird und dann auf die bevorzugt noch nicht durchvernetzte Binder- schicht die Partikel gebracht werden, die dann teilweise in diese einsinken, grundsätzlich aber an deren Oberfläche bleiben . Die Hydrophobie der Beschichtung wird entsprechend durch die Hydrophobie der Oberfläche der Partikel bestimmt, wohingegen sich die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung im Wesentlichen nach der Binderschicht richten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Partikel innerhalb der Schicht inhomogen verteilt, indem sie an oder direkt unter der Oberfläche des Binders in höhe ¬ rer Konzentration als sonst in der Schicht vorliegen.
Als Binderkomponente oder Vergussmasse der Beschichtung kön ¬ nen beliebige polymer oder über einen Sol-Gel-Prozess vernet ¬ zende Verbindungen eingesetzt werden. Der Binder besitzt bevorzugt folgende Eigenschaften:
- hydrophober Grundcharakter aufgrund der Materialchemie, bevorzugt WKW > 70°, gegebenenfalls durch Additive einstellbar,
- verdünn- und/oder sprühbar, beispielsweise mit gängigen Lösungsmitteln wie z.B. Iso-butylacetat ,
- besondere Trocknungseigenschaften, insbesondere schnelles Antrocknen an Luft sowie Ausbildung einer klebrigen Oberfläche vor der späteren Durchhärtung,
- gute mechanische Eigenschaften im Bezug auf Kratzfestig ¬ keit, Elastizität sowie Hydrolysebeständigkeit,
- auftragbar bevorzugt über übliche Beschichtungsmethoden, beispielsweise durch Lackieren, Tauchverfahren, Streichprozessen oder Sprühen.
Aufgrund der genannten Eigenschaften wird als Beschichtungs- komponente 1 bevorzugt ein zweikomponentiges PU-Lacksystem (ggf. unter Verwendung von Additiven) verwendet.
Beispielhaft genannt seien Folgende Verbindungen als Be- schichtungsmaterial 1 :
Eine Mischung aus epoxycyclohexyl-terminierten, polyhedralen oligomeren Silsesquioxan (flüssige Picopartikel ,
Hybridplastics™, ein hydrophobes, Trisilanol- oder triamin- isooctyl-POSS d 5 o=0,5-0,8 nm) sowie Methylhexahydro- phthalsäureanhydrid (Anhydridhärter, bevorzugt vollhydriertes Alkylphthalsäureanhydrid, Hexion™, EPC ® 868) . Eine Mischung aus EpoxycyclohexylPOSS (A) + Anhydridhärter (bevorzugt vollhydriertes Alkylphthalsäureanhydrid) (B) + Reaktionsbeschleiniger (E) + mitvernetzendes, hydrophobes Trisilanol- oder triamin-isooctyl-POSS (F) liegt beispiels ¬ weise in einem Verhältnis der Komponenten A, B, E, F mit fol- genden bevorzugten Gewichtsanteilen vor: A: 40-60%, B: 35- 55%, E: 0,1-5% , F=0,l-10%, Summe zu 100%.
Diese Mischung kann zur weiteren Kontaktwinkelsteigerung der gehärteten Harzschicht eine geringe Zugabe von Trisilanol- isooctylsubstituiertem, polyhedralem Silsesquioxan (flüssiger Picopartikel , SigmaAldrich™) zur Precursormischung enthalten. Des Weiteren kann die Mischung eine geringe Zugabe ei ¬ nes tertiären Amins (etwa Dimethylbenzylamin) als Beschleunigersubstanz enthalten.
Die Mischung ist bevorzugt in organischen Lösemitteln (z. B. Tetrahydrofuran) löslich und damit langzeitstabil über Wochen oder Monate. Die Applikation kann durch verschiedene indus ¬ triell etablierte Verfahren erfolgen; dazu zählen u. a. Sprü- hen, Tauchen, Schleudern, Rakeln, Jetten, Dispensen. Die applizierte erfindungsgemäß bereitete Mischung wird nach dem Auftragen auf den jeweiligen Substraten mittels Erhitzen vom Lösemittel befreit und anschließend ausgehärtet (z. B. ther ¬ misch) .
Beispielsweise ist die verwendete Mischung ein epoxycyclohe- xyl-terminierte POSS (Nr. 1), also eine bei Raumtemperatur flüssige Komponente, die sich in ausgehärtetem Zustand als besonders kratzstabil erwiesen hat. Durch die radial angeord- neten Oxiranendeinheiten verhält es sich wie ein herkömmliches Epoxidharz, das z. B. anhydridisch (Nr. 2) oder auch aminisch gehärtet werden kann. Durch die Verwendung von Partikelmischungen der Größenbereiche Mikrometer und Nanometer (Nr. 3, 4) resultiert eine sich selbst organisierende Ober ¬ flächenrauhigkeit, indem Nanopartikel die Oberfläche der Mik- ropartikel belegen. Durch Aushärtung der in der Reaktionsmischung enthaltenen Harz- und Härterkomponenten (Nr. 1, 2) werden die Mikro-/Nanopartikel dauerhaft durch kovalente Bin ¬ dung zwischen den Epoxideinheiten an der Oberfläche der Mik- ropartikel und der Härtermatrix fixiert. Das verwendete Reak ¬ tionsharz (Nr. 1, 2) zeigt aufgrund der hohen Dichte an
(SiO) -Einheiten beträchtliche Kratzfestigkeit und verleiht der Einbettschicht hohe Stabilität.
Durch geringe Zumischung eines zusätzlichen kratzresistiven und wasserabweisenden Additivs - idealerweise ein POSS - Derivat der Art Nr. 5 - kann eine weitere Hydrophobisierung bis zu Kontaktwinkeln von 150° und mehr erreicht werden, da aufgrund der guten Mischbarkeit mit der flüssigen Phase (Nr. 1, 2) eine Art Dotierung der Einbettmatrix als auch eine Ab- sättigung verbliebener, nicht gecoateter Si—OH-Gruppen der FüllstoffOberflächen (Nr. 3, 4) stattfinden kann. Um eine thermische Härtungsreaktion in Bereichen um 80°C zu initiieren, ist die Verwendung von z. B. aminischen Beschleunigern (Nr. 6) zweckmäßig.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Binder- oder Vergusskomponente ein zweikomponentiges PU-
Lacksystem, gegebenenfalls unter Verwendung von Additiven, eingesetzt .
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Be- schichtungsmaterial 1, der Binder oder die Vergussmasse, kalthärtend .
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Binder- oder Vergusskomponente, also die Beschichtungskompo- nente 1, beispielsweise unter Zugabe von geeigneten Lösungs ¬ mitteln so eingestellt, dass etwa 4 Minuten nach dem Auftrag die Schichtverfestigung bereits begonnen hat. Bevorzugt wird eine Beschichtungskomponente 1 so gewählt, dass vor der Aushärtung sich zunächst eine klebrige Oberflä ¬ che ausbildet. Bevorzugt wird das Verfahren so durchgeführt, dass die Parti ¬ kel (also das Beschichtungsmaterial 2) auf die angehärtete und klebrige Oberfläche aufgebracht wird.
Das Beschichtungsmaterial 2, also die Partikel können alle Arten von hydrophoben Materialien umfassen, beispielsweise genannt seien Metalloxide, epoxy-silanbehandeltem Mikro- und Nanopartikeln (z.B. Quarzwerke Frechen, Silbond ® W12 EST, d 50 =20 μm und alkylsilanmodifiziertes, flammpyrolytisch her- gestelltes Quarzgut Aerosil™, Aeroxide ® LEI, dso=20 nm u. an- dere weitere anorganische Füllstoffe.
Beispielsweise ist das Beschichtungsmaterial 2 ein Material ¬ system aus Mikropartikel (bevorzugt epoxysilaniertes Quarz- mehl/-gut) (C) und/oder Nanopartikel (Quarzgut oder Diamant, alkyliert- oder perfluoralkyliert beschichtet) (D) .
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Komponenten C und D in folgenden Mengen vorliegen: C : 50 - 99 %; D : 0,lGew% bis 50%, insbesondere bevorzugt C : 80 bis 99 % und D : 1.10%, alles in Gewichts-Prozent und jeweils bezogen auf das Tro ¬ ckengewicht der Gesamtbeschichtung.
Die Menge an Beschichtungsmaterial 2 im Beschichtungsmaterial 1 beträgt (also Partikel im Binder) beispielsweise: 10 bis 90 Gew%, insbesondere 50 bis 80 Gew% . Dabei ist beispielsweise eine multimodale Verteilung der Partikel vorgesehen.
Das Beschichtungsmaterial 2 ist ein pulverförmiges Material, das an der Oberfläche hydrophobe Gruppen, beispielsweise Al- kyl- und/oder fluorierte Alkylgruppen, besitzt. Die Oberflä ¬ che kann je nach Anwendung beliebig chemisch und/oder physikalisch funktionalisiert sein, auch optische Effekte oder Filter können so in die Beschichtung eingebaut werden. Die Korngröße des Pulvers ist in Abhängigkeit der gewünschten hydrophoben Eigenschaften zu wählen, wobei für geringe Hysterese der Beschichtung und weitgehende Unabhängigkeit der Be- netzung von der Tropfengröße mittlere Partikelgröße des Pul ¬ vers von 5 - 500 nm, bevorzugt 70 - 250 nm gewählt werden. Der mittlere Agglomeratdurchmesser liegt beispielsweise im Bereich von 100 nm bis 2000 nm, bevorzugt 500 nm - 1500nm. Als besonders geeignet haben sich unterschiedlich oberflä ¬ chenmodifizierte Siliziumoxide herausgestellt.
Der Auftrag des Beschichtungsmaterials 2 erfolgt aus der Pul ¬ verform. Dabei hat es sich für die hydrophobe Wirksamkeit der Beschichtung als unerheblich herausgestellt, ob der Auftrag durch Bestäuben mittels Sieb, mittels einer handelsüblichen Pulverlackierpistole oder über einen lösemittelfreien Sprüh- prozess erfolgt. Die Schichtdicke kann im Bereich von Ο,ΐμ bis lOOym, bevorzugt lym bis 10ym und noch bevorzugter im Bereich von 10ym bis 20ym liegen. Insbesondere sind auch Schichtdicken im Bereich weniger als 20 ym, beispielsweise auch mit dem Be- schichtungsmaterial 1 POSS ®, realisierbar.
Durch die erfindungsgemäße Kombination und Einarbeitung von Mikro-, Nano- sowie Sub-Nano (=Pico) -Partikeln lässt sich ein lösungsmittelverträgliches Precursorreagenz auf Epoxidharzba ¬ sis bereiten, welches durch einen Sprühprozess auf ein belie- biges Substrat aufgebracht werden kann. Eine anschließende
Härtung (z. B. Heißhärtung) bildet sodann die besondere, erfindungsgemäße finale Topologie aus, die zum einen die ge ¬ wünschte Hydrophobie einstellt und zum anderen eine bemer ¬ kenswerte Kratz- und Abriebstabilität aufweist.
Die Kombination der beschriebenen Materialien in der als bevorzugt dargestellten Ausführungsform, bei der die Verteilung der Partikel innerhalb der Schicht inhomogen ist, bewirkt, dass sich die hydrophoben Partikel einerseits mechanisch fest mit dem Bindersystem verbinden, andererseits dort konzent ¬ riert sind, wo sie wirken sollen, an der Oberfläche.
So sinkt ein Teil der Partikel ins Schichtsystem ein und ge ¬ währleistet auch nach Beschädigung der Schicht den Fortbestand der superhydrophoben Eigenschaften. Ein Großteil der aufgebrachten Partikel verbleit an der Binderoberfläche, bil ¬ det die gewünschte Oberflächenstruktur ist aber mechanisch im Binder verankert.
Die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung entsprechen im Wesentlichen denen des Binders. Wird beispielsweise ein PU-Lacksystem verwendet, so können ausgezeichnete Wisch-, Kratz- und Scheuerbeständigkeiten erreicht werden.
Im Ausführungsbeispiel wurde ein Epoxidharzbauteil mit oben beschriebener Zusammensetzung beschichtet. Ein Vorteil in der Beschichtung von Substraten auf Epoxidharzbasis ist die
Gleichheit beider Basismaterialien. So kann ein Epoxidharz- Substrat beim thermischen Aushärten der erfindungsgemäßen Epoxidharzbeschichtung zusätzlich mit dem Coating vernetzen und für eine sehr gute Haftung der Beschichtung sorgen. Dadurch kann Delamination bei starker mechanischer Belastung verhindert werden.
Oberflächen von elektrischen Isolatorbauteilen aus herkömmlichen aromatischen Bisphenol-A/F-Harzen können mit der erfindungsgemäßen Rezeptur leicht und kostengünstig hydrophobi- siert werden. Damit besteht die Möglichkeit, die etablierten aromatischen Harze für den Outdoor-Bereich zu benutzen, die dabei gleichzeitig jedoch hydrophobe Eigenschaften aufweisen.
Durch das kratzwidrige Einbettharz auf POSS -Basis kann diese Schicht bei hoher Resistenz und guter Flexibilität sehr dünn gehalten werden (typischerweise Schichtdicken weniger als 20 ym) . Die zusätzliche Hydrophobisierung mittels wasserabwei- senden POSS -Derivaten (No 5) führt zu weiterem Stabilitätsge ¬ winn der Partikeloberflächen bei gleichzeitiger Kontaktwinkelzunahme. Derartig gecoatete Substrate können etwa bei Kriechstromfestigkeitsversuchen durch das rasche Abtropfen und der geringen Neigung zur Benetzung lange Lebenszeiten aufweisen .
Ausführungsbeispiel
Im Ausführungsbeispiel 3 wurde ein ABS Kunststoffbauteil mit oben beschriebener Zusammensetzung beschichtet. Nach genau 240 s Antrocknungsphase wurde 1 g Aeroxide LE 1 (Degussa Evo- nik) durch ein Sieb auf die angetrocknete Beschichtung ge ¬ streut. Die Schicht wurde an Luft über Nacht getrocknet und ausgehärtet. Anschließend wurde der Wasserkontaktwinkel ge ¬ messen. Er betrug 155°.
Im erfindungsgemäßen Falle handelt es sich beim Bindermaterial um ein Polyurethan bestehend aus einem Diol, einem Cyanat als Härter und Butylacetat als Verdünnung in einem Mischungs ¬ verhältnis 4:1:5. Als Feststoffkomponente wurde alkylsilanmo- difiziertes, flammpyrolytisch hergestelltes Quarzgut Aero- sil™, Aeroxide® LEI, d50=20 nm verwendet. Die Applikation des PU-Lacks kann durch verschiedene industriell etablierte Verfahren erfolgen; dazu zählen u. a. Sprühen, Tauchen, Schleudern, Rakeln, Jetten, Dispensen.
Die applizierte erfindungsgemäß bereitete Mischung wird nach dem Auftragen auf den jeweiligen Substraten für genau 240s vom Lösemittel an Luft befreit bzw. angetrocknet und an ¬ schließend mit der Feststoffkomponente bestreut bis das Sub ¬ strat vollständig mit der Feststoffkomponente bedeckt ist. Anschließend wird das Substrat 30 min an Luft getrocknet. Überstehender Feststoff wird abgeblasen und das Substrat wei ¬ tere 12 Stunden an Luft getrocknet. Das beschriebene Schichtsystem wurde in einem Projekt zur
Hydrophobierung von Trafoklötzen aus Polyamid erfolgreich getestet. Eine Anwendung, insbesondere in bereits bestehenden Anlagen als Nachrüstungslösung wird als vielversprechend eingeschätzt .
Beschichtete Bauteile versprechen somit neben einem Selbst ¬ reinigungseffekt hohe Resistenzen gegen wetterbedingte Schad ¬ belastung. Des Weiteren sind die elektrischen Durchschlagfestigkeiten von Epoxidharzmatrices literaturbekannt hoch
(>30 kV/mm) . Aufgrund der gering benötigten Schichtdicken stellt dies ein enormes Kosteneinsparungspotential im Gegen ¬ satz zum herkömmlichen Kautschukcoating dar.
Figur 1 zeigt das Ergebnis der Salzkammerbesprühung .
Zur Untersuchung der Resistenz einer derartig gecoateten Oberfläche eines handelsüblichen Epoxidharzes auf Bisphenol- A-Diglycidylether/Säureanhydridbasis gegenüber witterungs ¬ ähnlichen Außenbedingungen wurde ein zyklischer Salzsprühtest der Schärfestufe 2 nach DIN EN 60068-2-52 [2] vollzogen. Dazu wurden fünf Epoxidharzprobekörper erfindungsgemäß wie unter Punkt 5 beschichtet und sodann drei Sprühphasen (Natriumchlo ¬ ridlösung, 5 Gew.-%) von je 2h mit jeweils zwischengeschalte ¬ ter 20stündiger Klimalagerung bei 40°C/93% r. H. unterzogen. Figur 1 zeigt den Verlauf des Wasserkontaktwinkels über der Zyklenzahl .
Wie Figur 1 zu entnehmen, erfährt die erfindungsgemäß gecoa- tete Schicht im Mittel eine Abnahme von 7% über die ganze Be- sprühungsperiode . Die unbeschichtete Blindprobe erleidet durch die Behandlung mit der Salzlösung und anschließender Klimalagerung eine Oberflächenschädigung, wobei es zur Erhöhung der mittleren Rauhigkeit kommt. Dies äußert sich in ei- ner Zunahme des Benetzungswinkels . Das erfindungsgemäße Coa- ting zeigt somit überlegene Resistenz gegenüber witterungsbe ¬ dingter Oberflächenbeanspruchung . Zur Untersuchung der Resistenz eines beschichteten Epoxidharzbauteils zur Nutzung im Außenbereich gegenüber starker Sonneneinstrahlung wurde eine UV - Belastungsprüfung durchgeführt. Dazu wurden fünf Epoxidharzprobekörper beschichtet und sodann 100 Stunden in einem Suntest Prüfgerät starkem Sonnenlicht ausgesetzt. Ein Vergleich der Kontaktwinkel vor und nach der Belastung soll Auskunft über die UV Beständig ¬ keit geben.
Als Ergebnis konnte festgestellt werden, dass im Mittel der Kontaktwinkel um 2 % abgenommen hat. Diese minimalen Einbußen haben allerdings keinen Einfluss auf die Effektivität der er ¬ findungsgemäßen Beschichtung und so kann diese als UV beständig angesehen werden. Beide Prüfungen wurden mit Hinblick auf die Prüfungsnorm ASTM G154 unternommen, welche einen Salzsprühtest und eine UV - Belastungsprüfung vereint.
Figur 2 zeigt die Ausführungsform, bei der die Partikel nicht mehr vom Matrixmaterial umschlossen sind; sie liegen zum Teil frei an der Oberfläche. Die Oberflächenmodifizierung der Partikel bleibt für die Hydrophobie der Beschichtung voll erhal ¬ ten . Das Absinken der Partikel kann ebenfalls durch Materialaus ¬ wahl und Prozessführung ausgeschlossen werden. Ein Einsinken in die Schicht bis zum Substrat ist durch das Antrocknen des Schichtmaterials nicht möglich. Die Partikel sinken nur ge ¬ ringfügig in das Schichtmaterial ein. Dadurch bleibt die Funktionalität der Modifizierung an der Oberfläche erhalten. Durch das kontrollierte Einbetten der Partikel auf bzw. in das Schichtmaterial bildet sich eine hohe mechanische Stabi- lität im Bezug auf die Beibehaltung der superhydrophoben Eigenschaften der Partikeloberfläche aus.
Durch die erfindungsgemäße Kombination und Aufbringung von hydrophob durch Oberflächenbeschichtung modifizierten Nano- partikel lässt sich ein lösungsmittel-verträgliches Precur- sorreagenz auf PU-Lack Basis bereiten, welches durch einen Sprühprozess auf ein beliebiges Substrat aufgebracht werden kann. Die anschließende Einarbeitung der Partikel bildet so- dann die besondere Topologie aus, die zum einen die gewünsch ¬ te Hydrophobie einstellt und zum anderen eine bemerkenswerte Kratz- und Abriebstabilität aufweist.
Die Erfindung betrifft Beschichtungen für alle Arten von Oberflächen, insbesondere von Isolationskunststoffen im Außeneinsatz, insbesondere für Trafoklötze aus Polyamid zur Verbesserung der Wetterresistenz, des Korrosionsschutzes und der Kriechstromfestigkeit. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung derartiger Trafoklötze. Nach der Erfindung werden hydrophobe Partikel vor allem im Oberflächenbereich der Beschichtung eingebaut.
Next Patent: COMPOUND MATERIAL FOR SUPPORTING BLOCKS AND METHOD FOR PRODUCING SAID MATERIAL