DE10149933A1

DE10149933A1 - Glas-, Glaskeramik- oder Keramikgefäß mit verbesserten Ausgießverhalten für wässrige Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE10149933A1
Application number: DE2001149933
Authority: DE
Inventors: Hatto Brand
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Es wird ein Glas-, Glaskeramik- oder Keramikgefäß mit verbessertem Ausgießverhalten für wäßrige Flüssigkeiten beschrieben, bei dem der Gießrand mit einer siliciumorganischen hydrophoben Schicht versehen ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Glas-, Glaskeramik- oder Keramikgefäß mit verbessertem Ausgießverhalten für wässrige Flüssigkeiten.
Es ist bekannt, dass Gefäße aus Keramik, Glaskeramik oder Glas, z. B. Kaffeekannen, Milchkännchen, Glaskrüge von Kaffeemaschinen, Mixerbecher und dergleichen häufig ein unbefriedigendes Ausgießverhalten besitzen. Dieses unbefriedigende Ausgießverhalten macht sich dadurch bemerkbar, dass an der Tülle einer Kaffee- oder Teekanne, an der Ausgießnase von Milchkännchen oder Kaffeekrügen nach dem Ausgießen außen Tropfen herunterlaufen, die im ungünstigsten Fall zu einer Kranzbildung auf der Unterlage führen.
Diesem Mangel hat man zum Beispiel bei Kaffeekannen früher dadurch abgeholfen, dass unterhalb der Tülle im Fließweg des Tropfens ein sogenannter Tropfenfänger angeordnet wurde. Diese Tropfenfänger wirkten rein mechanisch durch Aufsaugen des Tropfens in das Material des Tropfenfängers.
Damit wurde allerdings nicht die Ursache des Tropfens, sondern lediglich seine Auswirkung, nämlich die Kranzbildung auf den Unterlagen, vermieden. Da die Tropfenfänger im übrigen kein sehr attraktives Aussehen besitzen, wird diese Form des Verhinderns von Tropfen in der Praxis nicht mehr verwandt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Glas-, Glaskeramik- oder Keramikgefäß zu finden, bei dem die Tropfenbildung weitgehend vermieden ist.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Glas-, Glaskeramik- oder Keramikgefäß gelöst.

Es konnte gefunden werden, dass sich das Ausgießverhalten für wässrige Flüssigkeiten wesentlich verbessern lässt, wenn der Gießrand des Gefäßes mit einer siliziumorganischen hydrophoben Schicht versehen ist. Unter Gießrand wird der Teil des Randes beziehungsweise der Tülle verstanden, über den die wässrige Flüssigkeit aus dem Gefäß gegossen wird. Es ist jedoch auch möglich und mitunter ökonomischer, wenn der gesamte Rand des Gefäßes beziehungsweise die gesamte Tülle oder sogar das gesamte Gefäß mit der siliziumorganischen hydrophoben Schicht versehen wird. Siliziumorganische Schichten werden deswegen bevorzugt, weil sie sich günstig auf dem Material des Gefäßes verankern lassen. Die Oberfläche eines Gefäßes aus Glas, Glaskeramik oder Keramik ist im allgemeinen hydrophil, weil die in der Oberfläche des Gefäßes vorhandenen Siliziumatome OH-Gruppen tragen, die eine starke Affinität zu den Wassermolekülen der wässrigen Flüssigkeit besitzen. Belegt man jetzt die Oberfläche mit einer Substanz, die von der Oberfläche her wegweisende Alkylreste besitzt, so wird die Oberfläche wasserabstoßend und die unerwünschte Tropfenbildung und das Herunterlaufen von Tropfen beim Ausgießen findet nicht mehr statt.

Da die hydrophobe Schicht auch nach vielen Wasch- und Spülvorgängen erhalten bleiben muss, ist es erforderlich, die Schicht chemisch in der Oberfläche des Gießrandes zu verankern. Man benutzt dazu Verbindungen, die in der Lage sind, mit den an der Oberfläche des Gießrandes vorhandenen OH- Gruppen zu reagieren. Besonders geeignet für diesen Zweck sind Polyalkylwasserstoffsiloxane und Perfluoralklylsilane. Bei den Polyalkylwasserstoffsilanen reagiert vermutlich das Wasserstoffatom des Siloxans mit der OH- Gruppe in der Oberfläche unter Abscheidung von Wasserstoff und Ausbildung einer weiteren Siloxanbindung. Die Polyalkylwasserstoffsiloxane besitzen die allgemeine Formel:

in der R₁ bis R₄ jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeuten und n eine ganze Zahl von ≥ 1 bedeutet. Die Gruppen R₁ bis R₄ können gleich oder auch unterschiedlich sein. Bevorzugt werden Polyacrylwasserstoffsiloxane, in der R₁ bis R₄ Methyl und n ≥ 1 bedeuten. Es können aber auch R₁ bis R₃ Methyl und R₄ Äthyl oder R₁ bis R₃ Äthyl und R₄ Methyl bedeuten. Die Wasserstoffatome der Alkylgruppen mit 1 bis 3 C-Atomen (Methyl, Äthyl, Propyl, i-Propyl) können auch ganz oder teilweise durch Fluoratome substituiert sein, wodurch sie die hydrophobe Wirkung verstärkt. Insbesondere geeignet sind Polyalkylwasserstoffsiloxane, in denen die Wasserstoffatome der Alkylgruppen R₁ bis R₃ ganz oder teilweise durch Fluor substituiert sind.

Die hydrophobe Schicht kann auch durch Behandeln der Oberfläche des Gießrandes mit einem Perfluoralkylsilan der Formel:

(R₅R₆)_nSiX_4-n

hergestellt sein. In dieser Formel bedeuten R₅ einen Perfluoralkylrest mit 1 bis 30, bevorzugt 1-16, insbesondere 4-10 C-Atomen und R₆ einen Alkyl- oder Acetoxirest und n eine ganze Zahl < 4 bedeuten. X bedeutet bevorzugt eine Chlor-, Jod-, Methyl-. Ethoxi- oder Acethoxigruppe. Bevorzugte Perfluoralkylsilane sind insbesondere Perfluoralkylethyltrichlorsilan, Perfluoralkylethyltrimethoxisilan, Perfluoralkylethyldichloro(methyl)silan und dergleichen. Diese Verbindungen reagieren mit reaktiven Gruppen in der Oberfläche des Glases bzw. der Keramik unter Ausbildung einer molekularen Bindung. Diese chemische Bindung ist sehr stabil und wird auch durch Häufiges Waschen und Spülen nicht aufgebrochen. Die aus Perfluoralkylsilanen hergestellte Schicht kann noch durch Vernetzung mit einem Olefintelomer der allgemeinen Formel C_mF_2m-1CH=CH₂, worin m 1-30 bedeutet, verstärkt werden. Die bevorzugten Olefintemolare sind eine Mischung von Verbindungen der oben genannten Formel, worin m zwischen 1-16 bevorzugt zwischen 4 und 10 liegt. Eine derartig mit Olefintelomeren verstärkte Schicht ist z. B. in EP 04 52 723 A1 beschrieben.

Eine weitere Möglichkeit, den Gießrand mit einer hydrophoben Schicht zu versehen besteht darin, die Schicht durch Reaktion der Oberfläche mit einem Polyalkylsilanol herzustellen. In diesem Fall reagiert die OH-Gruppe des Solanols mit einer OH-Gruppe unter Siloxanbildung. Besonders geeignet sind Triimethylsilanol, Dimethylsilandiol, Triethylsilanol, Diethylsilandiol, n- und i- Tripropylsilanol und n- bzw. i-Dipropylsilandiol. Geeignet sind ferner Silanole, die auch bereits teilweise kondensiert sein können und neben der Silanolgruppe auch noch in kleinen Mengen Siloxanbindungen enthalten.

Die Behandlung des Gießrandes findet so statt, dass die siliziumorganischen Verbindungen in einem geeigneten Lösungsmittel, im Falle von Silanolen auch als wässrige Emulsion, auf den Rand aufgetragen und anschließend durch eine Wärmebehandlung mit den OH-Gruppen der Oberfläche des Randes zur Reaktion gebracht werden. Geeignete Lösungsmittel sind solche, die nicht selbst mit der siliziumorganischen Verbindung reagieren, insbesondere Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Heptan, Oktan, Toluol und Naphtha, chlorierte Kohlenwasserstoffe und fluorierte Kohlenwasserstoffe, z. B. Trichlortrifluorethan und Methylenchlorid. Ferner sind mitunter geeignet Methanol, Ethanol, Isopropanol, Propanol oder auch Aceton, Methylethylketon, Ethylacetat und ähnlich Ester. Der Gehalt der siliziumorganischen Verbindung in dem Lösungsmittel beträgt etwa 0,005 bis 5 Gew.-%, bevorzugt etwa 0,05 bis 2 Gew.-%. Der Gehalt kann sehr klein gewählt werden, weil die Schicht mit der Oberfläche eine chemische Bindung eingeht und es daher im allgemeinen ausreichend ist, denn die Oberfläche mit einer monomolekularen Schicht bedeckt ist. Bei der Ausbildung der Schichtdicke vor dem Einrennen muss jedoch berücksichtigt werden, dass während des Einbrennens und durch Verdampfen Moleküle aus der Schicht verschwinden können und daher die Schicht im allgemeinen zunächst etwas dicker gewählt werden muss. Es ist auch möglich, dickere Schichten zu erzeugen, indem man die aufgebrachte siliziumorganische Schicht nicht nur mit der Unterlage durch chemische Reaktion verbindet, sondern auch durch Polymerisation bzw. Vernetzung der Moleküle der siliziumorganischen Verbindung untereinander herstellt. Dazu sind häufig Vernetzungskatalysatoren erforderlich, z. B. Zink-Oktoat, Eisen- Oktoat, Dibutyl-Zinn-Dilanrat, Zinn-Oktoat und dergleichen. Diese Katalysatoren kommen im allgemeinen in Mengen von etwa 1-10 Gew.-% bezogen auf die siliziumorganische Verbindung zur Anwendung.

Das Einbrennen bzw. Vernetzen erfolgt bei erhöhten Temperaturen und ist von der jeweils verwendeten Verbindung abhängig. Ein Fachmann kann aufgrund seines Fachwissens jedoch diese Temperaturen leicht und schnell bestimmen. Polyalkylwasserstoffsiloxane können z. B. bei Temperaturen von etwa 100 bis 190°C eingebrannt werden, wobei bei 100°C mehrerer Stunden, bei 190°C nur noch wenige Sekunden für die Reaktion erforderlich sind. Die erwähnten Perfluoralkylsilane werden bei Temperaturen von etwa 80 bis 270°C eingebrannt. Bei Temperaturen von 80°C werden mehrere Stunden gebraucht, bei 270°C reagiert die Verbindung mit der Glasoberfläche in wenigen Sekunden bis Minuten. Im Falle der Verwendung von Silikonölemulsionenen werden diese bei etwa 120 bis 270°C eingebrannt.

Das Aufbringen der die siliziumorganische Verbindung enthaltenden Lösung oder Emulsion kann auf alle herkömmlichen Weisen erfolgen, z. B. durch Aufsprühen, Einpinseln, Tauchen, Fluten und dergleichen.

Die Vorteile eines mit einer siliziumorganischen hydrophoben Schicht versehenen Gießrandes bestehen vor allem darin, dass aufgrund des großen Benetzungswinkels von > 70°, bevorzug > 90° und insbesondere zwischen 100 und 120° die Ausbildung von Tropfen, die über den Gießrand außen nach unten laufen, verhindert wird, und dadurch das unästhetische Aussehen eines Kannenrandes und Flecken und Kringel auf dem Tisch bzw. der Tischdecke vermieden werden.

Beispiele

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels weiter erläutert.

Beispiel

Herstellung der Lösung

50 ml 1107 fluid
1000 ml Aceton
Beider Flüssigkeiten in einem sauberen Glasgefäß zusammengeben und rühren, bis die Mischung homogen ist. Mixbecher ca. 30 mm in diese Flüssigkeit tauchen und im Ofen bei 100°C 30 min. trocknen. Den Ofen dann auf 150°C aufheizen, 15 min. Temperatur halten und dann abkühlen und bei ca. 80°C Glasteil aus Ofen entnehmen.

Claims

1. Glas-, Glaskeramik- oder Keramikgefäß mit verbessertem Ausgießverhalten für wäßrige Flüssigkeiten, wobei der Gießrand mit einer siliciumorganischen hydrophoben Schicht versehen ist und die hydrophobe Schicht durch Behandeln der Oberfläche des Gießrandes mit einem Polyalkylwasserstoffsiloxan oder einem Perfluoralkylsilan hergestellt ist.

2. Gefäß nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe Schicht durch Behandeln der Oberfläche des Gießrandes mit einem Polyalkylwasserstoffsiloxan der Formel

worin R₁ bis R₄ jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 C-Atomen und n eine ganze Zahl ≥ 1 bedeutet, hergestellt. ist.

3. Gefäß nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Alkylgruppen R₁ bis R₄ Methyl bedeuten.

4. Gefäß nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe Schicht durch Behandeln der Oberfläche des Gießrandes mit einem Perfluoralkylalkylsilan der Formel (R₅R₆)_nSiX_4-n in der R₅ ein Perfluoralkylrest mit 1 bis 30 C-Atomen R₆ ein Alkyl oder Alkylenrest mit 2 bis 3 C-Atomen, X ein Alkyl-, Halogen- Alkoxi- oder Acetoxirest und n eine ganze Zahl < 4 bedeuten, hergestellt ist.

5. Gefäß nach Anspruch 4, wobei R₅ ein Perfluoralkylrest mit 6 bis 16 C- Atomen, insbesondere mit 8 bis 10 C-Atomen bedeutet.

6. Gefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 oder 5, wobei die hydrophobe Schicht durch Behandeln der Oberfläche des Gießrandes mit einer Mischung aus einem Perfluoralkylalkylsilan und einem Olefintelomer der Formel C_mH_2m+1CH=CH₂ in der mit m 1 bis 16 bedeutet und in der die Alkylwasserstoffatome ganz oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, hergestellt ist.