GR20230100291A - Μεθοδος αναπτυξης αντιρρυπαντικων και αντιστατικων επικαλυψεων μεσω αυτοματοποιημενων συστηματων επιφανειακης επεξεργασιας - Google Patents

Abstract

Η παρούσα εφεύρεση αφορά μέθοδο ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων για στερεές επιφάνειες με αυτοματοποιημένο τρόπο. Η μέθοδος αναφέρεται στη σύνθεση του επικαλυπτικού διαλύματοςκαι στην εφαρμογή του σε αυτοματοποιημένα συστήματα επιφανειακής επεξεργασίας προκειμένου να παραχθεί ταχύτατα και με οικονομικό τρόπο μια προστατευτική επίστρωση κατά της ρύπανσης, ειδικά σε λεία υποστρώματα με υψηλή συγκέντρωση επιφανειακών υδροξυλίων. Η εφαρμογή της επίστρωσης πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Στο πρώτο, πραγματοποιείται επεξεργασία της επιφάνειας με ψεκασμό του επικαλυπτικού διαλύματος. Στο δεύτερο στάδιο η επικαλυμμένη επιφάνεια ξηραίνεται μέσω της διοχέτευσης αέρα. Οι επικαλυμμένες επιφάνειες εμφανίζουν ενισχυμένα αντιρρυπαντικά, αντιστατικά και υδροφοβικά χαρακτηριστικά,αποκτώντας τη μέγιστη λειτουργικότητά τους αμέσως μετά το στάδιο της ξήρανσης χωρίς να απαιτείται οποιαδήποτε άλλη επεξεργασία. Η μέθοδος έχει βιομηχανική εφαρμοσιμότητα, επιτρέποντας την επικάλυψη μεγάλων επιφανειών πριν την εγκατάσταση των, π.χ. στο στάδιο της επεξεργασίας ή συναρμολόγησης τελικών προϊόντων.

Description

Μέθοδος ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων μέσω αυτοματοποιημένων συστημάτων επιφανειακής επεξεργασίας.

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται σε μια νέα μέθοδο ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων για στερεές επιφάνειες με αυτοματοποιημένο τρόπο. Η μέθοδος αναφέρεται στη σύνθεση του επικαλυπτικού διαλύματος και στην εφαρμογή του σε αυτοματοποιημένα συστήματα επιφανειακής επεξεργασίας προκειμένου να παραχθεί ταχύτατα και με οικονομικό τρόπο μια προστατευτική επίστρωση κατά της ρύπανσης, κατάλληλη για οποιοδήποτε υπόστρωμα, ειδικά για λεία υποστρώματα με υψηλή συγκέντρωση επιφανειακών υδροξυλίων.

Υπόβαθρο και Βαθμός Καινοτομίας της Εφεύρεσης

Οι κοινές επιφάνειες προσροφούν διάφορους ρύπους, ιδιαίτερα όταν είναι εκτεθειμένες σε εξωτερικές συνθήκες. Οι επιπτώσεις της επιφανειακής ρύπανσης ποικίλλουν ανάλογα με την εφαρμογή και κάποιες φορές είναι εξαιρετικά σοβαρές, καθώς αφορούν την ανθρώπινη υγεία, τη λειτουργικότητα διατάξεων και την οικονομική απόδοση εξοπλισμού και συστημάτων.

Οι ρύποι μπορεί να είναι είτε ανόργανοι (π.χ. κοινά άλατα), είτε οργανικοί (π.χ. μύκητες). Η επιφανειακή ρύπανση οφείλεται συνήθως στη συσσώρευση κάποιου εκ των δύο παραπάνω τύπων ρύπανσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις μάλιστα, π.χ. σε αερολύματα (σκόνη), η ρύπανση μπορεί να οφείλεται στην ταυτόχρονη παρουσία και των δύο πηγών ρύπανσης.

Οι ανόργανοι ρύποι μπορεί να είναι είτε υδατοδιαλυτοί, είτε μη υδατοδιαλυτοί. Ως εκ τούτου, ένα υδατικό διάλυμα που διαβρέχει μια επιφάνεια, περιέχον εν διαλύσει ρυπογόνους παράγοντες, συντελεί στην εκδήλωση επιφανειακής ρύπανσης, ως αποτέλεσμα της εξάτμισης του διαλύτη (νερού). Η επιφανειακή ρύπανση εκδηλώνεται εν γένει μέσω διεργασιών προσρόφησης (είτε φυσικής, είτε χημικής) και στην περίπτωση ανόργανων και οργανικών μη υδατοδιαλυτών ρύπων, (βιορύπανση, σκόνη, κλπ), είναι το αποτέλεσμα ασθενών δυνάμεων Van der Waals, ιοντικών έλξεων και μηχανισμών ανταλλαγής φορτίου.

Ο καθαρισμός μιας ρυπασμένης επιφάνειας με καθαριστικά/απολυμαντικά μέσα αποτελεί κοινή πρακτική. Τα σκευάσματα αυτά περιέχουν επιφανειοδραστικές ουσίες που απομακρύνουν τους ρύπους ή θανατώνουν τους μικροοργανισμούς, συχνά όμως είναι βλαβερά για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Επιπλέον, η χρήση τους δεν λειτουργεί αποτρεπτικά στην επανεμφάνιση της ρύπανσης. Ως εκ τούτου, η εφαρμογή αντιρρυπαντικών και αντιστατικών (που παρέχουν δηλ. προστασία έναντι της σκόνης) επιφανειακών επιστρώσεων αποτελεί μια εξαιρετική εναλλακτική με πολλαπλές προεκτάσεις και ευρύ πεδίο εφαρμοσιμότητας (π.χ. ναυτιλία, κατασκευές, κλπ).

Πολλές προσπάθειες έχουν καταγραφεί στο παρελθόν [1-30] σχετικά με την ανάπτυξη αντιρρυπαντικών επικαλύψεων για στερεές, κυρίως λείες, επιφάνειες, συνήθως με υγροχημικές μεθόδους. Μεταξύ αυτών, η μέθοδος sol-gel είναι η πλέον κοινή, κυρίως σε υποστρώματα με επαρκή συγκέντρωση επιφανειακών υδροξυλίων [8, 13-15, 16, 29], Οι επικαλύψεις που παράγονται με τη μέθοδο αυτή αποκτούν τη μέγιστη λειτουργικότητα μετά από επεξεργασία της επιφάνειας σε ένα η περισσότερα στάδια [11], είτε υπό συνήθεις συνθήκες [7], είτε μετά από σκλήρυνση σε υψηλές θερμοκρασίες [26], Κάποια συστήματα εμφανίζουν σταθερότητα κατά την αποθήκευση, ενώ άλλα, κυρίως όσα είναι 2 συστατικών [14, 17] απαιτούν την επί τόπου παραγωγή του επικαλυπτικού διαλύματος, λίγο πριν την εφαρμογή. Η σταθερότητα στην UV, η αντοχή σε χημικά και σε διαβρωτικό περιβάλλον, καθώς και η αντίσταση στην εκτριβή αποτελούν βασικά κριτήρια ελέγχου της απόδοσης μιας επικάλυψης.

Η κατάλληλη προετοιμασία του υποστρώματος αποτελεί επίσης αναγκαία προϋπόθεση προκειμένου η επικάλυψη να εμφανίζει αυξημένη λειτουργικότητα και για το λόγο αυτό, ορισμένες ευρεσιτεχνίες [5, 12] εστιάζουν αποκλειστικά και μόνο στον παράγοντα αυτό. Όμως, παρά τη μεγάλη σημασία τους, οι διαδικασίες προετοιμασίας ή /και ενεργοποίησης του υποστρώματος πριν την επικάλυψη αναπόφευκτα εισάγουν επιπρόσθετα στάδια επεξεργασίας.

Επίσης, σε μεγάλη κλίμακα, η διαδικασία της επικάλυψης κοινών υποστρωμάτων εμφανίζει αρκετές δυσχέρειες. Οι βασικοί λόγοι είναι: α) ότι απουσιάζει μια μέθοδος, η οποία θα μπορούσε να εφαρμοστεί, ευχερώς και με οικονομικό τρόπο, σε βιομηχανικό περιβάλλον και ενδεχομένως στις υφιστάμενες εγκαταστάσεις της βιομηχανικής μονάδας χωρίς να είναι αναγκαίο να ενσωματωθούν νέα πολύπλοκα συστήματα αυτόματης εφαρμογής επικαλύψεων και β) ότι τα περισσότερα επικαλυπτικά συστήματα έχουν περιορισμένη εφαρμοσιμότητα.

Αναφορικά με την απουσία κατάλληλης μεθόδου για τη βιομηχανία, ενδεικτικά αναφέρεται η μικρή διείσδυση που έχουν σε αυτήν οι μέθοδοι CVD (chemical vapor deposition) και magnetron sputtering, που χρησιμοποιούνται για την επιφανειακή επεξεργασία υαλοπινάκων με επικαλύψεις εύκολου καθαρισμού (easy-to-clean). Η μέθοδος CVD αποδίδει μεν, υπέρλεπτες επικαλύψεις με υψηλή μηχανική αντοχή, περιορίζεται όμως αναγκαστικά σε εφαρμογές μικρής κλίμακας, λόγω της πολυπλοκότητας της διεργασίας, ή της χρήσης εξεζητημένων πρώτων υλών (π.χ. οργανομεταλλικών ενώσεων). Η δε τεχνική magnetron sputtering, παρά τη δυνατότητά της να συνδυαστεί, ως διεργασία, με το στάδιο της θερμικής σκλήρυνσης των υαλοπινάκων (tempering) έχει υψηλό κόστος εξοπλισμού, ενώ παράλληλα, η λειτουργικότητα της παραγόμενης επίστρωσης είναι, συνήθως, μη ικανοποιητική.

Όσον αφορά την εφαρμοσιμότητα των υφιστάμενων επικαλυπτικών συστημάτων, περιορίζεται λόγω διαφόρων παραγόντων, όπως είναι η μέθοδος εφαρμογής, ο χρόνος σκλήρυνσης, το πάχος και η διαφάνεια της επικάλυψης, το πλήθος των σταδίων της διαδικασίας επικάλυψης και ο χρόνος που απαιτεί καθένα από αυτά, ο χρόνος ζωής του επικαλυπτικού διαλύματος κατά την αποθήκευση, κλπ., με αποτέλεσμα τις περισσότερες φορές να δίνονται λύσεις ad hoc. Επιπρόσθετα, η επικάλυψη των επιφανειών (π.χ. των γυάλινων επιφανειών ενός κτιρίου) πραγματοποιείται συνήθως, επί τόπου, στην εγκατεστημένη διάταξη ή στο έργο.

Η αρχή λειτουργίας των επιστρώσεων κατά της ρύπανσης βασίζεται σε διάφορες τεχνολογίες, μεταξύ των οποίων η μεταβολή της επιφανειακής ενέργειας του υποστρώματος και η χρήση βιοκτόνων [17, 19-29], Όμως τις περισσότερες φορές, οι παραγόμενες επιστρώσεις αδυνατούν να συνδυάσουν διαφορετικά λειτουργικά χαρακτηριστικά, ιδιαίτερα σε μικρά πάχη. Για παράδειγμα, τα κλασικά φθοροπολυμερή παρέχουν υψηλή υδροκαι ελαιο-φοβικότητα, χωρίς όμως να αποτρέπουν τη συσσώρευση σκόνης, ενώ οι αντιστατικές επιστρώσεις που βασίζονται σε νανοδομημένο διοξειδίου του τιτανίου παρέχουν μεν, καλή προστασία έναντι της σκόνης, η αντιρρυπαντική τους όμως συμπεριφορά εξαρτάται από τη φύση της ρύπανσης.

Παράλληλα, η ακρίβεια και η ταχύτητα στην εφαρμογή της επικάλυψης, παραμένουν ζητούμενα. Η συνήθης τεχνική που εφαρμόζεται είναι ο ψεκασμός, σε διάφορες παραλλαγές (π.χ. HVLP, airless spraying, κλπ). Πρόκειται όμως για τεχνική που είναι ευαίσθητη στο χρήστη, ενώ συχνά οι απώλειες σε υλικό και η επιβάρυνση του περιβάλλοντος, λόγω του υπερψεκασμού (overspraying), αποτελούν σημαντικούς ανασταλτικούς παράγοντες.

Τέλος, η τοξικότητα ορισμένων πρώτων υλών (π.χ. φθοροπολυμερών) αποτελεί συχνά ένα παράπλευρο πρόβλημα των κοινών αντιρρυπαντικών επικαλύψεων.

Είναι φανερό ότι μια αντιρρυπαντική επίστρωση με ενισχυμένες αντιστατικές ιδιότητες, ευρύ πεδίο εφαρμοσιμότητας και ταχεία εφαρμογή, με αυτοματοποιημένο τρόπο, σε βιομηχανικό περιβάλλον, θα μπορούσε να έχει πολύ μεγαλύτερο «αποτύπωμα» στον περιορισμό της ρύπανσης των επιφανειών, διότι θα επέτρεπε την επικάλυψή των πριν την εγκατάσταση, π.χ. στο στάδιο της επεξεργασίας ή της συναρμολόγησης των τελικών προϊόντων.

Περιγραφή της Διεργασίας

Στην παρούσα εφεύρεση περιγράφεται η μέθοδος ανάπτυξης ενός επικαλυπτικού διαλύματος και η εφαρμογή του, μέσω αυτοματοποιημένων συστημάτων επιφανειακής επεξεργασίας, σε μια επιφάνεια προκειμένου να παραχθούν ταχύτατα και με οικονομικό τρόπο υπέρλεπτες αντιρρυπαντικές επιστρώσεις με ενισχυμένες αντιστατικές ιδιότητες.

Η εφαρμογή της επίστρωσης πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο λαμβάνει χώρα επικάλυψη της επιφάνειας μέσω ψεκασμού σε αυτήν κατάλληλου χημικού διαλύματος. Στο δεύτερο στάδιο λαμβάνει χώρα η ξήρανση της επικαλυμμένης επιφάνειας μέσω της διοχέτευσης μεγάλων ποσοτήτων αέρα από ανεμιστήρες. Μεταξύ των δύο σταδίων μπορεί να παρεμβάλλεται ένα στάδιο έκπλυσης της επικαλυμμένης επιφάνειας με απιονισμένο νερό. Για παράδειγμα, διοχετεύοντας απευθείας το επικαλυπτικό διάλυμα σε δεξαμενές κάθετων βιομηχανικών πλυντηρίων υαλοπινάκων, είναι δυνατή η παραγωγή αντιρρυπαντικών και αντιστατικών λεπτών υμενίων σε μεγάλες επιφάνειες, με αυτοματοποιημένο τρόπο.

Η επιφάνεια δέον να είναι καθαρή πριν την εφαρμογή και απαλλαγμένη από μεμβράνες. Για τη σύνθεση του επικαλυπτικού διαλύματος χρησιμοποιούνται αποκλειστικά, φιλικές προς το περιβάλλον πρώτες ύλες.

Το επικαλυπτικό διάλυμα παράγεται με μίξη των ακόλουθων συστατικών: i) ενός οργανοσιλανίου Τ με 3 υδρολυόμενες ομάδες, συγκεκριμένα ενός κατιονικού παραγώγου οργανοσιλανίων με τεταρτοταγή άλατα του αμμωνίου, του τύπου (I):

(A)3Si(R<1>)-N<+>-R<2>R<3>R<4>Ζ<->(I)

όπου Α αλκοξείδιο με έως 4 άτομα άνθρακα, R<1>δισθενής ρίζα κορεσμένου αλειφατικού ή αρωματικού υδρογονάνθρακα με έως 10 άτομα άνθρακα, R<2>, R<3>, υδρογόνο, ή αλκύλιο με έως 8 άτομα άνθρακα ή αρύλιο με 6 έως 10 άτομα άνθρακα, R<4>, ρίζα κορεσμένου ή ακόρεστου υδρογονάνθρακα με 1 έως 18 άτομα άνθρακα και Ω αλογόνο ή καρβοξύλιο, ή υδροξείδιο, ή φωσφορική, ή θειϊκή ή νιτρική ή τοσυλική ρίζα. Οι ομάδες R<2>, R<3>και R<4>μπορούν να ενώνονται μεταξύ τους σχηματίζοντας ετεροκυκλικές ενώσεις. ii) ένα ανόργανο ή οργανικό οξύ ως καταλύτη,

iii) μια αντιαφριστική ουσία S, κατά προτίμηση μια αλκοξυλιωμένη λιπαρή αλκοόλη,

iν) έναν οργανικό διαλύτη, κατά προτίμηση αλκοόλη,

iν) απιονισμένο νερό αγωγιμότητας μικρότερης των 10 μS/cm, προτιμητέα μικρότερης των 5 pS/cm.

Κατά προτίμηση, το επικαλυπτικό διάλυμα παράγεται σε μορφή συμπυκνώματος, το οποίο αφήνεται για γήρανση για τουλάχιστον 48 ώρες σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στην κατάσταση αυτή διατηρείται σταθερό για τουλάχιστον 1 έτος. Πριν την εφαρμογή αραιώνεται με απιονισμένο νερό ή/και αλκοόλη στην επιθυμητή συγκέντρωση.

Η εφαρμογή του επικαλυπτικού διαλύματος σε μια επιφάνεια έχει ως συνέπεια την ανάπτυξη αντιρρυπαντικών, αντιστατικών και υδατοπαθωτικών ιδιοτήτων. Με τον όρο αντιρρυπαντικές ιδιότητες νοείται η ικανότητα της επικαλυμμένης επιφάνειας να αποτρέπει τη συσσώρευση ρύπων και μικροοργανισμών και να αυτο-απολυμαίνεται. Με τον ίδιο όρο, νοείται επίσης η ικανότητα της επικάλυψης να εμφανίζει αλγοστατικές, βακτηριοστατικές και μηκυτοστατικές ιδιότητες. Οι αντιστατικές ιδιότητες αναφέρονται στην ικανότητα της επικάλυψης να αποτρέπει τη συσσώρευση αερολυμάτων. Με τον όρο υδατοαπωθητικές ιδιότητες νοείται η ικανότητα της επικαλυμμένης επιφάνειας να εμφανίζει γωνία επαφής με το νερό τουλάχιστον 80°.

Το επικαλυπτικό διάλυμα είναι κατάλληλο για χρήση σε αυτοματοποιημένα συστήματα, τα οποία διαθέτουν κατ' ελάχιστον ένα σύστημα ψεκασμού. Η επικάλυψη δέον να εφαρμόζεται με περιστροφική κίνηση μέσω σταθερών κυκλικών δίσκων που έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια. Κατά τη διάρκεια της εφαρμογής, η επιφάνεια θα πρέπει ιδανικά να κινείται με σταθερή, μικρή ταχύτητα, προκειμένου να επιτυγχάνεται ομοιομορφία στην απόθεση του επικαλυπτικού υλικού και να αποφεύγεται ο σχηματισμός περιοχών τοπικής περίσσειας. Μετά την εφαρμογή, η επικαλυμμένη επιφάνεια μπορεί να διαβραχεί με νερό χωρίς πρόβλημα, καθώς έτσι επιταχύνονται οι αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης των σιλανίων με το υπόστρωμα. Αμέσως μετά, θα πρέπει να έρχεται σε επαφή με ρεύμα αέρα προκειμένου να στεγνώσει ακαριαία, ή ιδανικά, να συμβαίνουν και οι δύο διεργασίες με την παραπάνω σειρά.

Ένα κατάλληλο αυτοματοποιημένο σύστημα εφαρμογής επικαλύψεων είναι τα κάθετα βιομηχανικά πλυντήρια υαλοπινάκων. Αυτά είναι σχεδιασμένα ώστε να εκπλένουν μεγάλες γυάλινες επιφάνειες (π.χ. έως 3,5 m x 9 m), κατά την προχώρηση αυτών προς μία κατεύθυνση με σταθερή ταχύτητα μέσω ειδικού συστήματος μεταφοράς με κυλινδρικά ράουλα. Τα τελευταία οδηγούν τον υαλοπίνακα από την περιοχή εισόδου στο κεντρικό σώμα του πλυντηρίου όπου ψεκάζεται απεσταγμένο νερό ή ειδικό καθαριστικό διάλυμα και η επιφάνεια εκπλένεται από ειδικές βούρτσες, τοποθετημένες εκατέρωθεν αυτής και αντικριστά μεταξύ τους. Μια συνήθης διευθέτηση είναι 6 βούρτσες τοποθετημένες σε τρεις 2-άδες κατά την κατεύθυνση κίνησης του υαλοπίνακα. Ο τελευταίος προχωρά, για παράδειγμα, από αριστερά προς δεξιά, με σταθερή ταχύτητα, π.χ. 10 m/min, ανάμεσα στις βούρτσες, οι οποίες περιστρέφονται με συγκεκριμένη ταχύτητα. Κάποιες φορές μάλιστα, προκειμένου να εκπλυθούν ομοιόμορφα ευαίσθητες επιφάνειες τα πλυντήρια είναι εξοπλισμένα με συστήματα συγχρονισμού, για τον ακριβή έλεγχο της ταχύτητας περιστροφής των βουρτσών. Το ελάχιστο επιτρεπτό μέγεθος του υαλοπίνακα σε κάθετα πλυντήρια είναι συνήθως της τάξης των 15 cm x 35 cm, ενώ το πάχος του μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ π.χ. 3 mm και 100 mm. Είναι φανερό ότι η διακύμανση των διαστάσεων και του πάχους των υαλοπινάκων μπορεί να είναι αρκετά ευρεία, γεγονός που σημαίνει ότι είναι δυνατή η έκπλυση, τόσο μικρών και λεπτών επιφανειών, όσο και παχύτερων και μεγάλων επιφανειών, με το ίδιο σύστημα. Τα περισσότερα εκ των κάθετων πλυντηρίων υαλοπινάκων διαθέτουν δύο μεταλλικές (π.χ. από ανοξείδωτο χάλυβα) δεξαμενές. Στην πρώτη (δεξαμενή πρόπλυσης), τοποθετείται απιονισμένο νερό ή καθαριστικό διάλυμα/απορρυπαντικό/αφαλατικό για την πρόπλυση του υαλοπίνακα (π.χ. από σκόνες, άλατα, δαχτυλιές, κλπ). Στη δεύτερη (δεξαμενή πλύσης), τοποθετείται και πάλι απιονισμένο νερό ή καθαριστικό διάλυμα για την κύρια πλύση του υαλοπίνακα. Εν συνεχεία, και καθώς ο υαλοπίνακας εξακολουθεί να κινείται προς την ίδια κατεύθυνση και με την ίδια ταχύτητα εισέρχεται στο τμήμα του πλυντηρίου όπου λαμβάνει χώρα ξήρανση της επιφάνειας μέσω εξαναγκασμένης ροής αέρα από ειδικά σχεδιασμένους ανεμιστήρες. Τελικά, μέσω του ίδιου συστήματος μεταφοράς με τα κυλινδρικά ράουλα, ο υαλοπίνακας οδηγείται στην περιοχή εξόδου του πλυντηρίου, όπου και παραλαμβάνεται σε καθαρή και ξηρή κατάσταση, κατάλληλος για περαιτέρω επεξεργασία (κοπή, συναρμολόγηση, κλπ).

Αποδείχθηκε απροσδόκητα, ότι αν αντί του συμβατικού διαλύματος πρόπλυσης χρησιμοποιηθεί το προαναφερθέν επικαλυπτικό διάλυμα και ότι αν αντί του συμβατικού διαλύματος πλύσης χρησιμοποιηθεί απεσταγμένο (ή απιονισμένο) νερό, η επικάλυψη εφαρμόζεται ταχύτατα με άριστα αποτελέσματα. Η επικαλυμμένη επιφάνεια καθίσταται ισχυρά υδρόφοβη εμφανίζοντας γωνία επαφής με το νερό τουλάχιστον 96° και αποτρέπει τη συσσώρευση λεπτομερούς σκόνης, ρύπων, αλάτων και βακτηρίων.

Αποδείχθηκε επίσης απροσδόκητα ότι η επικάλυψη εφαρμόζεται με πολύ καλά αποτελέσματα ακόμα και όταν στη δεξαμενή πλύσης δεν χρησιμοποιηθεί απεσταγμένο νερό, οπότε αυτή παραμένει είτε άδεια, είτε πληρώνεται με το ίδιο επικαλυπτικό διάλυμα που χρησιμοποιείται και στη δεξαμενή πρόπλυσης. Στην περίπτωση αυτή πάντως, η επίστρωση καθίσταται λειτουργική με κάποια χρονική καθυστέρηση.

Αποδείχθηκε επίσης απροσδόκητα, ότι οι επικαλυμμένες επιφάνειες μετά το στάδιο της ξήρανσης εξέρχονται από το πλυντήριο εντελώς καθαρές και στεγνές, χωρίς υπολείμματα και χωρίς να απαιτείται οποιαδήποτε άλλη επεξεργασία (π.χ. θέρμανση για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα ή απομάκρυνση της περίσσειας υλικού μέσω γυαλίσματος της επιφάνειας) προκειμένου η επίστρωση να αποκτήσει τη μέγιστη λειτουργικότητά της. Το φαινόμενο αυτό αποδόθηκε α) στον καταλυτικό ρόλο που έχει η εγκάρσια περιστροφική κίνηση των βουτσών υπό την ταυτόχρονη διαμήκη μετακίνηση της επιφάνειας, και β) στην ακαριαία ξήρανση της επίστρωσης, μέσω της στιγμιαίας διοχέτευσης υψηλού όγκου αέρα. Πιο συγκεκριμένα, οι βούρτσες ασκούν ορθή πίεση με ταυτόχρονη περιστροφή που αναγκάζουν το επικαλυπτικό υλικό να διεισδύσει στους μικρο-πόρους της επιφάνειας. Κατά την προχώρηση του υαλοπίνακα ασκούνται παράλληλα διατμητικές τάσεις στη διεπιφάνεια βούρτσας-υποστρώματος, που επενεργούν δραστικά στην εξομάλυνση του αναπτυχθέντος υμένα. Επίσης, η διοχέτευση αέρα επιταχύνει την ολοκλήρωση των αντιδράσεων και την ενίσχυση της πρόσφυσης του αναπτυχθέντος υμένα, διότι οι αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης μεταξύ των υδρολυμένων σιλανίων, ο σχηματισμός των οποίων έχει ευνοηθεί στο στάδιο της πρόπλυσης, διευκολύνονται καθώς το παραγόμενο νερό αποβάλλεται πολύ πιο γρήγορα (εξαναγκασμένα). Με άλλα λόγια, οι αντιδράσεις μετασχηματισμού των δεσμών υδρογόνου, που σχηματίζονται μεταξύ των υδρολυτικά αποτιθέμενων σιλανίων και των σιλανολών του υποστρώματος, σε σταθερούς τερματικούς σιλοξανικούς δεσμούς, στρέφονται ακαριαία προς τα δεξιά, λόγω της ταχείας απομάκρυνσης του παραγόμενου νερού:

R-Si-OH Si-OH → R-Si-O-Si Η2O| R: οργανο-λειτουργική ομάδα.

Το αποτέλεσμα είναι η ανάπτυξη ενός συμπαγούς υμένα, υπο-μικρών διαστάσεων, ο οποίος προσφύεται ισχυρά στην επιφάνεια, τροποποιώντας μόνιμα τις ιδιότητές της. Είναι φανερό ότι ο παραπάνω μηχανισμός ευνοείται ισχυρά σε υποστρώματα με υψηλή συγκέντρωση επιφανειακών υδροξυλίων.

Σημειώνεται ότι σε ορισμένα βιομηχανικά πλυντήρια, η πρόπλυση μπορεί να διεξάγεται σε δύο στάδια και οι συνολικές δεξαμενές του πλυντηρίου να είναι τρεις. Στην περίπτωση αυτή, το επικαλυπτικό διάλυμα τοποθετείται στις δύο πρώτες. Η τρίτη, δηλ. η δεξαμενή της πλύσης, θα πρέπει ιδανικά (χωρίς όμως να είναι εντελώς απαραίτητο), να πληρωθεί με απιονισμένο νερό για την απομάκρυνση των υπολειμμάτων της επικάλυψης.

Οι δεξαμενές πρόπλυσης και πλύσης δέον να είναι ερμητικά κλειστές, ώστε να μην υπάρχουν απώλειες λόγω εξάτμισης, είτε κατά τη λειτουργία, είτε κατά την αδράνεια του συστήματος.

Απροσδόκητα διαπιστώθηκε ότι το επικαλυπτικό διάλυμα δεν μολύνεται με την πάροδο του χρόνου και ότι διατηρεί τη δραστικότητά του ακόμα και μετά από επαναλαμβανόμενες εφαρμογές σε μεγάλες επιφάνειες, καθώς και μετά από παρατεταμένες περιόδους αδράνειας του συστήματος. Διαπιστώθηκε επίσης ότι το επικαλυπτικό διάλυμα βοηθά στον καθαρισμό του υποστρώματος, όταν το τελευταίο δεν είναι απολύτως καθαρό πριν την εφαρμογή, η επιμόλυνσή του όμως κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων εφαρμογών σε μη καθαρά υποστρώματα πιθανόν να μειώσει την αποδοτικότητά του με την πάροδο του χρόνου.

Η περιεκτικότητα του οργανοσιλανίου στο επικαλυπτικό διάλυμα είναι μεταξύ 0,0007% και 5% κ.β., προτιμητέα μεταξύ 0,01% και 1% κ.β., ακόμα πιο προτιμητέα μεταξύ 0,04% και 0,4%. Επίσης, η αναλογία βαρών μεταξύ του οργανοσιλανίου και της αντιαφριστικής ουσίας είναι μεταξύ 1:1 και 1:500, προτιμητέα μεταξύ 1:1 και 1:50, ακόμα πιο προτιμητέα μεταξύ 1:1 και 1:5.

Η αντιαφριστική ουσία παρεμποδίζει τον έντονο αφρισμό του επικαλυπτικού διαλύματος, η οποία προκαλείται κατά την άντλησή του από τις δεξαμενές των αυτοματοποιημένων συστημάτων. Επίσης, μειώνει την επιφανειακή τάση του επικαλυπτικού διαλύματος. Κατάλληλες αντιαφριστικές ουσίες είναι, για παράδειγμα, τα πολυδιμεθυλοσιλοξάνια και τα παράγωγα σιλικόνών, καθώς και ορισμένες αλκοξυλιωμένες λιπαρές αλκοόλες, προτιμητέα όσες αποτελούνται από 8 έως 20 άτομα άνθρακα. Το επικαλυτικό διάλυμα είναι υδατικής βάσεως. Για την παρασκευή του απαιτείται απιονισμένο νερό αγωγιμότητας μικρότερης των 10 μS/cm, προτιμητέα μικρότερης των 5 μS/cm. Θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται μέριμνα, ώστε κατά τη διάρκεια λειτουργίας του συστήματος να επιμολύνεται το λιγότερο δυνατό και η αγωγιμότητά του να μην αυξάνει δραματικά, ώστε να εξασφαλίζεται σταθερή ποιότητα στο τελικό προϊόν.

Ο καταλύτης μπορεί να είναι ένα ανόργανο ή οργανικό οξύ. Ιδιαίτερα πλεονεκτικό είναι το οξικό οξύ.

Ο οργανικός διαλύτης βελτιώνει τη διαβροχή υποστρωμάτων χαμηλής επιφανειακής ενέργειας, αυξάνει τη λιπαρότητα του επικαλυπτικού διαλύματος και επιταχύνει την εξάτμισή του. Θα πρέπει να χρησιμοποιείται σε ποσοστό ώστε το σημείο ανάφλεξης του επικαλυπτικού διαλύματος να παραμένει σε θερμοκρασία περιβάλλοντος μικρότερο των 60 °C. Μεταξύ των οργανικών διαλυτών, οι κατώτερες μονοσθενείς αλκοόλες εμφανίζονται ιδιαίτερα πλεονεκτικές, ιδιαίτερα σε περιεκτικότητες μικρότερες του 10% κ.β, προτιμητέα μικρότερες του 5% κ.β.

Η παρασκευή του διαλύματος επικάλυψης λαμβάνει χώρα εντός κατάλληλων δεξαμενών ή αντιδραστήρων. Πρώτα εισάγεται το νερό και μετά, ο καταλύτης και ο οργανικός διαλύτης. Ακολουθεί, υπό συνεχή, ήπια ανάδευση, η σταδιακή (π.χ. εντός 10 min) προσθήκη του οργανοσιλανίου και τέλος, του αντιαφριστικού. Το διάλυμα είναι έτοιμο για χρήση, σχεδόν αμέσως, και έχει διάρκεια ζωής τουλάχιστον 2 έτη. Δέον να παράγεται σε μορφή συμπυκνώματος, από το οποίο με κατάλληλη αραίωση (π.χ. σε αναλογία βαρών 1 :19) με απιονισμένο νερό, να προκύπτει το έτοιμο, προς χρήση, επικαλυπτικό διάλυμα.

Το επικαλυπτικό διάλυμα μπορεί, επιπλέον, να περιέχει συντηρητικά, διαβρέκτες, πρόσθετα, επιφανειακοδραστικές ουσίες, κλπ., χωρίς να αλλοιώνονται η λειτουργικότητα και η εφαρμοσιμότητά του. Μπορεί ακόμα να αξιοποιηθεί ως πρόσθετο, π.χ. υφαλοχρωμάτων. Επίσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί με οποιοδήποτε σύστημα εφαρμογής επικαλύψεων με αυτόματο έλεγχο, του οποίου η αρχή λειτουργίας βασίζεται σε παρόμοια λογική, π.χ. μια εγκατάσταση ή μια διάταξη καθαρισμού επιφανειών. Με τις αναγκαίες τροποποιήσεις, κατάλληλα συστήματα μπορεί να είναι επίσης τα ρομπότ για τον καθαρισμό των υφάλων των πλοίων, τα οποία μετακινούνται κατά μήκος της επιφάνειας παραμένοντας συνδεδεμένα σταθερά σε αυτήν, μέσω μαγνητών. Με τη χρήση κατάλληλων βουρτσών και μπεκ ψεκασμού, το ρομπότ μπορεί να μετακινείται, εφαρμόζοντας ταυτόχρονα την επικάλυψη.

Το ανωτέρω επικαλυπτικό διάλυμα είναι κατάλληλο για οποιαδήποτε στερεό υπόστρωμα, ειδικά για μεγάλα, λεία, υδροξυλιωμένα υποστρώματα, και έχει βιομηχανική εφαρμοσιμότητα, διότι επιτρέπει την ταχεία επικάλυψή τους με οικονομικό τρόπο.

Βιβλιογραφία Ευρεσιτεχνιών:

US Patents:

1. (2011/0094417 A1) Hydrophobic self-cleaning coating solutions.

2. (1984/3,579,540 B1) Method for protecting nonporous substrates and for rendering them water repellant.

3. (2012/8,338,351 Β2) Coating compositions for producing transparent super-hydrophobic surfaces.

4. (2003/6,51 1,753 B1) Process for producing article coated with waterrepellent film. Article coated with water-repellent film and liquid composition for water-repellent film, article coated.

5. (1999/5,980,990) Water repellent surface treatment with acid activation.

6. (2012/8,258,206 B2) Hydrophobic coating compositions for drag reduction.

7. (2013/0109261 A1) Coating systems capable of forming ambiently cured highly durable hydrophobic coatings on substrates.

8. (2002/6,461,537 B1) Water repellent glass treatment for automotive applications.

9. (2004/0209072 A1) Cleaning-friendly apparatus with an easily cleanable, heat resistant surface coating.

10. (2004/0053058 A1) Water-repellent film-coated articles, waterrepellent film-coating liquid composition and process for preparation of water-repellent film-coated articles.

11. (2001/6,245,387 B1) Capped silicone film and method of manufacture thereof.

12. (2000/6,025,025) Water-repellent surface treatment.

13. (1999/5,889,086) Water repellent for automobile window glass.

14. (2005/0004264 A1) Two-pack type water repellent for glass surface. 15. (2011/7,919,147 B2) Coating method.

16. (2007/0027232 A1) Coating compositions incorporating nanotechnology and methods for making same.

17. (2003/6,630,205 B2) Self-crosslinking compositions based on fluorinecontaining poly condensates.

18. (2003/6,548,116 B2) Method for manufacturing a chemically adsorbed film and a chemical adsorbent solution for the method.

19. (2015/9,011,890 B2) Antibacterial sol-gel coating solution,

20. (2015/9,210,934 B2) Surface coating.

21. (2017/0150723 A1) Methods of preparing self- decontaminating surfaces using reactive silanes, triethanolamine and titanium anatase sol. 22. (2017/9,631,118 B2) Anti-bacterial and anti- fingerprint coating composition, film comprising the same, method of coating the same and article coated with the same.

23. (2015/0225572 A1) High performance antimicrobial coating.

24. (2014/095299 A1) Composition for hydrophobic coating.

WO Pat.:

25. (2016/043584 A1) Method for providing a substrate with an antimicrobial coating, and coated substrates obtainable thereby.

26. (2018/231437 A1) Anti-microbial coating materials.

27. (2014/095299 A1) Composition for hydrophobic coating.

28. (2003/014232 A1) Material for producing abrasion-proof, hydrophobic and/or oleophobic coatings.

Eur. Pat.:

29. (2005/EP 1 555 249 A1) Hydrophobic and/or oleophobic coating on micro structured glass surfaces providing an anti-fingerprint effect.

30. (2011/EP2294153A1) Coating composition and process for preparing it.

Claims (6)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Μέθοδος ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων μέσω αυτοματοποιημένων συστημάτων επιφανειακής επεξεργασίας, χαρακτηριζόμενη εκ του ότι περιλαμβάνει:

α) ένα πρώτο στάδιο επικάλυψης της επιφάνειας με χημικό διάλυμα, περιέχον

i) οργανοσιλάνιο Τ με 3 υδρολυόμενες ομάδες, περιεκτικότητας 0,0007%-5% κ.β., προτιμητέα 0,0 1 %- 1 % κ.β., ακόμα πιο προτιμητέα 0,04%-0,4% κ.β.,

ii) καταλύτη οξέως, κατά προτίμηση οξικό οξύ,

iii) αντιαφριστική ουσία (S), κατά προτίμηση αλκοξυλιωμένη λιπαρή αλκοόλη με 8 έως 20 άτομα άνθρακα,

iν) οργανικό διαλύτη, κατά προτίμηση κατώτερη μονοσθενή αλκοόλη, σε περιεκτικότητα έως 10% κ.β., προτιμητέα έως 5% κ.β., ν) απιονισμένο νερό αγωγιμότητας μικρότερης των 10 μS/cm, προτιμητέα μικρότερης των 5 pS/cm,

β) ένα δεύτερο στάδιο ξήρανσης της επικαλυμμένης επιφάνειας, με διοχέτευση αέρα.

2. Μέθοδος ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων μέσω αυτοματοποιημένων συστημάτων επιφανειακής επεξεργασίας, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη εκ του ότι το ρηθέν οργανοσιλάνιο Τ με 3 υδρολυόμενες ομάδες, επιλέγεται από ομάδα κατιονικών παραγώγων οργανοσιλανίων με τεταρτοταγή άλατα του αμμωνίου, του γενικού τύπου (I):

(A)3Si(R<1>)-N<+>-R<2>R<3>R<4>Ζ<->(I)

όπου Α αλκοξείδιο με έως 4 άτομα άνθρακα, R<1>δισθενής ρίζα κορεσμένου αλειφατικού ή αρωματικού υδρογονάνθρακα με έως 10 άτομα άνθρακα, R<2>, R<3>, υδρογόνο, ή αλκύλιο με έως 8 άτομα άνθρακα ή αρύλιο με 6 έως 10 άτομα άνθρακα, R<4>, ρίζα κορεσμένου ή ακόρεστου υδρογονάνθρακα με 1 έως 18 άτομα άνθρακα και Ω αλογόνο ή καρβοξύλιο, ή υδροξείδιο, ή φωσφορική, ή θειϊκή ή νιτρική ή τοσυλική ρίζα. Οι ομάδες R<2>, R<3>και R<4>μπορούν να ενώνονται μεταξύ τους σχηματίζοντας ετεροκυκλικές ενώσεις.

3. Μέθοδος ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων μέσω αυτοματοποιημένων συστημάτων επιφανειακής επεξεργασίας, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη εκ του ότι η αναλογία βαρών μεταξύ του ρηθέντος οργανοσιλανίου Τ και της ρηθείσας αντιαφριστικής ουσίας S είναι μεταξύ 1:1 και 1:500, προτιμητέα μεταξύ 1:1 και 1:50, ακόμα πιο προτιμητέα μεταξύ 1:1 και 1:5.

4. Μέθοδος ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων μέσω αυτοματοποιημένων συστημάτων επιφανειακής επεξεργασίας, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη εκ του ότι το ρηθέν χημικό διάλυμα επικάλυψης της επιφάνειας έχει pH μεταξύ περίπου 3 και περίπου 7, προτιμητέα μεταξύ περίπου 4 και περίπου 6,5, ακόμα πιο προτιμητέα μεταξύ περίπου 5 και περίπου 6.

5. Μέθοδος ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων μέσω αυτοματοποιημένων συστημάτων επιφανειακής επεξεργασίας, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη εκ του ότι το ρηθέν χημικό διάλυμα επικάλυψης της επιφάνειας έχει σημείο ανάφλεξης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος μικρότερο των 60 °C.

6. Μέθοδος ανάπτυξης αντιρρυπαντικών και αντιστατικών επικαλύψεων μέσω αυτοματοποιημένων συστημάτων επιφανειακής επεξεργασίας, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη εκ του ότι το ρηθέν χημικό διάλυμα επικάλυψης της επιφάνειας διοχετεύεται σε μία τουλάχιστον δεξαμενή βιομηχανικού πλυντηρίου υαλοπινάκων.