Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche

Abstract

 Ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche auf einem Trägermaterial (12) ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:
- Beschichten des Trägermaterials mit einem silikatbasierten Sol-Gel-Lack,
- Teilaushärten der Beschichtung (14),
- Strukturieren der teilausgehärteten Beschichtung (14) durch Prägen mittels einer Matrize (16), und
- Vollaushärten der geprägten Beschichtung (14).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche auf einem Trägermaterial.

[0002] Die Eigenschaften einer Oberfläche, wie z. B. hydrophiles oder hydrophobes Verhalten oder optische Wirkung, können durch die Topographie der Oberfläche beeinflusst werden. Viele in der Natur beobachtete, die Benetzung betreffende Phänomene, wie z. B. der Selbstreinigungseffekt auf den Blättern der Lotuspflanze, sind auf die einzigartigen Mikro- und Nanostrukturen auf den Oberflächen zurückzuführen. Die Blätter dieser Pflanzen bleiben immer sauber, weil Wassertröpfchen leicht von der ultrahydrophoben Blattoberfläche abrollen und dabei Schmutzpartikel sammeln und entfernen. Die selbstreinigende Wirkung durch Wassertröpfchen wird deshalb oft als "Lotus-Effekt" bezeichnet.

[0003] Untersuchungen an Oberflächen unterschiedlicher Werkstoffe mit Oberflächenstrukturen im Mikro- und Nanobereich haben gezeigt, dass offenbar die Topographie bzw. die Rauhigkeit der Oberflächen gegenüber der chemischen Zusammensetzung im allgemeinen einen stärkeren Einfluss auf die Benetzbarkeit ausübt.

[0004] Im Artikel "Facile preparation of superhydrophobic coatings by sol-gel processes" von R. Taurino et al. in Journal of Colloid and Interface Science 325 (2008) 149-156 wird die Benetzbarkeit von mehrschichtigen, mit TiO₂/ZrO₂/SiO₂ enthaltenden Sol-Gel-Lacken beschichteten Glasoberflächen untersucht. Die anorganische Bestandteile enthaltenden Schichten führen mit jeder zusätzlichen Schicht zu einer fraktalen Oberfläche mit hohen Werten für die Oberflächenrauhigkeitsparameter. Benetzungsversuche mit Wasser zeigen, dass mit zunehmenden Rauhigkeitwerten der Kontaktwinkel grösser und damit der hydrophobe Charakter der Oberfläche ausgeprägter wird.

[0005] Im Artikel "Wetting phenomena on micro-grooved aluminum surfaces and modeling of the critical droplet size " von A. D. Sommers et al. in Journal of Colloid and Interface Science 328 (2008) 402-411 wird das Verhalten von Wassertröpfchen auf Aluminiumoberflächen mit durch reaktives lonenätzen hergestellten, parallelen Mikrorillen einer Breite und einer Tiefe von 5 bis 30 µm untersucht. Mit einer Mikroinjektionsspritze auf die gerillte Aluminiumoberfläche aufgetragene Wassertröpfchen zeigen gegenüber einer glatten Oberfläche ohne Rillen wesentlich höhere Kontaktwinkel, und das bei Gleitbeginn beobachtete Tröpfchenvolumen reduziert sich um mehr als 50 %. Die Hydrophobie wird primär durch die anisotrope Oberflächentopographie erreicht.

[0006] Der Artikel "Large-Area Fabrication of a Nanostructure-Induced Hydrophobic Surface from a Hydrophilic Polymer" von Chaowei Guo et al. in ChemPhys Chem2004, 5, 750-753 beschreibt ein Prägeverfahren für die Herstellung von Oberflächen mit einer regelmässigen Anordnung von Säulen aus Polycarbonat im Nanometerbereich. Die Prägeplatte bzw. die Prägewalze besteht aus Aluminium mit anodisch oxidierter, poröser Oberfläche mit einer regelmässigen Anordnung hexagonaler Poren mit einem einheitlichen Durchmesser von z. B. etwa 30 nm(Nanometer) und einem Zwischenabstand von etwa 120 nm. Die Prägung des Polycarbonat erfolgt in einem Temperaturbereich von 150-170°C bei einem Druck von etwa 3 x 10⁵ Pa. Die beim Einpressen der Polycarbonatmasse in die Poren der Prägeplatte entstehen Säulen mit im wesentlichen dem Porendurchmesser entsprechendem Säulendurchmesser. Versuche zur Benetzbarkeit mit Wasser zeigen, dass der Kontaktwinkel für einen Polycarbonatfilm mit glatter Oberfläche bei 85°, und für die Oberflächen mit der Nanosäulenstruktur bei über 140° liegt.

[0007] Aus EP-B-0 772 514 sind selbstreinigende Oberflächen von Gegenständen mit einer Erhebungen und Vertiefungen aufweisenden Oberflächenstruktur bekannt. Die Erhebungen liegen im Bereich von 5-200 µm, die Vertiefungen im Bereich von 5-100 µm. Zumindest die Erhebungen bestehen aus hydrophoben Polymermaterialien, wie z. B. PTFE. Die Oberflächenstrukturen können durch beheizte Prägestücke oder Walzen hergestellt werden.

[0008] Es ist allgemein bekannt, Bänder in Glänzwerkstoffen, z.B. Reinaluminium, Reinstaluminium oder AlMg-Legierungen auf Basis von Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,5% und grösser, wie z.B. 99,8%, die je nach Anwendung diffuse oder gerichtete Lichtreflexion erzeugen, herzustellen und diese mit einem sogenannten Sol-Gel-Lack zu beschichten. Geeignete Sol-Gel-Lacke bilden eine transparente Schutzschicht, welche die darunter liegende reflektierende Oberfläche vor mechanischen oder chemischen Einflüssen schützt und dadurch eine lange Lebensdauer des Reflektors bei hoch bleibenden Reflexionswerten gewährleistet. Besonders geeignete Sol-Gel-Lacke sind überdies witterungsbeständig und eignen sich daher gut für Aussenwendungen. Die transparente Schutzschicht ist insbesondere eine klare, farblose, durchsichtige Schutzschicht.

[0009] Die WO 2001/86327 beschreibt einen solchen witterungs- und korrosionsbeständigen Reflektor aus einem Reflektorkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer reflektierenden Oberfläche, wobei der Reflektor eine aussen liegende, abschliessende transparente Schutzschicht aus einem Sol-Gel-Lack mit einer Dicke von mehr als 1 µm aufweist. Der Sol-Gel-Lack besteht aus einem Polysiloxan, welches aus einer alkoholischen Silan-Lösung und einer wässrigen kolloidalen Kieselsäure-Lösung hergestellt wird.

[0010] Die EP-A-1 791 001 offenbart einen Reflektor mit einer aussen liegenden, abschliessenden transparenten Schutzschicht aus einem Sol-Gel-Lack aus einem Polysiloxan, wobei das Polysiloxan mittels säurekatalysierter Hydrolyse und Kondensation eines Gemischs aus einer Lösung A und einer wässrigen Lösung B hergestellt ist, wobei die Lösung A eine Lösung mit einem ersten und zweiten Alkoxysilan und einem mit der Lösung A mischbaren Lösungsmittel ist, und das erste Alkoxysilan ein Tetraethoxysilan (TEOS) und das zweite Alkoxysilan durch die Formel X_nSi(OC₂H₅)_4-n beschrieben wird, wobei X einen organischen Rest beschreibt und n eine Zahl von 0 bis 3 ist. Das Lacksystem zeichnet sich dadurch aus, dass es einerseits möglichst keine gesundheitsschädlichen Komponenten enthält bzw. bei seiner Verarbeitung freisetzt und andererseits bei jedem Verarbeitungsschritt einen Flammpunkt von >21° C aufweist.

[0011] Solarreflektoren sind der Witterung und damit normalerweise einer Staub- und Schmutzpartikel beladenen Atmosphäre ausgesetzt. Zur Erhaltung eines hohen Reflektionsvermögens ist es erforderlich, die Reflektoren zu unterhalten und von Zeit zu Zeit zu reinigen. Wünschenswert wäre eine einfache Reinigungsmöglichkeit, mit der die Unterhaltsintervalle für Reflektoren verlängert werden können.

[0012] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zuschaffen, welches die Herstellung einer strukturierten Oberfläche im Mikrometer- bis Submikrometerbereich auf einfache Weise ermöglicht. Die strukturierte Oberfläche soll zudem umweltverträglich, kratzfest und korrosionsresistent sein. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen Reinigungsmöglichkeit für Metalloberflächen, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie sie etwa bei Solarreflektoren eingesetzt werden.

[0013] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt ein durch die nachfolgenden, nacheinander auszuführenden Schritte gekennzeichnetes Verfahren:

• Beschichten des Trägermaterials mit einem silikatbasierten Sol-Gel-Lack,
• Teilaushärten der Beschichtung,
• Strukturieren der teilausgehärteten Beschichtung durch Prägen mittels einer Matrize, und
• Vollaushärten der geprägten Beschichtung.

[0014] Bevorzugt weist die Matrize zur Erzeugung der strukturierten Oberfläche eine Prägestruktur mit dreidimensionalen Prägeelementen mit Dimensionen in einem Bereich zwischen etwa 30 nm (Nanometer) und 30 µm (Mikrometer) auf. Derartige Prägestrukturen lassen sich mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren herstellen.

[0015] Das Teilaushärten und das Vollaushärten der Beschichtung wird bevorzugt in einem Temperaturbereich von etwa 130°C bis 200°C, insbesondere 140°C bis 160°C, durchgeführt. Bevorzugt erfolgt die Aushärtung kontinuierlich in einem Durchlaufofen.

[0016] Der Prägeschritt kann mit einer vorzugsweise beheizten Prägeplatte durch geführt werden. Insbesondere für eine kontinuierliche Fertigung von zu Coils gewickeltem Bandmaterial ist es jedoch vorteilhaft, die Prägung mit einer vorzugsweise beheizten Prägewalze durchzuführen.

[0017] Der Prägeschritt kann auch in einer beheizten Kammer durchgeführt werden.

[0018] Das Teilaushärten der Beschichtung und das Strukturieren können wenigstens teilweise in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden.

[0019] In besonderem Mass ist das erfindungsgemässe Verfahren zur Behandlung von Trägermaterialien aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, geeignet.

[0020] Die strukturierte Oberfläche zeigt gegenüber einer glatten Oberfläche ein ausgesprochen hydrophobes Verhalten und demzufolge einen selbstreinigenden Effekt. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich somit Oberflächen von Trägermaterialien, wie z. B. die Reflexionsschicht von Solarreflektoren, mit einem mit "Easy-to-clean"-Effekt ausstatten.

[0021] Ein bevorzugter Sol-Gel-Lack ist ein mittels säurekatalysierter Hydrolyse und Kondensation eines Gemischs aus einer Alkoxysilane enthaltenden Lösung A und einer kolloidale Kieselsäure enthaltenden Lösung B hergestelltes Polysiloxan, wobei die Lösung A insbesondere eine Lösung mit einem ersten und zweiten Alkoxysilan und einem mit der Lösung A mischbaren Lösungsmittel ist, und das erste Alkoxysilan ein Tetraethoxysilan (TEOS) ist und das zweite Alkoxysilan durch die Formel X_nSi(OC₂H₅)_4-n beschrieben wird, wobei X einen organischen Rest beschreibt und n eine Zahl von 0 bis 3 ist. Das zweite Alkoxysilan ist vorzugsweise ein Methyltriethoxysilan (MTEOS) ist.

[0022] Das Lösungsmittel der Lösung A ist bevorzugt ein polares Lösungsmittel, wie Alkohol oder Ethylacetat, wobei das alkoholische Lösungsmittel insbesondere ein Glykol oder eine Glykolverbindung enthält oder daraus besteht, und insbesondere ein Ethylenglykol oder Buthoxyethanol ist.

[0023] Bei der unmittelbar auf dem Trägermaterial realisierten Beschichtung handelt es sich um einen Sol-Gel-Lack, der hervorgegangen ist aus einem unmittelbar auf das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung aufgebrachten Sol-Gel-System. Als Gele bezeichnet man formbeständige, leicht deformierbare, an Flüssigkeit reichhaltige disperse Systeme, die aus einem festen, unregelmässigen, dreidimensionalen Netzwerk und einer Flüssigkeit bestehen. Unter einem Sol-Gel-System ist dabei ein nach der Sol-Gel-Technologie hergestellter Sol-Gel-Lack zu verstehen, der nach produktgerechter Applizierung und Aushärtung eine mit dem Substrat - in diesem Fall ein Trägermaterial - fest verbundene, gehärtete Schutzschicht bildet. Die Schicht ist vorzugsweise ein transparent aushärtender Sol-Gel-Lack, der den farblichen Grundton des Substrates erkennen lässt. Unter transparent aushärtendem Sol-Gel-Lack ist insbesondere eine klare, farblose, durchsichtige Schicht zu verstehen. Die auf die gereinigte Oberfläche des Substrates aufgebrachte Schicht ist vorzugsweise ein Sol-Gel-Lack, insbesondere ein Sol-Gel-Lack aus einem Polysiloxan und vorteilhaft ein Sol-Gel-Lack aus einer alkoholischen Silan-Lösung, insbesondere einer Alkoxysilan-Lösung und einer wässrigen kolloidalen Kieselsäure-Lösung hergestellten Polysiloxan. Polysiloxan ist dabei der Begriff für Polymere aus vernetzten Siloxanen. Das Polysiloxan wird insbesondere durch eine Kondensationsreaktion zwischen hydrolisierten und vernetzbaren Silanen, insbesondere Alkoxysilanen, und kolloidaler Kieselsäure erzeugt.

[0024] Die Kondensationsreaktion zwischen hydrolisierten Silanen, insbesondere Alkoxysilanen, untereinander sowie hydrolisierten Silanen, insbesondere Alkoxysilanen, und kolloidaler Kieselsäure führt zur Ausbildung eines anorganischen Netzwerkes von Polysiloxanen. Gleichzeitig werden organische Gruppen, insbesondere Alkylgruppen bzw. einfache Alkylgruppen über Kohlenstoffbindungen in das anorganische Netzwerk eingebaut. Die organischen Gruppen, bzw. die Alkylgruppen, nehmen jedoch nicht direkt an der Polymerisation bzw. der Vernetzung der Siloxane teil, d.h. sie dienen nicht zur Ausbildung eines organischen Polymersystems sondern lediglich zur Funktionalisierung. Die Funktion liegt darin, dass die organischen Gruppen, insbesondere die Alkylgruppen, während des Sol-Gel-Prozesses an den Aussenseiten der Polysiloxane angehängt werden und dadurch eine nach aussen wasserabstossende Lage ausbilden, welche dem Sol-Gel-Lack eine ausgeprägte hydrophobe Eigenschaft verleiht.

[0025] Der beschriebene Sol-Gel-Prozess führt, wie erwähnt, durch gezielte Hydrolyse und Kondensation von Alkoxiden des Siliziums und Kieselsäure zu einem Sol-Gel-Lack aus einem anorganischem Netzwerk mit eingebauten Alkylgruppen. Die dadurch erhaltenen Polysiloxane sind deshalb eher den anorganischen Polymeren zuzuordnen.

[0026] Bei der Herstellung einer bevorzugten Ausführung eines Sol-Gel-Lackes als Schutzschicht wird zweckmässig von zwei Basislösungen A und B ausgegangen.

[0027] Die Lösung A ist eine alkoholische Lösung eines oder mehrerer verschiedener Alkoxysilane, wobei die Alkoxysilane in einem wasserfreien Medium in nicht hydrolisierter Form vorliegen. Als Lösungsmittel wird zweckmässig ein Alkohol, wie beispielsweise Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylalkohol und bevorzugt Isopropylalkohol, verwendet.

[0028] Die Alkoxysilane werden durch die allgemeine Formel X_nSi(OR)_4-n beschrieben, in welcher "R" ein einfaches Alkyl ist, vorzugsweise aus der Gruppe umfassend Methyl, Ethyl, Propyl und Buthyl. "X" ist zweckmässig ebenfalls ein Alkyl, vorzugsweise aus der Gruppe umfassend Methyl, Ethyl, Propyl und Buthyl. Zweckmässige Alkoxysilane sind beispielsweise Tetramethoxysilane (TMOS) und bevorzugt Tetraethoxysilan (TEOS) und Methyltrimethoxysilan (MTMOS) und weitere Alkoxysilane.

[0029] In besonders bevorzugter Ausführungsform wird die Lösung A aus Tetraethoxysilan (TEOS) und/oder Methyltrimethoxysilan (MTMOS) mit einem Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Alkohol und insbesondere mit einem Isopropyl-Alkohol als Lösungsmittel zubereitet. Die Lösung A kann z.B. 25 -35 Gew.-% (Gewichts-%), insbesondere 30 Gew.-%, TEOS und 15 - 25 Gew.-%, insbesondere 20 Gew.-%, MTMOS enthalten, beides gelöst in 40 - 60 Gew.-%, insbesondere 50 Gew.-%, Isopropyl-Alkohol.

[0030] Die Lösung B enthält in Wasser gelöste kolloidale Kieselsäure. In zweckmässiger Ausführung wird die Lösung B mittels Säure, vorzugsweise mittels Salpetersäure (HNO₃) auf einen pH-Wert zwischen 2,0 - 4,0, vorzugsweise zwischen 2,5 - 3,0 und insbesondere von 2,7 eingestellt.

[0031] Die verwendete Kieselsäure ist zweckmässig eine in saurem Milieu stabilisierte Kieselsäure, wobei der pH-Wert der Kieselsäure vorteilhaft bei 2 -4 liegt. Die Kieselsäure ist vorteilhaft möglichst alkaliarm. Der Alkaligehalt (z.B. Na₂O) der Kieselsäure liegt bevorzugt unter 0,04 Gew.-%.

[0032] Die Lösung B enthält beispielsweise 70 - 80 Gew.-%, insbesondere 75 Gew.%, Wasser als Lösungsmittel und 20 - 30 Gew.-%, insbesondere 25 Gew.-%, kolloidale Kieselsäure. Die Lösung B ist zweckmässig mittels Salpetersäure (HNO₃) auf einen pH-Wert zwischen 2,0 - 3,5, vorzugsweise zwischen 2,5 - 3,0 und insbesondere von 2,7 eingestellt.

[0033] Das Zusammenführen und Mischen der beiden Basislösungen A und B führt in Gegenwart der Salpetersäure zu einer Hydrolysereaktion zwischen dem in Lösung B enthaltenen Wasser und den in Lösung A enthaltenen Alkoxysilanen.

         Hydrolyse-Reaktion: Si(OR)_n + nH2O → Si(OH)_n + nR(OH)

[0034] Gleichzeitig tritt eine Kondensationsreaktion ein, bei der unter Wasser-Abspaltung aus jeweils zwei Si-OH-Gruppen eine Siloxan-Bindung (Si-O-Si) aufgebaut wird. Durch fortschreitende Polymerisation entsteht dabei ein Netzwerk von Polysiloxanen, an welche Alkyl-Gruppen angegeliedert sind. Die neue Mischlösung liegt in einem gelförmigen Zustand vor.

[0035] Die beiden Lösungen A und B werden bevorzugt in einem Gewichtsverhältnis von 7:3 Teilen gemischt.

[0036] Der Sol-Gel-Lack wird zweckmässig in Gel-Form auf das Trägermaterial, bzw. auf die entsprechende Oberfläche, aufgetragen bzw. abgeschieden und anschliessend getrocknet bzw. gehärtet. Der Trocknungsprozess besteht darin, die im Sol-Gel-Lack verbleibenden Wasser und Alkohole auszutreiben, wodurch der Sol-Gel-Lack aushärtet und eine korrosions- und witterungsbeständige Schutzschicht auf der Trägermaterialoberfläche entsteht.

[0037] Die Beschichtung erfolgt, beispielsweise durch Auftragen, Schleudern oder Spritzen, zweckmässig in einem kontinuierlichen Verfahren, welches für die Behandlung von in Bandform vorliegendem Trägermaterial geeignet ist. Besonders bevorzugte Beschichtungsverfahren sind das Sprühen, Spritzen, Tauchen bzw. Tauchziehbeschichten.

[0038] Insbesondere eignen sich Sol-Gel-Systeme, die beispielsweise unter dem Markennamen CERAPAINT des Unternehmens Akzo Nobel erhältlich sind, zur Ausbildung der Korrosionsschutzschicht.

[0039] Korrosionsschutzschichten (Sol-Gel-Lacke), die durch Auftragen eines Sol-Gel-Systems, also das Beschichten des eigentlichen Trägermaterials mit einem Sol-Gel-System, geschaffen werden, benötigen zu deren Herstellung einen Härtungs- bzw. Trocknungsprozess, bei dem das Sol-Gel-System in den beständigen Sol-Gel-Lack umgewandelt wird.

[0040] Das mit dem Sol-Gel-Lack beschichtete Trägermaterial wird zweckmässig mittels Strahlung, wie UV-Strahlung, Elektronenstrahlung, Laserstrahlung, oder mittels Wärmestrahlung, wie IR-Strahlung (infrarot), oder mittels Konvektionserwärmung oder einer Kombination der vorgenannten Trocknungs- bzw. Härtungsverfahren, getrocknet bzw. gehärtet.

[0041] Die Konvektionserwärmung kann zweckmässig durch eine Beaufschlagung mit erwärmten Gasen, wie Luft, Stickstoff, Edelgase oder Gemischen daraus, erfolgen. Die Sol-Gel-Lackschicht wird bevorzugt in einem Durchlaufofen getrocknet bzw. gehärtet.

[0042] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Prägeversuchen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in

Fig. 1

die zur Durchführung der Prägeversuche eingesetzte Anordnung;

Fig. 2

die Draufsicht auf die Prägeseite einer Matrize mit einer ersten Prägestruktur;

Fig. 3

den Querschnitt durch die Prägestruktur von Fig. 2 in vergrösserter Darstellung;

Fig. 4

die Draufsicht auf die Prägeseite einer Matrize mit einer zweiten Prägestruktur;

Fig. 5

den Querschnitt durch die Prägestruktur von Fig. 4 in vergrösserter Darstellung.

[0043] Eine in Fig. 1 dargestellte Anordnung zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche auf einem Trägermaterial zeigt eine Prägekammer 10 mit einstellbarer Innentemperatur. In der Prägekammer 10 befinden sich ein mit einer Beschichtung 14 aus einem Sol-Gel-Lack versehenes Trägermaterial 12 und ein Matrizenstempel 16 mit einer Prägestruktur 18. Zur Strukturierung der Oberfläche des mit der Sol-Gel-Lack-Beschichtung 14 versehenen Trägermaterials 12 wird der Matrizenstempel 16 in Pfeilrichtung bewegt und mit einem ausreichend grossen Anpressdruck gegen das beschichtete Trägermaterial 12 gepresst, so dass die Prägestruktur 18 auf die Sol-Gel-Lack-Beschichtung 14 übertragen wird. Wie bei jedem Prägevorgang sind die Oberflächentopographien des Matrizenstempels 16 und des damit geprägten Trägermaterials 12 bzw. der Sol-Gel-Lack-Beschichtung 14 zueinander komplementär, d.h. Spitzen bzw. Erhebungen auf der Prägefläche des Matrizenstempels 16 werden zu Tälern bzw. Vertiefungen in der Oberfläche des Trägermaterials 12 und umgekehrt.

[0044] Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Prägestruktur 18 besteht aus einer regelmässigen Aneinanderreihung von Prägeelementen 20 in der Form von Pyramidenstümpfen. Die in Fig. 3 angegebenen Dimensionen der Prägestruktur 20 sind wie folgt:

h = 4,0 µm b = 5,5 µm c = 5,1 µm d = 5,0 µm

[0045] Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Prägestruktur 18 besteht aus einer regelmässigen Aneinanderreihung von Prägeelementen 20 in der Form vertikal abragender, paralleler Streifen rechteckigen Querschnitts. Die in Fig. 5 angegebenen Dimensionen der Prägestruktur 20 sind wie folgt:

h = 4,0 µm b = 1,5 µm e = 10 µm

[0046] In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wurden Prägeversuche an mit einer Sol-Gel-Lack-Beschichtung versehenen Aluminiumblechen der Reinheit Al 99.85 durchgeführt.

[0047] Der für die Beschichtungen verwendete Sol-Gel-Lack wurde durch Mischen der beiden folgenden Lösungen A und B im Verhältnis 7:3 erhalten:

Lösung A:

200 g Isopropylalkohol

150 g Tetraethoxysilan (TEOS)

458 g Methyltrimethoxysilan (MTES)

Lösung B:

335 g 26 %-ige kolloidale Kieselsäure enthaltend 248 g Wasser und 87 g SiO₂

[0048] Der pH-Wert der Lösung B wurde unter Zugabe von Salpetersäure (HNO₃) auf ca. 2,5 eingestellt.

[0049] Die Mischlösung wurde auf die Blechproben aus Aluminium aufgesprüht.

[0050] Die Sol-Gel-Lack-Beschichtungen wurde bei einer Temperatur von 150°C bei drei verschiedenen Aushärtungszeiten von 3, 5 und 30 Minuten entsprechend einem Aushärtungszustand "weich", "mittel" und "hart" unterschiedlich stark ausgehärtet. Beschichtungen, die vor der Prägung einer Teilaushärtung bei 150°C während 30 Minuten unterworfen wurden, liessen sich unter den gewählten Druckbedingungen nicht mehr prägen.

[0051] Die Ergebnisse der Prägeversuche an Beschichtungen, die vor der Prägung einer Teilaushärtung bei 150°C während 3 bzw. 5 Minuten unterworfen und nachfolgend mit den in den Fig. 2 und 3 bzw. in den Fig. 4 und 5 gezeigten Prägestrukturen geprägt wurden, sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1: Ergebnisse der Prägeversuche

Prägemuster	Bedingungen während der Teilaushärtung vor der Prägung Temp. / Dauer	Bedingungen während der Prägung Temperatur / Dauer / Druck	Beurteilung der Qualität der geprägten Struktur nach Vollaushärtung bei 150°C / 30 Min.
Linienmuster gemäss Fig. 2/3	150° / 5 Min.	150° / 10 Min. / 2.5 kN/cm2	Struktur gut sichtbar
Linienmuster gemäss Fig. 4/5	150° / 3 Min.	25° / 10 Min. / 2.5 kN/cm2	keine sichtbare Struktur
Pyramidenstumpf muster gemäss Fig. 4/5	150° / 3 Min.	150° / 10 Min. / 0.63 kN/cm2	Struktur gut sichtbar

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche auf einem Trägermaterial (12), gekennzeichnet durch die Schritte

- Beschichten des Trägermaterials (12) mit einem silikatbasierten Sol-Gel-Lack,

- Teilaushärten der Beschichtung (14),

- Strukturieren der teilausgehärteten Beschichtung (14) durch Prägen mittels einer Matrize (16), und

- Vollaushärten der geprägten Beschichtung (14).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (16) zur Erzeugung der strukturierten Oberfläche eine Prägestruktur (18) mit dreidimensionalen Prägeelementen (20) mit Dimensionen in einem Bereich zwischen etwa 30 nm (Nanometer) und 30 µm (Mikrometer) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilaushärten und das Vollaushärten der Beschichtung (14) in einem Temperaturbereich von etwa 130°C bis 200°C, insbesondere 140°C bis 160°C, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilaushärten und das Vollaushärten der Beschichtung (14) kontinuierlich in einem Durchlaufofen durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt mit einer Prägeplatte als Matrize (16) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt kontinuierlich mit einer Prägewalze als Matrize (16) durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt mit einer beheizten Matrize (16) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt in einer beheizten Kammer (10) durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilaushärten der Beschichtung (14) und das Strukturieren wenigstens teilweise in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (12) aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sol-Gel-Lack ein mittels säurekatalysierter Hydrolyse und Kondensation eines Gemischs aus einer Alkoxysilane enthaltenden Lösung A und einer kolloidale Kieselsäure enthaltenden Lösung B hergestelltes Polysiloxan ist, wobei die Lösung A insbesondere eine Lösung mit einem ersten und zweiten Alkoxysilan und einem mit der Lösung A mischbaren Lösungsmittel ist, und das erste Alkoxysilan ein Tetraethoxysilan (TEOS) ist und das zweite Alkoxysilan durch die Formel X_nSi(OC₂H₅)_4-n beschrieben wird, wobei X einen organischen Rest beschreibt und n eine Zahl von 0 bis 3 ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Alkoxysilan ein Methyltriethoxysilan (MTEOS) ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel der Lösung A ein polares Lösungsmittel, wie Alkohol oder Ethylacetat, ist, insbesondere, dass das alkoholische Lösungsmittel ein Glykol oder eine Glykolverbindung enthält oder daraus besteht, und insbesondere ein Ethylenglykol oder Buthoxyethanol ist.

Zeichnung