ZUSAMMENSETZUNG ZUR REINIGUNG SOWIE VERHINDERUNG VON ABLAGERUNGEN IN BESCHICHTUNGSDÜSEN FÜR LÖSUNGSPROZESSIERBARE METALLOXID-PRÄKURSOREN

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Düsen-Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von Metall-Alkoxiden und/oder Metall-Oxo-Alkoxiden, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse vor und/oder nach dem Beschichtungsverfahren in ein Lösungsmittel enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton eingetaucht wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Lösungsmittels enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton zur Prävention von Ablagerungen durch Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in Beschichtungsdüsen. Sie betrifft ebenfalls die Verwendung eines Lösungsmittels enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton zur Auflösung von Ablagerungen durch Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in Beschichtungsdüsen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Düsen-Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von Metall-Alkoxiden und/oder Metall-Oxo-Alkoxiden, wobei die Düse vor und/oder nach dem Beschichtungsverfahren in ein Lösungsmittel eingetaucht wird.

[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Lösungsmittels zur Prävention von Ablagerungen durch Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in Beschichtungsdüsen. Sie betrifft ebenfalls die Verwendung eines Lösungsmittels zur Auflösung von Ablagerungen durch Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in Beschichtungsdüsen.

[0003] Die Schlitzdüsen-Beschichtung (englisch: slot die) ist eine Beschichtungstechnik, um dünne Flüssigkeitsschichten auf bahnförmige Substrate (Papier, Folie, Stoffe etc.) oder Stückgüter (Glas, Metallplatten etc.) aufzutragen. Für einige Substrate in der Beschichtungsindustrie, vor allem für solche mit Funktionsschichten (Fotovoltaik, medizinische Produkte, Wafer, Lithium-Ionen-Batterien, Brennstoffzellen etc.), ist die Genauigkeit der aufzutragenden Schichtdicken von essentieller Bedeutung. Unkontrollierbare Schichtdickenvariationen, bedingt durch Änderungen der Produktionsbedingungen oder durch Änderungen der Fluideigenschaften, sind hierbei für eine Vielzahl von Beschichtungen nicht vertretbar.

[0004] Fehlerfreie Beschichtungen von Substraten erfordern aber nicht nur verlässlich arbeitende und leicht bedienbare Prozesse und Auftragswerkzeuge, wie beispielsweise die Düsen, sondern stellen darüber hinaus auch besondere Anforderungen an die eingesetzten Beschichtungsfluide, z. B. deren Blasenfreiheit. Oftmals sind kontrollierte Rührprozesse erforderlich, um konstante Eigenschaften der angesetzten Beschichtungsfluide für fehlerfreie Schichten auf Substraten sicherzustellen. Hinzu kommt, dass die Fluidzuführung zu den eingesetzten Beschichtungswerkzeugen pulsationsfrei erfolgen muss, um fehlerfreie Filme auf Substraten zu erzeugen. Es ist somit das reproduzierbare, kontrollierte Zusammenwirken aller Produkte und peripheren Prozesse eines Beschichtungsvorgangs, die beherrscht werden müssen, um Filmschichten auf Substraten mit hoher Qualität zu erreichen, wie in Figur 1 dargestellt.

[0005] Beschichtungsfluide sind Lösungen eines oder mehrerer Feststoffe in einem Lösungsmittel. Zwischen den einzelnen Beschichtungsvorgängen wird die Düse in eine Wanne mit einem Lösungsmittel eingetaucht, um eine Trocknung des im Beschichtungsfluid enthaltenen Feststoffs zu vermeiden. Dabei entspricht die Zusammensetzung des Lösungsmittels in der Wanne der Zusammensetzung des Lösungsmittels in dem Beschichtungsfluid, oder es wird in der Wanne lediglich die Komponente mit dem höchsten Volumenanteil in dem Lösungsmittel des Beschichtungsfluids vorgelegt. Der Ablauf dieses Prozesses ist schematisch in Figur 2 dargestellt.
Beschichtungsfluide enthaltend Metalloxid-Präkursoren können zur Sol-Gel Reaktion neigen. Dabei kommt es vor allem im Inneren der Düse, welche in der Regel aus Edelstahl gefertigt ist, zu Ablagerungen des Feststoffs an den Düsenlippen. Die Ablagerungen lösen sich im Verlauf des Beschichtungsverfahrens nicht wieder auf und können auch durch Spülen mit dem Lösungsmittel des Beschichtungsfluids nicht entfernt werden. Metalloxid-Präkursoren, welche in Lösung zur Sol-Gel Reaktion neigen, sind metallorganische Verbindungen, wie Metall-Alkoxide und Metall-Oxo-Alkoxide.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Düsen-Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von Metall-Alkoxiden und/oder Metall-Oxo-Alkoxiden bereitzustellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Düsen-Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von Metall-Alkoxiden und/oder Metall-Oxo-Alkoxiden dadurch gekennzeichnet, dass die Düse vor und/oder nach dem Beschichtungsverfahren in ein Lösungsmittel enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton eingetaucht wird.

[0008] Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich an den Düsenlippen keine Ablagerungen bilden, wenn die Düse vor und/oder nach dem Beschichtungsverfahren in ein Lösungsmittel enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton eingetaucht wird. Dabei kann die Formulierung in der Düse unverändert bleiben. Bereits vorhandene Ablagerungen werden wieder aufgelöst.

[0009] Es wird angenommen, dass Acetylaceton die Sol-Gel Reaktion durch Chelatisierung des metallorganischen Präkursors verhindert, bzw. entstandene Ablagerungen durch Komplexierung wieder löslich macht.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf eine bestimmte Düsenform beschränkt, sondern eignet sich für sämtliche Geometrien und Typen von Schlitzdüsen, wie beispielsweise Breitschlitzdüsen.

[0011] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das Lösungsmittel mindestens 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Gew.-% Acetylaceton. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das Lösungsmittel 100 Gew.-% Acetylaceton, d.h. das Lösungsmittel besteht aus Acetylaceton.

[0012] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Indium, Zink, Zinn, Gallium, Aluminium, Titan, Hafnium, Yttrium oder Kombinationen hiervon.

[0013] Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren z. B. als Metall-Alkoxide Titan(IV)-ethoxid, Aluminium(III)-isopropoxid, Hafnium(IV)-ethoxid, Yttrium(III)-isopropoxid oder Kombinationen hiervon auf.

[0014] Ebenfalls bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren [In₆(_µ6-O)(_µ2-OR)₁₂Cl₆]^2- mit R = C_1-10-Alkylrest, besonders bevorzugt mit R = C_2-4-Alkylrest, auf.

[0015] Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das abzuscheidende Metall-Alkoxid und/oder Metall-Oxo-Alkoxid, wie zuvor beschrieben, gelöst ist in einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glykolethern mit einer, wie z. B. 1-Methoxy-2-propanol, oder mehreren Ethergruppen, wie z. B. Triethylenglycolmonomethylether, Alkoholen,wie z. B. Ethanol, Tetrahydrofurfurylalkohol, Estern, wie z. B. Lactaten oder Acetaten, insbesondere Ethyllactat, Butylacetat, Aromaten, wie z. B. Toluol, oder Kombinationen hiervon.

[0016] Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Lösungsmittels enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton zur Prävention von Ablagerungen durch Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in Beschichtungsdüsen. Sie betrifft ebenfalls die Verwendung eines Lösungsmittels enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton zur Auflösung von Ablagerungen durch Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in Beschichtungsdüsen.

[0017] Vorteilhafterweise weisen die Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in den beiden erfindungsgemäßen Verwendungen Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Indium, Zink, Zinn, Gallium, Aluminium, Titan, Hafnium, Yttrium oder Kombinationen hiervon, auf. Bevorzugt weisen die beiden erfindungsgemäßen Verwendungen als Metall-Alkoxide Titan(IV)-ethoxid, Aluminium(III)-isopropoxid, Hafnium(IV)-ethoxid, Yttrium(III)-isopropoxid oder Kombinationen hiervon auf.
Ebenfalls bevorzugt weisen die beiden erfindungsgemäßen Verwendungen [In₆(_µ6-O)(_µ2-OR)₁₂Cl₆]^2-mit R = C_1-10-Alkylrest, besonders bevorzugt mit R = C_2-4-Alkylrest, auf.

[0018] Die vorliegende Erfindung wird durch folgendes Beispiel näher erläutert.

Beispiel:

[0019] Bei dem kommerziell erhältlichen Produkt iXsenic S^® der Evonik Industries AG handelt es sich um eine metall-organische Vorstufe zur Verwendung in einem Düsen-Beschichtungsverfahren, welche eine Sol-Gel Reaktion eingehen kann. Mit Luftfeuchtigkeit reagiert das Produkt irreversibel, verändert sich somit chemisch. Dabei kristallisiert das Material in der Düse aus. Dort akkumuliert es sich, bis es zu einer Verstopfung der Düse kommt.

[0020] Wird die Düse vor und/oder nach dem Beschichtungsverfahren in ein Lösungsmittel enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton eingetaucht, ist kein Verstopfen der Düse zu beobachten. Bereits vorhandene Ablagerungen lösen sich wieder auf.

Ansprüche

1. Düsen-Beschichtungsverfahren zur Abscheidung von Metall-Alkoxiden und/oder Metall-Oxo-Alkoxiden, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse vor und/oder nach dem Beschichtungsverfahren in ein Lösungsmittel enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton eingetaucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse ausgewählt ist unter Schlitzdüsen, vorzugsweise eine Breitschlitzdüse ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel mindestens 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 oder 95 Gew.-% Acetylaceton enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel aus Acetylaceton besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Indium, Zink, Zinn, Gallium, Aluminium, Titan, Hafnium, Yttrium oder Kombinationen hiervon.

6. Verfahren nach Anspruche 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Alkoxid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titan(IV)-ethoxid, Aluminium(III)-isopropoxid, Hafnium(IV)-ethoxid, Yttrium(III)-isopropoxid oder Kombinationen hiervon.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es [In₆(_µ6-O)(_µ2-OR)₁₂Cl₆]^2- mit R = C_1-10-Alkylrest, besonders bevorzugt mit R = C_2-4-Alkylrest, aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Alkoxid und/oder Metall-Oxo-Alkoxid gelöst ist in einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glykolethern mit einer oder mehreren Ethergruppen, Alkoholen, Estern, Aromaten oder Kombinationen hiervon.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glykolether mit einer oder mehreren Ethergruppen 1-Methoxy-2-propanol oder Triethylenglycolmonomethylether aufweisen, die Alkohole Ethanol, oder Tetrahydrofurfurylalkohol aufweisen, die Ester Ethyllactat oder Butylacetat aufweisen, die Aromaten Toluol aufweisen oder Kombinationen hiervon.

10. Verwendung eines Lösungsmittels enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton zur Prävention von Ablagerungen durch Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in Beschichtungsdüsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Indium, Zink, Zinn, Gallium, Aluminium, Titan, Hafnium, Yttrium oder Kombinationen hiervon.

11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Metall-Alkoxide Titan(IV)-ethoxid, Aluminium(III)-isopropoxid, Hafnium(IV)-ethoxid, Yttrium(III)-isopropoxid oder Kombinationen hiervon aufweist.

12. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es [In₆(_µ6-O)(_µ2-OR)₁₂Cl₆]^2-mit R = C_1-10-Alkylrest, besonders bevorzugt mit R = C_2-4-Alkylrest, aufweist.

13. Verwendung eines Lösungsmittels enthaltend mindestens 25 Gew.-% Acetylaceton zur Auflösung von Ablagerungen durch Metall-Alkoxide und/oder Metall-Oxo-Alkoxide in Beschichtungsdüsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Indium, Zink, Zinn, Gallium, Aluminium, Titan, Hafnium, Yttrium oder Kombinationen hiervon.

14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Metall-Alkoxide Titan(IV)-ethoxid, Aluminium(III)-isopropoxid, Hafnium(IV)-ethoxid, Yttrium(III)-isopropoxid oder Kombinationen hiervon aufweist.

15. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es [In₆(_µ6-O)(_µ2-OR)₁₂Cl₆]^2-mit R = C_1-10-Alkylrest, besonders bevorzugt mit R = C_2-4-Alkylrest, aufweist.

Zeichnung