Recubrimientos antiadherentes después Ejemplo de naturaleza
Los recubrimientos biológicamente estructurados ofrecen propiedades que van mucho más allá del conocido efecto loto, es decir, autolimpiantes en relación con el agua. Como parte de un proyecto conjunto financiado, se están desarrollando nuevos sistemas de capas basados en modelos biológicos. La atención se centra en el desarrollo de capas antiadherentes y de protección contra la corrosión.
Desde hace unos diez años, el término biónica, una palabra artificial de biología y tecnología, también conocida como “biología técnica” o biomimética, ha ido ganando importancia. Los dos ejemplos más populares de la investigación básica son la película de riblet que utiliza el ejemplo de la piel de los tiburones y el efecto loto, basado en el modelo de la parte superior de las hojas de la planta de loto. Ambos desarrollos se basan en el descubrimiento de que la naturaleza prefiere superficies finamente estructuradas si los ingenieros usan las más suaves posibles.
Tanto en términos de flujo óptimo alrededor del aire o agua como para la adhesión más baja de partículas, las superficies microestructuradas son suavemente superiores, ya que la capa límite del flujo se ve afectada positivamente. De este modo, se evitan las turbulencias de frenado y, al mismo tiempo, se reduce la contaminación, lo que no solo es una cuestión estética, ya que aumenta el peso y reduce la forma de la línea de transmisión y es vital para los organismos al reducir la infestación de patógenos. en
Los avances técnicos, como la construcción de aviones y barcos, este aspecto de la lucha contra la contaminación es cada vez más importante, especialmente debido al enorme aumento actual de los costos de combustible y transporte. Las estructuras biológicas están mayormente optimizadas para múltiples problemas y, a menudo, se construyen con moléculas de estructura más grande y su capacidad de autoensamblarse, lo que a menudo resulta en una estructuración. Más allá de la autolimpieza junto con el agua, la propiedad antiadhesiva de una superficie microestructurada tiene una importancia industrial creciente: como se describe en el ejemplo del efecto de loto, diferentes niveles de tamaño (jerarquías) de la superficie de la hoja, como las venas de las hojas, las células de la epidermis y los cristales de cera en su combinación, reducen el área de contacto hasta a 96%.
Junto con la fuerte hidrofobicidad de la capa de cera, la suciedad y el agua se disipan por igual. Esto también se aplica a los animales, como las libélulas con sus grandes alas rígidas. Tal combinación con propiedades más allá de la autolimpieza técnicamente para realizar es útil para una variedad de aplicaciones. El desarrollo requiere la cooperación entre la investigación y la industria más allá de la investigación básica pura.
Cooperación estrecha de la investigación y la industria.
La empresa Rhenotherm se ha especializado en recubrimientos industriales basados en fluoropolímeros para las áreas de aplicación de lubricación seca, antiadherente y protección contra la corrosión durante 30 años y está abierta al desarrollo constante de sistemas de recubrimiento para satisfacer los diferentes requisitos del cliente. Por ejemplo, con Lotuflon se desarrolló un recubrimiento de fluoropolímero microestructurado con diferentes niveles estructurales. La empresa está involucrada en un proyecto conjunto financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación (supervisión VDI, FKZ 13N8676) para el desarrollo de recubrimientos anti-adhesivos nuevos y permanentes. Participan socios de la investigación y la industria: la empresa Nehlsen-BWB de Dresde (galvanoplastia, industria de la aviación) está desarrollando los niveles de estructuración en µm y nm junto con Rhenotherm. El Instituto de Tecnología de Bioanálisis de Heiligenstadt trabaja junto con el Instituto de Química Fisiológica de la Universidad de Halle en la aplicación y caracterización de los nuevos
Recubrimiento, el Instituto de Botánica de TU Dresden está trabajando en la coordinación y el trabajo en el estudio microscópico.
Capas auto-regenerantes.
Los recubrimientos antiadherentes microestructurados previamente producidos artificialmente difieren de los modelos biológicos en sus parámetros de superficie, que son mayores en un factor de 10 y más. Otro problema puede ser la estabilidad mecánica de la capa más externa, que hasta ahora, como en muchos sistemas naturales, no se auto-regenera. El problema se soluciona utilizando una capa superior gruesa que puede desgastarse durante el uso. Con la ayuda de la naturaleza, se están trabajando nuevos enfoques para ambos temas, porque tanto el material de recubrimiento como los parámetros estructurales decisivos se basan en sistemas naturales.
Los lípidos tetraéteres (TEL) forman parte de la cáscara de ciertas arqueobacterias, como Thermoplasma o Sulfolo-bus. Las arqueobacterias viven principalmente en ambientes extremadamente inhóspitos con altas temperaturas y pH bajo, por ejemplo, en aguas termales o en aguas profundas. Su cáscara debe proteger el interior de la célula de estas influencias ambientales hostiles. Los TEL son, por ejemplo, 4 nm diminutas moléculas cíclicas formadas por dos cadenas de alcano, cada una de ellas unidas en sus extremos con enlaces éter y pueden unirse covalentemente al sustrato a través de sus grupos principales.
Alta resistencia quimica
Debido a su estabilidad debido a esta estructura, son capaces de autoensamblarse en una capa cerrada de moléculas principalmente paralelas y perpendiculares cuyas propiedades pueden derivarse de la de la envoltura bacteriana, como la resistencia a la temperatura hasta 300 ° C, alta resistencia química. , Resistencia a los rayos UV y al ácido.
Debido a su estructura molecular, los TEL no son reactivos, no son conductores y pueden imaginarse como un aislante en la estratificación multicapa.
A diferencia de los recubrimientos antiadherentes de fluoropolímeros utilizados anteriormente, la posibilidad de unión covalente a casi cualquier material ofrece una alta estabilidad mecánica, ya que la capa no solo descansa sobre el sustrato, sino que finalmente se convierte en uno con él. El grupo de cabezas que mira hacia arriba, a su vez, se puede funcionalizar de tal manera que se puedan establecer ciertas propiedades: en el exterior, por ejemplo, el recubrimiento es hidrófilo, mientras que la molécula TEL en sí permanece hidrófoba.
Debido al pequeño tamaño y la funcionalidad flexible y controlable del TEL, se espera una amplia gama de aplicaciones: de una a dos capas son adecuadas para sellar productos médicos como cánulas finas o tubos interiores y facilitar su limpieza, que actualmente se utiliza con otras técnicas Difícil de alcanzar. También es posible una capa unida covalentemente con plata coloidal bactericida. Aplicadas a, por ejemplo, las superficies de vidrio, las pruebas ya han demostrado con éxito que los sensores ópticos se pueden usar virtualmente sin mantenimiento al aire libre o en instalaciones.
Foco principal en propiedades antiadherentes y anticorrosivas.
Parece posible un revestimiento completamente irrompible de acristalamiento de fachadas, que todavía no ha sido técnicamente posible. Si se desea, el TEL también se puede aplicar en capas más gruesas para que, por ejemplo, se pueda garantizar la protección contra la abrasión además de las otras propiedades deseadas como resistencia química, altas propiedades antiadherentes o una buena tracción gracias a una superficie suave similar a la goma. En las posibles aplicaciones, el foco principal está en el recubrimiento de superficies metálicas con respecto a la protección antiadherente y anticorrosiva. Las áreas de aplicación posibles van desde el recubrimiento de partes funcionales de, por ejemplo, tinas, rodillos, desmoldeantes, secadores por atomización y tambores hasta el sellado de elementos de fachada. El segundo aspecto biónico juega un papel importante en muchas de las posibilidades de aplicación mencionadas, ya que una microestructura que se adapta a los modelos naturales reduce la superficie de contacto para el polvo, el agua e incluso las formas de vida unicelulares como las algas y las bacterias tanto que muy poco puede quedar en estas superficies. Con una polifluoración correspondiente, es concebible que incluso los agentes humectantes fuertes y los aceites ya no puedan mojar la superficie, posiblemente por primera vez una superficie que arruina por completo el estado de ánimo de los pulverizadores de grafito.
Pero hasta entonces, tienes que ser paciente. El proyecto, que tiene un período de financiamiento de más de tres años, inició 2004 en noviembre, y pasarán varios años antes de que los primeros productos estén listos para su uso. Un obstáculo hasta ahora importante es la disponibilidad limitada del material de recubrimiento: los TEL son, ya que se obtienen de los organismos unicelulares menos preciados, en forma purificada hasta el momento solo en pequeñas cantidades en stock y, por lo tanto, son costosos. Sin embargo, 2 mg es suficiente para cubrir una capa de 1 m².