Revêtements antiadhésifs après Exemple de nature

Les revêtements biologiquement structurés offrent des propriétés qui vont bien au-delà de l'effet lotus bien connu - c'est-à-dire autonettoyant en relation avec l'eau. Dans le cadre d'un projet conjoint financé, de nouveaux systèmes de couches basés sur des modèles biologiques sont en cours de développement. L'accent est mis sur le développement de couches antiadhésives et de protection contre la corrosion.

Depuis une dizaine d'années maintenant, le terme bionique, mot artificiel issu de la biologie et de la technologie, également appelé «biologie technique» ou biomimétique, prend de plus en plus d'importance. Les deux exemples les plus populaires issus de la recherche fondamentale sont le film de riblet utilisant l'exemple de la peau de requin et l'effet lotus, basé sur le modèle du sommet des feuilles de la plante de lotus. Les deux développements sont basés sur la découverte que la nature préfère les surfaces finement structurées si les ingénieurs utilisent la plus lisse possible.

Que ce soit en termes de flux optimal autour de l'air ou de l'eau ou en raison de la plus faible adhérence des particules, les surfaces microstructurées sont légèrement supérieures, car la couche limite du flux est affectée positivement. Ainsi, les turbulences de freinage sont évitées et en même temps la pollution est réduite, ce qui n’est pas seulement une question d’esthétique, car elle entraîne un gain de poids, une forme aérodynamique réduite et est vitale pour les organismes en réduisant l’infestation par des agents pathogènes. à
Les développements techniques, tels que la construction d’avions et de navires, cet aspect de la lutte contre la pollution revêt de plus en plus d’importance, notamment en raison de l’augmentation considérable des coûts de carburant et de transport. Les structures biologiques sont généralement optimisées pour de multiples problèmes et sont souvent construites avec des molécules de structure plus grandes et leur capacité à s'auto-assembler, ce qui entraîne souvent une structuration. Au-delà de l’autonettoyage associé à l’eau, la propriété anti-adhérence d’une surface microstructurée revêt une importance industrielle croissante. à 96%.

En plus de la forte hydrophobie de la couche de cire, la saleté et l’eau sont également dissipées. Ceci s'applique également aux animaux, tels que les libellules avec leurs grandes ailes rigides. Une telle combinaison avec des propriétés au-delà de l'autonettoyage à réaliser techniquement est utile pour une variété d'applications. Le développement nécessite une coopération entre la recherche et l'industrie au-delà de la recherche fondamentale pure.

Coopération étroite entre recherche et industrie
La société Rhenotherm est spécialisée dans les revêtements industriels à base de polymère fluoré pour les domaines d'application de la lubrification à sec et antiadhésive et de la protection contre la corrosion depuis 30 ans et est ouverte au développement constant de systèmes de revêtement pour répondre aux différentes exigences des clients. Par exemple, avec Lotuflon, un revêtement de fluoropolymère micro-structuré avec différents niveaux structurels a été développé. L'entreprise est impliquée dans un projet commun financé par le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (supervision VDI, FKZ 13N8676) pour le développement de nouveaux revêtements anti-adhésifs permanents. Des partenaires de la recherche et de l'industrie sont impliqués: la société Nehlsen-BWB de Dresde (galvanoplastie, industrie aéronautique) développe les niveaux de structuration en µm et nm en collaboration avec Rhenotherm. L'Institut de technologie de bioanalyse à Heiligenstadt collabore avec l'Université de Halle, Institut de chimie physiologique sur l'application et la caractérisation de la nouvelle
Revêtement, l’Institut de botanique de l’Université de Dresde s’occupe de la coordination et des travaux relatifs aux levés microscopiques.

Couches auto-régénérantes
Les revêtements antiadhésifs microstructurés antérieurs produits artificiellement diffèrent des modèles biologiques dans leurs paramètres de surface, qui sont plus grands d'un facteur 10 et plus. Un autre problème peut être la stabilité mécanique de la couche la plus externe, qui jusqu'à présent - comme dans de nombreux systèmes naturels - ne s'auto-régénère pas. Le problème est contourné en utilisant une couche supérieure plus épaisse, qui peut s'user pendant l'utilisation. Avec l'aide de la nature, de nouvelles approches sont en cours d'élaboration pour les deux sujets, car tant le matériau de revêtement que les paramètres structurels décisifs sont basés sur des systèmes naturels.

Les lipides de tétraéther (TEL) font partie de la coquille de certaines archaébactéries telles que Thermoplasma ou Sulfolo-bus. Les archaebactéries vivent principalement dans des environnements extrêmement inhospitaliers, caractérisés par des températures élevées et un pH bas, par exemple dans les sources thermales ou dans les grands fonds marins. Leur coque doit protéger l’intérieur de la cellule de ces influences environnementales hostiles. Les TEL sont, par exemple, de minuscules molécules cycliques de 4 nm constituées de deux chaînes alcanes, qui sont chacune pontées à leurs extrémités avec des liaisons éther et peuvent être liées de manière covalente au substrat via leurs groupes de tête.

Haute résistance chimique
En raison de leur stabilité due à cette structure, ils sont capables de s’auto-assembler en une couche fermée de molécules essentiellement parallèles perpendiculaires dont les propriétés peuvent être déduites de celles de l’enveloppe bactérienne, telles que la résistance à la température jusqu’à 300 ° C, des propriétés chimiques élevées. , Résistance aux UV et aux acides.

En raison de leur structure moléculaire, les TEL sont non réactives, non conductrices et peuvent être imaginées comme un isolant dans la stratification multicouche.

Contrairement aux revêtements anti-adhésifs en fluoropolymères précédemment utilisés, la possibilité d'une fixation covalente à presque tous les matériaux offre une stabilité mécanique élevée, car la couche repose non seulement sur le substrat, mais devient finalement une avec lui. Le groupe de tête ascendant peut à son tour être fonctionnalisé de telle sorte que certaines propriétés puissent être définies - à l'extérieur, par exemple, le revêtement est hydrophile, tandis que la molécule TEL elle-même reste hydrophobe.

En raison de la petite taille et de la fonctionnalité contrôlable et flexible du TEL, de nombreuses applications sont à prévoir: une à deux couches sont appropriées pour sceller des produits médicaux tels que des canules fines ou des tubes intérieurs et en faciliter le nettoyage, ce qui est actuellement utilisé avec d'autres techniques difficile à atteindre. Un recouvrement par covalence avec de l'argent colloïdal bactéricide est également possible. Appliqués, par exemple, sur des surfaces en verre, des tests ont déjà montré avec succès que les capteurs optiques peuvent être utilisés pratiquement sans maintenance à l'extérieur ou dans des installations.

Accent principal sur les propriétés antiadhésives et anti-corrosion
Un revêtement totalement non cassant du vitrage de façade, qui n'a pas encore été techniquement possible, semble possible. Si vous le souhaitez, le TEL peut également être appliqué en couches plus épaisses afin que, par exemple, une protection contre l'abrasion puisse être garantie en plus des autres propriétés souhaitées telles que la résistance chimique, des propriétés antiadhésives élevées ou une bonne traction grâce à une surface souple semblable à du caoutchouc. Dans les applications possibles, l'objectif principal est le revêtement de surfaces métalliques en ce qui concerne la protection antiadhésive et anticorrosion. Les domaines d'application possibles vont du revêtement de pièces fonctionnelles, par exemple, des cuves, des rouleaux, des démouleurs, des sécheurs par atomisation et des fûts à l'étanchéité d'éléments de façade. Le deuxième aspect bionique joue un rôle important dans de nombreuses possibilités d'application mentionnées ci-dessus, car une micro-structuration adaptée aux modèles naturels réduit la surface de contact pour la poussière, l'eau et même les formes de vie unicellulaires telles que les algues et les bactéries à tel point que très peu de choses peuvent rester sur ces surfaces. Avec une polyfluoration correspondante, il est concevable que même les agents mouillants et les huiles puissants ne puissent plus mouiller la surface - peut-être pour la première fois une surface qui gâche complètement l'ambiance des pulvérisateurs en graphite.

Mais jusque-là, il faut être patient. Le projet, qui bénéficie d'une période de financement de plus de trois ans, a démarré 2004 en novembre et plusieurs années s'écouleront avant que les premiers produits ne soient prêts à être utilisés. Un obstacle important jusqu’à présent réside dans la disponibilité limitée du matériau de revêtement: TEL, car ils sont obtenus à partir des coquilles d’organismes unicellulaires moins prisés, sous forme purifiée jusqu’à présent en petites quantités en stock et, par conséquent, coûteuses. Cependant, 2 mg est suffisant pour couvrir une couche de 1 m².