Rivestimenti antiaderenti dopo Esempio di natura

I rivestimenti strutturati biologicamente offrono proprietà che vanno ben oltre il noto effetto loto, ovvero autopulente in combinazione con l'acqua. Nell'ambito di un progetto congiunto finanziato, sono in fase di sviluppo nuovi sistemi di strati basati su modelli biologici. L'attenzione si concentra sullo sviluppo di strati antiaderenti e di protezione dalla corrosione.

Da circa dieci anni il termine bionica, una parola artificiale di biologia e tecnologia, nota anche come "biologia tecnica" o biomimetica, sta acquistando importanza. I due esempi più popolari della ricerca di base sono il film riblet che utilizza l'esempio della pelle degli squali e l'effetto loto, basato sul modello della parte superiore delle foglie della pianta di loto. Entrambi gli sviluppi si basano sulla scoperta che la natura preferisce le superfici finemente strutturate se gli ingegneri usassero il più liscio possibile.

Sia in termini di flusso ottimale intorno all'aria o all'acqua che alla più bassa adesione di particelle, le superfici microstrutturate sono uniformemente superiori, poiché lo strato limite del flusso viene influenzato positivamente. Pertanto, le turbolenze di frenatura vengono evitate e allo stesso tempo si riduce l'inquinamento, che non è solo una questione di estetica poiché si traduce in un aumento del peso e una ridotta forma lineare ed è vitale per gli organismi riducendo l'infestazione degli agenti patogeni. a
sviluppi tecnologici, come la costruzione di aerei e navi, vince questo aspetto della Antifou-ling sempre più importante, proprio a causa della corrente enorme aumento del costo del carburante e dei trasporti. strutture biologiche sono generalmente ottimizzati in relazione a diversi problemi e sono spesso costruiti con molecole strutturali più grandi e la loro capacità di auto-organizzazione, che spesso richiede un patterning. Andando oltre l'auto-pulizia in combinazione con acqua, l'Antiadhäsionseigenschaft una superficie microstrutturata di crescente importanza industriale: come descritto dall'esempio dell'effetto loto, ridurre stadi differenti dimensioni (gerarchie) della superficie del foglio, come vene, cellule epidermiche, e cristalli di cera nella loro combinazione, l'area di contatto per al 96%.

Insieme alla forte idrofobicità dello strato di cera, lo sporco e l'acqua vengono ugualmente dissipati. Questo vale anche per gli animali, come le libellule con le loro grandi ali rigide. Tale combinazione con le proprietà oltre l'autopulizia tecnicamente da realizzare è utile per una varietà di applicazioni. Lo sviluppo richiede una cooperazione tra ricerca e industria oltre la pura ricerca di base.

Stretta cooperazione tra ricerca e industria
L'azienda Rhenotherm è specializzata da 30 anni in rivestimenti industriali a base di fluoropolimero per le aree di applicazione di antiaderenza, lubrificazione a secco e protezione dalla corrosione ed è aperta a continui sviluppi di sistemi di rivestimento per supportare le diverse esigenze dei clienti. Ad esempio, con Lotuflon, è stato sviluppato un rivestimento in fluoropolimero microstrutturato con diversi livelli di struttura. L'azienda è coinvolta in un progetto congiunto finanziato dal Ministero Federale dell'Istruzione e della Ricerca (supervisione VDI, FKZ 13N8676) per lo sviluppo di nuovi rivestimenti antiadesivi permanenti. Sono coinvolti partner della ricerca e dell'industria: la società Nehlsen-BWB di Dresda (galvanica, industria aeronautica) sta sviluppando i livelli di strutturazione in µm e nm insieme a Rhenotherm. L'Institute for Bioanalysis Technology di Heiligenstadt sta collaborando con l'Università di Halle, Institute for Physiological Chemistry sull'applicazione e la caratterizzazione del nuovo
Il rivestimento, il TU Dresden, Institute of Botany, sta lavorando al coordinamento e al lavoro sul rilevamento microscopico.

Strati autorigeneranti
I precedenti rivestimenti antiaderenti microstrutturati prodotti artificialmente differiscono dai modelli biologici nei loro parametri superficiali, che sono più grandi di un fattore 10 e più. Un altro problema può essere la stabilità meccanica dello strato più esterno, che fino ad ora non si è auto rigenerato, come nel caso di molti sistemi naturali. Il problema viene aggirato utilizzando uno spesso strato superiore che può essere consumato durante l'uso. Con l'aiuto della natura si stanno elaborando nuove soluzioni per entrambi i temi, perché sia ​​il materiale di rivestimento che i parametri strutturali decisivi si basano su sistemi naturali.

I lipidi del tetraetere (TEL) fanno parte del guscio di alcuni archeobatteri come Thermoplasma o Sulfolo-bus. Gli archebatteri vivono per lo più in ambienti estremamente inospitali con alte temperature e basso pH, ad esempio nelle sorgenti calde o nelle profondità marine. Il loro guscio deve proteggere l'interno della cellula da queste influenze ambientali ostili. I TEL sono, ad esempio, 4 nm minuscole molecole cicliche costituite da due catene di alcano, che sono collegate a ponte alle estremità con legami eterei e possono essere legate in modo covalente al substrato tramite i loro gruppi di testa.

Elevata resistenza chimica
A causa della loro causati da questi stabilità strutturale, sono in grado di formare auto-assemblati in uno strato chiuso di parallelo principalmente disposto verticalmente tra loro molecole la cui struttura può essere della derivata della busta batterica, come resistenza alla temperatura per 300 ° C, alta chimico , UV e resistenza agli acidi.

A causa della loro struttura molecolare, i TEL sono non reattivi, non conduttivi e possono essere immaginati come un isolante nella stratificazione multistrato.

In contrasto con i rivestimenti antiadesivi in ​​fluoropolimeri utilizzati in precedenza, la possibilità di attaccamento covalente a quasi tutti i materiali offre un'elevata stabilità meccanica, poiché lo strato non solo poggia sul substrato, ma alla fine diventa tutt'uno con esso. Il gruppo di testa ascendente può a sua volta essere funzionalizzato in modo tale da poter impostare determinate proprietà: all'esterno, ad esempio, il rivestimento è idrofilo, mentre la molecola TEL stessa rimane idrofobica.

A causa della piccola dimensione e controllabile, flessibile funzionalizzare-zione del TEL dovrebbe avere una vasta gamma di applicazioni: uno a strati zweila-dent sono adatti per sigillare prodotti medici come aghi sottili o tubi all'interno e facilitare la loro purificazione, che attualmente con altre tecniche difficile da raggiungere. È anche possibile una sovrapposizione a legame covalente con argento colloidale battericida. Applicate, ad esempio, alle superfici vetrate, i test hanno già dimostrato con successo che i sensori ottici possono essere utilizzati praticamente senza manutenzione all'aperto o in installazioni.

Focus principale sulle proprietà antiaderenti e anti-corrosione
Un rivestimento completamente indistruttibile delle vetrate per facciate, che non è stato ancora tecnicamente possibile, sembra essere possibile. Se lo si desidera, il TEL può essere applicato anche in strati più spessi in modo che, ad esempio, la protezione dall'abrasione possa essere garantita oltre alle altre proprietà desiderate come resistenza chimica, elevate proprietà antiaderenti o buona trazione grazie ad una superficie morbida e gommosa. Nelle possibili applicazioni, il focus principale è sul rivestimento di superfici metalliche per quanto riguarda l'antiaderenza e la protezione dalla corrosione. Le possibili aree di applicazione vanno dal rivestimento di parti funzionali, ad esempio, di vasche, rulli, sformatrici, essiccatori a spruzzo e fusti alla sigillatura di elementi di facciata. Il secondo aspetto bionico gioca un ruolo importante in molte delle possibilità di applicazione sopra menzionate, poiché una microstrutturazione adattata ai modelli naturali riduce la superficie di contatto per polvere, acqua e persino forme di vita unicellulari come alghe e batteri così tanto che su queste superfici può rimanere ben poco. Con una polifluorazione corrispondente, è ipotizzabile che anche agenti umettanti e oli forti non possano più bagnare la superficie, forse per la prima volta una superficie che rovina completamente l'umore per gli spruzzatori di grafite.

Ma fino ad allora, devi essere paziente. Il progetto, che ha un periodo di finanziamento di oltre tre anni, ha dato il via a 2004 a novembre, e ci vorranno diversi anni prima che i primi prodotti siano pronti per l'uso. Un ostacolo finora importante è la limitata disponibilità del materiale di rivestimento: i TEL sono, dal momento che sono ottenuti dai gusci di organismi unicellulari meno pregiati, in forma purificata fino ad ora solo in piccole quantità in magazzino e quindi relativamente costosi. Tuttavia, 2 mg è sufficiente per la copertura monostrato di 1 m².