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04.11.2014 | Werkstofftechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Neuer Werkstoff lässt Wasser und Öl abperlen

Autor:
Dieter Beste

An einer neuen Klasse hochfluorierter Polymere könnten sowohl Wasser als auch Öle abperlen. Forscher wollen den neuen Werkstoff für universale Schutzbeschichtungen nutzbar zu machen.

In „Physikalische Chemie“ befassen sich die Springer-Autoren Georg Job und Regina Rüffler im Kapitel Grenzflächenerscheinungen (ab Seite 348) unter anderem auch mit dem Oberflächeneffekt der Benetzung, unter der man das vollständige Überziehen einer Festkörperoberfläche mit einem Flüssigkeitsfilm versteht. Und sie erklären: „Ursache ist das Auftreten von anziehenden Kräften zwischen unterschiedlichen Stoffen an einer gemeinsamen Grenzfläche. Bringt man einen Flüssigkeitstropfen auf eine Festkörperoberfläche, so grenzen drei Phasen aneinander: gasig, flüssig und fest.“ Wasser benetzt fettfreies Glas beispielsweise sehr gut bei einem Randwinkel, der gegen 0 Grad tendiert. Ganz anders sieht es bei Quecksilber auf Glas, Wasser auf Lotusblättern (Lotuseffekt) oder Wasser auf Polytetrafluorethen-Gewebe (Gore-Tex®) aus. Dann findet keine Benetzung statt, und der Randwinkel des benetzenden Tropfens liegt oberhalb von 90 Grad – im Idealfall bei 180 Grad.

Klassischer Lotuseffekt funktioniert nur mit Wasser

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Der klassische Lotuseffekt wird bereits seit geraumer Zeit technisch nutzbar gemacht, indem man raue Oberflächen mit besonderen chemischen Eigenschaften herstellt. „Allerdings funktioniert dieser Trick nicht für Öle – die Lotuspflanze ist wasser- nicht aber ölabweisend“, sagt Dr.-Ing. Bastian Rapp vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des Karlsruher Institut für Technologie (KIT). „Öl abweisende Oberflächen müssen chemisch anders aufgebaut sein, hierfür sind Fluorpolymere notwendig“, erklärt der Wissenschaftler.

Kombiniert man nun die chemischen Eigenschaften von Fluorpolymeren mit der Rauigkeit der Lotuspflanze, erreicht man Oberflächen, von denen sowohl Wasser als auch Öle abperlen. Im Labor ist es Rapp bereits gelungen, solche superabweisende Oberflächen mit Lotus 2.0-Effekt herzustellen. Im Praxiseinsatz haben sie sich allerdings bislang noch als unzureichend stabil herausgestellt. Vor allem die Empfindlichkeit gegen Abrieb erweist sich als ein großes Problem.

Wenn sich an Windschutzscheiben kein Eis mehr bilden kann

Rapp arbeitet deshalb an der Entwicklung einer neuen Klasse robuster fluorierter Polymere, von denen Wasser und Öl abperlen. Diese als „Fluoropor“ bezeichneten Polymere sollen die Herstellung des Lotus 2.0-Effekts auf nahezu beliebigen Oberflächen ermöglichen. Dem Karlsruher Forscher schweben als Anwendungen zum Beispiel universale Schutzbeschichtungen gegen jede Form von Verschmutzung vor. Etwa Auto-Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert. Der verarbeitenden Industrie möchte er sehr feinporige Siebe zur Verfügung stellen, die es dank ihrer Materialchemie und -struktur ermöglichen, Öl-Wasser-Gemische, die als Kühlschmierstoffe Verwendung finden, wieder zu trennen.

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