Bionik 12.11.1999, 17:23 Uhr

Nie mehr streichen, nie mehr putzen

Die Natur birgt vielerlei Strukturen und Prozesse, die Ingenieure in innovative Produkte umsetzen können. Ein ergiebiges Beispiel dafür ist der Lotuseffekt – Vorbild für selbstreinigende Flächen aller Art.

Wenn man sich in der Natur gründlich umschaut, entdeckt man, dass sich eine Vielzahl von Strukturen und Prozessen in technische Verfahren und Konstruktionen umsetzen lässt. Eins der bekanntesten Beispiele aus jüngster Zeit ist der sogenannte Lotus-Effekt – ein Selbstreinigungsmechanismus, den einige Pflanzenblätter zeigen und der besonders gut beim Lotusblatt ausgeprägt ist. Zu den neuen Produkten, in denen der Lotuseffekt realisiert wurde, gehören der kürzlich auf der Baufachmesse in Leipzig vorgestellte selbstreinigende Dachziegel und die Schmutz und Wasser abweisende Fassadenfarbe, die seit März auf dem Markt ist. „Auch Folien für Gartenmöbel, Solarmodule oder Verkehrsschilder sind in Entwicklung“, so Dr. Bernhard Schleich, der sich mit der Entwicklung selbstreinigender Folien bei Creavis in Marl befasst.
Der Bonner Biologie-Professor Wilhelm Barthlott entdeckte die Ursache dafür, dass die Blattoberfläche der Lotuspflanze nicht nur Wasser abweisend ist, sondern dass die Wassertropfen, die über das Blatt rollen, auch die Schmutzpartikel mitnehmen und so das Blatt bei jedem Regen reinigen. Es ist die besonders ausgeprägte Oberfläche, die für diesen Effekt verantwortlich ist. Die gewölbten Oberflächenzellen sehen aus wie Noppen und sind etwa 10 mm groß. Sie sind zudem mit einem Pelz von Wachsnadeln besetzt, die kleiner als 1 mm sind und die Wasser abweisende Wirkung hervorrufen. Beide Eigenschaften, die Noppenstruktur und die Wachsoberfläche, führen dazu, dass der Schmutz nur lose auf dem Blatt liegt und von den Wassertropfen leicht mitgenommen werden kann.
„Überträgt man die beobachteten Effekte auf dem Lotusblatt auf technische Systeme, so sind es die Hydrophobie und die spezielle Struktur, die eine selbstreinigende Oberfläche aufweisen muss“, erläutert Dr. Harald Keller aus der Polymerforschung der BASF in Ludwigshafen. Die Hydrophobie, also die Wasser abweisenden Eigenschaften, können in technischen Produkten durch das Beimischen von Teflon, Siliconverbindungen, natürlichen und künstlichen Wachsen wie Polyethylen oder Polypropylen erzeugt werden. Die regelmäßige Struktur, sie ist durch eine grobe Struktur in der Größenordnung von 1 µm bis 20 µm und eine Feinstruktur im Submikrometerbereich unterhalb 0,5 µm charakterisiert, lässt sich durch Pigmente oder Füllstoffe, die eine spezielle Korngröße aufweisen, oder auf mechanischem Weg erzielen.
In der Fassadenfarbe beispielsweise wird die Struktur durch Füllstoffe erzeugt. Dabei greifen die Produzenten auf die gängigen Einsatzstoffe zurück. „Die Füllstoffe sind auch in der normalen Fassadenfarbe enthalten“, erläutert Andrea Born, Leiterin der Forschung und Entwicklung beim Farbenhersteller Ispo in Hofheim, „den Effekt erzielen wir durch die spezielle Korngröße.“ Die Wasser abweisenden Eigenschaften erhält das Anstrichmittel durch Silikonharzemulsionen. Bei den selbstreinigenden Folien, die zur Zeit bei Creavis und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg entwickelt werden, wird die Struktur mechanisch erzeugt. Die Mikrostrukturierungstechnik wurde bereits bei der Produktion von Folien eingesetzt, die für die Entspiegelung der Solarzellen sorgen. Da die Oberflächenstrukturen der Solarfolien in der Größenordnung von rund 200 nm liegen, musste die Technik den größeren Strukturen angepasst werden.
Die Folie erhält ihre Oberflächenausprägung, indem sie über eine strukturierte Walze geführt wird. Die Walzenplatten werden in zwei Schritten, einem photochemischen und einem galvanischen, hergestellt. Als erstes wird auf einer photoempfindlichen Trägerplatte mit einem Laserlicht ein gleichmäßiges Mikromuster erzeugt, das nach der Entwicklung des Photolacks eine entsprechende Struktur ergibt. Von diesem Original werden Metallfolien galvanisch abgeformt, die als Prägestempel für die Walze dienen. Nach der Prägung werden die Folien einer nasschemischen Behandlung unterzogen, wobei sie fluoriert, silanisiert oder mit Wachsen behandelt werden, damit die Oberfläche hydrophob wird. „Man könnte auch eine hydrophobe Folie herstellen und die Struktur anschließend einprägen“, erklärt Schleich. Die Folien sollen in ein bis zwei Jahren marktreif sein.
Die praktischen Anwendungen des Lotuseffektes liegen überwiegend im Außeneinsatz, wo der Regen die Oberfläche sauber hält, z.B. in Farben und Folien für Carports, Solarmodule, Gartenmöbel, Verkehrsschilder, Verkehrsleitsysteme, Leuchtwerbung, für Fassaden oder Fensterrahmen oder als Plexiglasersatz. Ein wichtiges Entwicklungsziel sind transparente Folien, die auf Fensterscheiben aufgezogen werden können und das regelmäßige Putzen reduzieren oder gar ganz erübrigen. „Aber eigentlich sind Anwendungen überall dort sinnvoll, wo das Wasser ablaufen kann und dabei den Schmutz mitnimmt“, erklärt BASF-Experte Keller. Deshalb sind auch Fliesen, Duschkabinen oder Toiletten interessante Perspektiven für weitere Entwicklungsarbeiten.
Auch das immer saubere Auto wäre eine interessante Anwendung für den Lotuseffekt. Doch das ist zur Zeit noch Utopie. Bis es so weit ist und der Lotuseffekt auch im Autolack realisiert wird, muss noch eine Menge Entwicklungsarbeit geleistet werden. „Eins der Probleme liegt im Lotuseffekt selbst begründet“, erklärt Dr. Uwe Hartwig, Forschungsleiter bei der BASF Coatings AG in Münster, „durch die Struktur bedingt, ist die Oberfläche matt.“ Dies aber finden die Autofahrer nicht so schön, das Auto muss glänzen. Ein anderes Problem ist die Noppenstruktur. Sie ist sehr empfindlich gegenüber mechanischer Belastung. Schon die Fliegen, die im Sommer auf das Auto prallen, erzeugen Verletzungen im Lack. Noch kritischer ist die mechanische Beanspruchungen bei der Montage oder auch im täglichen Gebrauch. Kratzer zerstören den Effekt vollkommen. Deshalb wird es einen Autolack mit Lotuseffekt erst dann geben, wenn sich der Effekt mit einer mechanisch stabilen und glänzenden Struktur erzielen lässt.
ALMUTH S. JANDEL
Eine spezielle Mikrostruktur macht“s möglich: Abperlendes Wasser nimmt die Schmutzpartikel mit – die Oberfläche bleibt sauber.
Einen Dachziegel, der nie mehr anschmutzt, haben die Erlus Baustoffwerke jetzt vorgestellt. Das Bild zeigt Entwicklungsleiter Jan Interwies.

Von Almuth S. Jandel

Stellenangebote im Bereich Bauwesen

Landesbetrieb Bau und Immobilien Hessen-Firmenlogo
Landesbetrieb Bau und Immobilien Hessen Ingenieure (m/w/d) der Fachrichtung Versorgungstechnik Darmstadt, Langen
Städtisches Klinikum Karlsruhe gGmbH-Firmenlogo
Städtisches Klinikum Karlsruhe gGmbH Architekt bzw. Bauingenieur (m/w/d) Karlsruhe
Landesbetrieb Bau und Immobilien Hessen (LBIH)-Firmenlogo
Landesbetrieb Bau und Immobilien Hessen (LBIH) Projektleiter (m/w/d) für den Servicebereich Bau im Bereich Gebäudemanagement Wiesbaden
VTG GmbH, Ingenieurbüro-Firmenlogo
VTG GmbH, Ingenieurbüro Projektleiter mit Schwerpunkt Rohrleitungsbau (m/w/d) München
Stadt Nordenham-Firmenlogo
Stadt Nordenham Ingenieur (m/w/d) der Siedlungswasserwirtschaft als Bauleitung im Bereich Abwasseranlagen Nordenham
Hochschule Augsburg-Firmenlogo
Hochschule Augsburg Professur (W2) für Verkehrsinfrastruktur Augsburg
Ralf Schmitz GmbH & Co. KGaA-Firmenlogo
Ralf Schmitz GmbH & Co. KGaA Bauingenieure/Architekten (w/m/d) als Projektleiter/Bauleiter Berlin
Klinikverbund Südwest GmbH-Firmenlogo
Klinikverbund Südwest GmbH Projektleiter (m/w/d) Sindelfingen
Hafen Krefeld GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Hafen Krefeld GmbH & Co. KG Leitung des Eisenbahninfrastrukturunternehmens und der Technikabteilung (m/w/d) Krefeld
HENN-Firmenlogo
HENN Oberbauleiter (m/w/d) Raum Braunschweig

Alle Bauwesen Jobs

Top 5 Bau

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.