Optimierte pflanzliche Antihaftoberflächen als Vorbild für die Erzeugung hierarchisch strukturierter Metalloberflächen mit anti-adhäsiven Eigenschaften

Abstract

Die Erzeugung technischer (künstlicher) hierarchisch strukturierter Oberflächen ist mit in der Industrie standardmäßig eingesetzten Mitteln und Methoden möglich und erscheint als eine geeignete Methode, den an pflanzlichen Antihaftoberflächen entdeckten und erforschten Selbstreinigungseffekt technisch umzusetzen.<br /> Die Strukturparameter der pflanzlichen Vorbildsysteme lassen sich mit den Methoden der Galvanisierung im nm-Bereich nachvollziehen, jedoch mit Einbußen auf der µm-Strukturebene. Funktional beschichtet werden können diese Oberflächen nur mit sehr dünnschichtigen Substanzen. <br /> Hierarchischen Strukturen auf µm-Ebene lassen sich über unterschiedliche Wege erzielen:<br /> a) über eine Kombination aus Sandstrahlung und einer thermischen Spritzschicht, die mit geeigneten Beschichtungsmaterialien dünn überschichtet wird,<br /> b) über Strukturlacke auf Fluorpolymerbasis, die entweder nur auf die Sandstrahlung oder auf die o.g. Kombination appliziert werden. Ebenfalls ist eine hierarchische Mikrostruktur durch den gezielten Auftrag pulverförmiger Fluorpolymere auf einen fluorpolymerhaltigen Basislack und die schonende Verschmelzung beider Materialien am Schmelzpunkt des Basislacks möglich und Erfolg versprechend. <br /> Die so erzeugten Oberflächen sind wasserabweisend und z.T. unbenetzbar. Es wurden Kontaktwinkelmessungen mit Wasser und Dijodmethan sowie Abrollwinkelmessungen mit Wasser durchgeführt (alle Messungen mit 15µl großen Tropfen). Mit den Kontaktwinkelwerten der beiden Testflüssigkeiten wurde die Oberflächenenergie (SFE) des Festkörpers berechnet. <br /> Außerdem wurden Abzugstests mit speziellen Testklebebändern durchgeführt. <br /> Die berechneten Werte der Oberflächenenergie sind hervorragend, wohingegen die teilweise hohen Abrollwinkelwerte Verarbeitungsfehler bei der Erzeugung geschlossener, nicht poröser Schichten und Strukturlacke sowie die Notwendigkeit einer flächendeckenden Nanostruktur aufzeigen. <br /> Die Haftkraftmessungen beim Klebebandabzug ergaben höhere Werte, als sie bei den pflanzlichen Vorbildern zu erwarten wären, da die erzeugten Mikrostrukturen der Klebermatrix gute Verklammerungsmöglichkeiten bieten, ohne daß die verwendeten Beschichtungsmaterialien dies kompensieren konnten. Auch gegenüber pulverförmigen Materialien (Mehl) ist bei den mikrostrukturierten Oberflächen i.Ggs. zu den pflanzlichen Vorbildern keine ausreichende Wirksamkeit zu erkennen, da hier ebenfalls die Strukturierung auf der nm-Ebene fehlt.<br /> Trotz dieser Schwächen ist die flächendeckende Erzeugung hierarchisch mikrostrukturierter künstlicher Oberflächen mit industriellen Standardverfahren als durchführbar dokumentiert.