Selbstreinigende Oberflächen nach dem Vorbild der Lotosblume

Selbstreinigende Oberflächen nach dem Vorbild der Lotosblume

Von der Natur abgeschaut: der Effekt der selbstreinigenden Materialien

Was versteht man unter selbstreinigenden Oberflächen, die mit dem abperlenden Effekt eines Blattes der Lotosblume ausgestattet sind? Als erstes soll die Herkunft dieses Effekts etwas genauer beleuchtet werden. Die Familie der “Lotosgewächse” und die Gattung “Lotosblume” – so lautet die botanische Einordnung der Pflanzenart, die den Ingenieuren als Vorbild für den Abperleffekt zur Verfügung stand.

Botanik und Physik

Abgeschaut von der Natur: Der absperlende Effekt ist einer der Klassiker der Bionik. Vorbild war die Lotosblume - Von der Entdeckung der besonderen Eigenschaften bis zur praktischen Anwendeung vergingen jedoch Jahrzehnte. Die Perfektion der Natur kann man halt nicht so ohne weiteres kopieren. Doch heutzutage gibt es zahlreiche Anwendungsbereiche. Foto: wittybear / Bigstock
Abgeschaut von der Natur: Der absperlende Effekt ist einer der Klassiker der Bionik. Vorbild war die Lotosblume – Von der Entdeckung der besonderen Eigenschaften bis zur praktischen Anwendeung vergingen jedoch Jahrzehnte. Die Perfektion der Natur kann man halt nicht so ohne weiteres kopieren. Doch heutzutage gibt es zahlreiche Anwendungsbereiche. Foto: wittybear / Bigstock

Um der Wirkungsweise der selbstreinigenden Materialien näher auf den Grund gehen zu können, ist es erforderlich zur Botanik zurückzukehren. Blätter und Blüten der krautartig wachsenden Wasserpflanze mit Rhizom – Lotosblume – demonstrieren auf anschauliche und einfache Weise den besonderen Effekt: Wasser perlt an ihnen ab. Ihre glatte Oberfläche verhindert Anhaftungen jeder Art. Ihre Blätter sind stets hygienisch sauber. Zudem haben Pilze oder Schädlinge keine Chance, was wiederum der Lebensdauer der Pflanze zugute kommt.

Wasserabweisend und zur Selbstreinigung fähig: so funktioniert der Trick der Lotosblume

Wenn man den wasserabweisenden Effekt der Lotosblume verstehen möchte, muss man die Oberfläche der Pflanze genauer unter die Lupe nehmen. Blüten und Blätter der Lotospflanze besitzen eine Doppeloberflächenstruktur. Diese entsteht durch eine ursprünglich raue Fläche, die jedoch zusätzlich mit winzigsten wasserabweisenden Substanzen bestückt ist. Zum bekannten Perleffekt kommt hinzu, dass Schmutzpartikel nicht anhaften können oder auf dem Weg des Wassers weggespült werden. Bekannt ist, dass auch eine Vielzahl anderer Pflanzen eine Doppelstruktur besitzt. Jedoch gilt die Lotosblume tatsächlich als das Extrembeispiel für eine wasserabweisende Oberfläche.

Die Bionik als Bindeglied

Einzigartigkeiten der Natur sich im Alltag zu Nutze machen – dafür steht das interdisziplinäre Forschungsgebiet von Naturwissenschaftlern und Technikern mit der Bezeichnung “Bionik“. Das Thema Selbstreinigung von Oberflächen in der praktischen Anwendung und unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet, stellt eines der großen Forschungsthemen dar.

Schmutzabweisende Textilien, Markisen oder Planen sind längst keine Seltenheit mehr und haben bereits tausende Konsumenten von deren Vorteilen überzeugt. Aber auch die Entwicklung von Beschichtungen für Dächer oder Böden im Inneren von Gebäuden sind ein gefragtes Forschungsgebiet im Hinblick auf das Thema selbstreinigende Oberflächen.

Nanotechnologie

Die Maßeinheit “Nanometer”” steht für ein Milliardstel Meter und hinter der Bezeichnung “Nanotechnologie” verbirgt sich die Erforschung von Dimensionen im Bereich von ein bis 100 Nanometer. Oberflächenstrukturen stellen auf dem Gebiet der Nanotechnologie eines der Hauptforschungsgebiete dar.

Nanoversiegelung - VErsiegelung von Oberflächen
An behandelten Oberflächen perlt das Wasser einfach ab – Foto:chabkc / Bigstock

So ist es nicht verwunderlich, dass der wohl populärste Effekt aus dem Bereich der Nanotechnologie die Hydrophobie von Materialen ist. Zur Verbesserung einer Oberflächenstruktur im Sinne von Selbstreinigung und Wasserabweisung gelten Nanobeschichtungen, die auf synthetisch hergestellten Nanopartikeln basieren, als Maß der Dinge. Die Industrie hat sich die bisherige Grundlagenforschung zu Nutze gemacht und durch Anwendungsforschung neue Materialien zur Produktionsreife gebracht. Nicht nur im bereits erwähnten Bereich von Textilien, sondern auch auf dem Gebiet der Baustoffe, konnten große Fortschritte erzielt werden. Hierzu gehören Beschichtungen ebenso wie Mittel zur Versiegelung von Oberflächen.

Eine Auswahl praktischer Anwendungsgebiete

Dächer sind einer Vielzahl von Witterungseinflüssen ausgesetzt. Feuchtigkeit verursacht das Wachstum von Moos und bewirkt auf Dauer Schäden an der Dacheindeckung.  Nanobeschichtungen haben inzwischen auch im Bereich der Dacheindeckungen Einzug gehalten. Dachbeschichtungen auf bestehenden Dächern mit Hilfe von Flüssigkunststoffen auf Basis der Nanotechnologie oder Dachfarben sind hier zu nennen.

Geeignet sind für ein solches Verfahren alle nicht anhaftenden Untergründe. Hierzu zählen Betondachsteine und nicht glasierte Tonziegel. Im Ergebnis ist ein auf diese Weise behandeltes Dach geschützter gegen Wetter- und Umwelteinflüsse. Das Wachstum von Moos wird vermindert, indem Feuchtigkeit nachweislich reduziert wird. Zusätzlich wird ein späteres Säubern des Daches erleichtert. Kleinste Risse werden beinahe nebenbei geschlossen. Und auch das Aufbringen von Farbe und Glanz sind möglich.  Unbedingt erwähnenswert ist zudem die Möglichkeit der Versiegelung von Natursteinflächen oder Pflaster oder der Imprägnierung von Fassaden. Siehe dazu auch: Tecto-San® Nano Imprägnierung VS.

Was für den Außenbereich gilt, ist auch im Inneren eines Gebäudes anwendbar: Fußbodenversiegelungen auf Nanobasis sind bei einer Vielzahl von Materialien möglich. Ob Parkett, Laminat, Kork oder PVC – eine wasser- und schmutzabweisende Oberflächenversiegelung kann durch eine entsprechende Nanobeschichtung erreicht werden. Hierbei geht es tatsächlich nicht allein um die Optik. Das Verschütten von Flüssigkeit bleibt im Fall einer solchen Beschichtung oftmals folgenlos: Das Eindringen und mögliches Aufquellen des Fußbodenmaterials wird wirksam vermindert.
Bezüglich der Begehbarkeit sei angemerkt, dass das Material rutschfest und trittbeständig ist.

Abschließend bleibt festzustellen: Die Anwendungsgebiete der Nanotechnologie sind vielfältig und inzwischen sind Nanoprodukte aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken.  Von der Natur lernen, sich ihre genialen Einzigartigkeiten zu Nutze machen – dafür wird auch weiterhin geforscht werden. Es bleibt spannend, denn gewiss ist das Potential, das die Natur liefert, noch lange nicht ausgeschöpft! Bei uns finden Sie zahlreiche Produkte und Anwendungsmögklichkeiten für eine Imprägnierung und Versiegelung, welche auch auf die selbstreinigende Oberflächenbehandlung setzen.