Projekt 10898/01

Extrem unverschmutzbare biologische Oberflächen: Charakterisierung und Übertragung auf eine technische Anwendung

Projektträger

Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen
Venusbergweg 22
53115 Bonn
Telefon: 0228/732271

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Entwicklung biomimetischer mikrostrukturierter hydrophober, extrem unverschmutzbarer technischer Oberflächen aufgrund des in der Natur beobachteten Lotus-Effektes. Er besagt, dass biologische Oberflächen, die durch hydrophobe Mikrostrukturen für Wasser vollständig unbenetzbar sind, auch unverschmutzbar sind. Der Lotus-Effekt ist unabhängig von der lebenden Zelle und beruht nur auf physiko-chemischen Grundlagen. Ziel des Projektes ist es, auf der Basis der natürlichen Vorbilder, dem Prinzip der Bionik folgend, mikrostrukturierte hydrophobe Oberflächenbeschichtungen zu entwickeln, die durch Niederschläge von jeder Art partikelförmiger Verschmutzung gereinigt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Charakterisierung und halbquantitative Vermessung unverschmutzbarer biologischer Oberflächen mittels Raster-Elektronenmikroskopie; qualitative und quantitative Erfassung des dreidimensionalen Oberflächenreliefs; Messung des Kontaktwinkels, Bestimmung der Benetzbarkeit biologischer Oberflächen.
Ziel: Erfassung der bei biologischen Oberflächen auftretenden Strukturen und deren Variabilität; Bestimmung der für die Unverschmutzbarkeit zwingend notwendigen Strukturelemente.
2. Herstellung von Probeflächen mit variablen Mikrostrukturen bei gleichbleibender Benetzbarkeit; Beschichtung von mikrostrukturierten Probeflächen mit unterschiedlichen hydrophoben Materialien; Standardisierte Kontaminations- und Beregnungsversuche mit den verschiedenen Probeflächen; Dauertests unter verschiedenen Umweltbedingungen
Ziel: Bestimmung der für die Unverschmutzbarkeit optimalen Mikrostrukturen (Verhältnis von Höhe/Abstand, Form) als Grundlage für eine technische Umsetzung. Bestimmung des Einflusses der Strukturierung auf die Selbstreinigung bei unterschiedlicher Ausgangshydrophobie. Tauglichkeitstests mit derzeit verfügbaren Beschichtungen hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit für unverschmutzbare Oberflächen. Erfassung der Resistenz unterschiedlicher Beschichtungen gegenüber Umwelteinflüssen.
3. Entwicklung biomimetischer, mikrostrukturierter, hydrophober, extrem unverschmutzbarer technischer Oberflächen. Charakterisierung von Probeflächen hinsichtlich Mikrostruktur, Benetzbarkeit und Unverschmutzbarkeit unter Laborbedingungen; Optimierung der Beschichtungen für die Praxis
Ziel: Entwicklung und Markteinführung eines oder mehrerer Produkte zum Ende des Projektes.


Ergebnisse und Diskussion

Als erstes wichtiges Ergebnis des Projektes wurde im März 1999 die Fassadenfarbe Lotusan durch die ispo GmbH auf dem Markt eingeführt. Die bisher vorliegenden Ergebnisse der eigenen Untersuchungen sowie externer Gutachten, belegen die deutlich verbesserten Produkteigenschaften durch die Übertragung des Lotus-Effektes in eine Fassadenfarbe. Die Kundenakzeptanz ist sehr groß und die Eigenschaften der Farbe gehen zum Teil erheblich über die Erwartungen hinaus. So liegen erste Reaktionen von Kunden vor, die besagen, dass selbst Taubendreck auf den Fassaden nicht mehr haftet.
Ende 1999 wurde der erste Dachziegelprototyp der Erlus AG der Fachpresse und der Öffentlichkeit vorgestellt. Eine weitere Präsentation erfolgte auf der BauTec in Berlin im Februar dieses Jahres. Das Interesse der Kunden ist bereits jetzt sehr groß obwohl die Auslieferung erst im Lauf des Jahres 2000 erfolgen wird. Durch die Forschungs- und Entwicklungsarbeit der letzen Jahre konnte der Lotus-Effekt dauerhaft und nahezu perfekt auf die Keramik übertragen werden.
Die Arbeiten im Botanischen Institut haben gezeigt, dass die bei Pflanzen vielfach beobachtete Doppelstruktur (die Überlagerung einer gröberen Struktur im Bereich 20-40 µm mit einer feineren im Bereich 1 µm) zu einer entscheidenden Verbesserung des Effektes führt. Dies konnte auch mit einer neuen Meßmethode untermauert werden, die zur Zeit im größeren Rahmen zur Vermessung von biologischen und künstlichen Oberflächen eingesetzt wird. Möglicherweise lässt sich auf der Basis dieser Messungen in Zukunft ein standardisiertes Verfahren zur qualitativen und quantitativen Beurteilung selbstreinigender Oberflächen begründen.
Weitere Anstrengungen auf dem Gebiet der dreidimensionalen Vermessung mikrostrukturierter Oberflächen mittels confocaler Laserscanning-Mikroskopie, Atomic-Force Mikroskopie und Weißlichtinterferenzmikroskopie (Fa. Nanofocus) lassen erwarten, dass es gelingt die Kontaktflächen zwischen einem Wassertropfen und einer mikrostrukturierten Oberfläche zu vermessen und so Abschätzungen über die Adhäsionsenergien zu machen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Verschiedenen Vorträge auf Tagungen, ca. 1500-2000 Berichte in den Medien vor allem ausgelöst durch die Nominierung des Projektes für den Zukunftspreis des Bundespräsidenten 1998, Auszeichnung des Projektes mit dem Philip Morris Forschungspreis 1999 sowie dem Deutschen Umweltpreis 1999.
Auftritte auf unterschiedlichen Messen: Die Farbe, März 1999, Baufachmesse Leipzig, Oktober 1999, BauTec Berlin Februar 2000, Hannovermesse 2000, Expo 2000.

Übersicht

Fördersumme

664.679,45 €

Förderzeitraum

01.01.1998 - 30.09.2001

Internet

www.botanik.uni-bonn.de/biodiv/

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Umwelttechnik