Nano-Beschichtungsstoffe
Nano-Beschichtungsstoffe
Anhand dieser Beispiele soll gezeigt werden, inwieweit die Nanotechnologien schon in die Bereiche der Bautenfarben und des Malers Einflussnehmen.
1 Fassadenfarben
Fassadenfarben auf Basis wässriger Dispersionsbindemittel erfreuen sich weltweit groẞer Verbreitung. DieTrocknung erfolgt durch den Kalten Fluss. Allerdings bleiben solche Filme thermoplastisch, erweichen also bei Erwärmung durch Sonne oder Schleifen wieder. Um diese unerwünschte Eigenschaft zu vermindern, kombiniert man bisher weiche mit harten Polymertypen. Wässrige Nanokomposite sollen das Erweichen künftig völlig ausschlieẞen: Diese Bindemittel vereinen organische und anorganische Bestandteile, bestehen also aus einer verfilmbaren Polymerdispersion, in die harte Nanopartikel mit Gröẞen zwischen 10 und 30 Nanometern gleichmäẞig eingelagert sind. Bei der Trocknung bildet sich neben dem Polymerfilm ein belastbares, dreidimensionales Nanopartikel-Netzwerk aus. Erste Tests zeigen, dass Farben auf Basis dieser hybriden Nanokomposite temperaturstabil sind, hart und dennoch durchlässig für Wasserdampf bleiben. Sie haften sehr gut auf den mineralischen Untergründen am Bauwerk und zeigen nur geringe Verschmutzungsneigung.
2 Holz-Beschichtungen
Bereits Standard sind transparente Eisenoxidpigmente mitLängen von 5 bis 100 Nanometer und Dicken um die 2Nanometer. Als Bestandteile von Holzlasuren schützen sieden Untergrund und das polymere Bindemittel der Lasurselbst vor dem zerstörerischen UV-Anteil des Sonnenlichts.Schutz vor den ultravioletten Strahlen der Sonne bietenauch nanoskalige Pigmente aus Zinkoxid. Sie absorbierenNano-Beschichtungsstoffeund reflektieren dieses kurzwellige Licht besonders gut. EinAnteil von einem Prozent im Lack genügt, um Holz-untergründe wirkungsvoll zu schützen. Und weil sie imsichtbaren Spektrum des Lichts transparent erscheinen,lassen sich sogar schützende Klarlacke herstellen.
3 Bakterienarrne Oberflächen
In Kliniken und Arztpraxen spielt die Sterilität eine zentrale Rolle. Antibakteriell wirkende Beschichtungen auf Flächenoder Bauelementen, mit denen Patienten in Berührung kommen, können das Infektionsrisiko deutlich minimieren. In Farben und Lacke integrierte, nanoskalige Silberionen töten Bakterien ab, ohne sich dabei zu verbrauchen. Im Gegensatz zu herkömmlichen bioziden Wirkstoffen sind Silberionen fest in die Beschichtungsmatrix eingebunden und gelangen nicht in die Umgebung.
4 Korrosionsschutz
Stahl korrodiert in feuchter Luft, benötigt also einen effektiven Oberflächenschutz, der den Zutritt von Wasser und Luft verhindert. Konventionelle Korrosionsschutzbeschichtungen für Stahl bilden eine möglichst dichte Barriere auf dem metallischen Untergrund. Je dicker die Schicht, desto effektiver die Barriere - so die Faustregel. Einklassischer Korrosionsschutz von Brücken oder Masten zeigt - je nach Belastung - eine Trockenschichtdicke von bis zu 300 Mikrometern.
Doch auch hier setzt die Nanotechnologie neue Maẞstäbe. Organisch-anorganische Hybridbindemittel, sog. Ormocere, mit nanoskaligen, funktionalen Partikeln bilden bei Trockenschichtdicken zwischen 5 und 10 Mikrometern (farblos) bzw. zwischen 10 und 20 Mikrometern (pigmentiert) immer noch ausreichend dichte Schichten. Der Nano-Korrosionsschutz lässt sich wie gewohnt applizieren und benötigt nur eine Schicht - das bedeutet einen erheblich reduzierten Arbeitseinsatz bei gleichzeitig deutlich geringerem Ressourcenverbrauch. Damit sinkt der Energieeinsatz sowohl für die Herstellung des Lacks, als auch für dessen Verarbeitung. Und schlieẞlich sind dünnere Schichten gleichbedeutend mit weniger Lösemittel-Emissionen (VOC). Dies gilt für Nanolacke generell - unter dem Strich dürften die VOC-Emissionen auf ein Drittel der durchschnittlichen Mengen traditioneller Beschichtungen sinken. Seine Ökoeffizienz spielt der Nanolack auch im Zusammenhang mit der Beschichtung von Leichtmetallen wie Aluminium aus. Hier kann auf die nicht unproblematische Chromatierung vor dem eigentlichen Beschichtungsauftrag verzichtet werden.
Selbstheilende Beschichtungen sind vielleicht schon bald keine Utopie mehr. Die Beschichtungen integrieren Mikrokapseln mit Bindemittel und Härter. Lokale Verletzungen der Beschichtung treffen auch auf die verkapselten Stoffe. Die Kapseln werden geöffnet, Bindemittel und Härter vermischen sich und härten aus.
1 Fassadenfarben
Fassadenfarben auf Basis wässriger Dispersionsbindemittel erfreuen sich weltweit groẞer Verbreitung. DieTrocknung erfolgt durch den Kalten Fluss. Allerdings bleiben solche Filme thermoplastisch, erweichen also bei Erwärmung durch Sonne oder Schleifen wieder. Um diese unerwünschte Eigenschaft zu vermindern, kombiniert man bisher weiche mit harten Polymertypen. Wässrige Nanokomposite sollen das Erweichen künftig völlig ausschlieẞen: Diese Bindemittel vereinen organische und anorganische Bestandteile, bestehen also aus einer verfilmbaren Polymerdispersion, in die harte Nanopartikel mit Gröẞen zwischen 10 und 30 Nanometern gleichmäẞig eingelagert sind. Bei der Trocknung bildet sich neben dem Polymerfilm ein belastbares, dreidimensionales Nanopartikel-Netzwerk aus. Erste Tests zeigen, dass Farben auf Basis dieser hybriden Nanokomposite temperaturstabil sind, hart und dennoch durchlässig für Wasserdampf bleiben. Sie haften sehr gut auf den mineralischen Untergründen am Bauwerk und zeigen nur geringe Verschmutzungsneigung.
2 Holz-Beschichtungen
Bereits Standard sind transparente Eisenoxidpigmente mitLängen von 5 bis 100 Nanometer und Dicken um die 2Nanometer. Als Bestandteile von Holzlasuren schützen sieden Untergrund und das polymere Bindemittel der Lasurselbst vor dem zerstörerischen UV-Anteil des Sonnenlichts.Schutz vor den ultravioletten Strahlen der Sonne bietenauch nanoskalige Pigmente aus Zinkoxid. Sie absorbierenNano-Beschichtungsstoffeund reflektieren dieses kurzwellige Licht besonders gut. EinAnteil von einem Prozent im Lack genügt, um Holz-untergründe wirkungsvoll zu schützen. Und weil sie imsichtbaren Spektrum des Lichts transparent erscheinen,lassen sich sogar schützende Klarlacke herstellen.
3 Bakterienarrne Oberflächen
In Kliniken und Arztpraxen spielt die Sterilität eine zentrale Rolle. Antibakteriell wirkende Beschichtungen auf Flächenoder Bauelementen, mit denen Patienten in Berührung kommen, können das Infektionsrisiko deutlich minimieren. In Farben und Lacke integrierte, nanoskalige Silberionen töten Bakterien ab, ohne sich dabei zu verbrauchen. Im Gegensatz zu herkömmlichen bioziden Wirkstoffen sind Silberionen fest in die Beschichtungsmatrix eingebunden und gelangen nicht in die Umgebung.
4 Korrosionsschutz
Stahl korrodiert in feuchter Luft, benötigt also einen effektiven Oberflächenschutz, der den Zutritt von Wasser und Luft verhindert. Konventionelle Korrosionsschutzbeschichtungen für Stahl bilden eine möglichst dichte Barriere auf dem metallischen Untergrund. Je dicker die Schicht, desto effektiver die Barriere - so die Faustregel. Einklassischer Korrosionsschutz von Brücken oder Masten zeigt - je nach Belastung - eine Trockenschichtdicke von bis zu 300 Mikrometern.
Doch auch hier setzt die Nanotechnologie neue Maẞstäbe. Organisch-anorganische Hybridbindemittel, sog. Ormocere, mit nanoskaligen, funktionalen Partikeln bilden bei Trockenschichtdicken zwischen 5 und 10 Mikrometern (farblos) bzw. zwischen 10 und 20 Mikrometern (pigmentiert) immer noch ausreichend dichte Schichten. Der Nano-Korrosionsschutz lässt sich wie gewohnt applizieren und benötigt nur eine Schicht - das bedeutet einen erheblich reduzierten Arbeitseinsatz bei gleichzeitig deutlich geringerem Ressourcenverbrauch. Damit sinkt der Energieeinsatz sowohl für die Herstellung des Lacks, als auch für dessen Verarbeitung. Und schlieẞlich sind dünnere Schichten gleichbedeutend mit weniger Lösemittel-Emissionen (VOC). Dies gilt für Nanolacke generell - unter dem Strich dürften die VOC-Emissionen auf ein Drittel der durchschnittlichen Mengen traditioneller Beschichtungen sinken. Seine Ökoeffizienz spielt der Nanolack auch im Zusammenhang mit der Beschichtung von Leichtmetallen wie Aluminium aus. Hier kann auf die nicht unproblematische Chromatierung vor dem eigentlichen Beschichtungsauftrag verzichtet werden.
Selbstheilende Beschichtungen sind vielleicht schon bald keine Utopie mehr. Die Beschichtungen integrieren Mikrokapseln mit Bindemittel und Härter. Lokale Verletzungen der Beschichtung treffen auch auf die verkapselten Stoffe. Die Kapseln werden geöffnet, Bindemittel und Härter vermischen sich und härten aus.
