Transparent und haltbar: Fluorfreie schmutzabweisende Polyurethan-Beschichtungen

Selbstreinigende Fenster, schmutzabweisende Auto-Innenräume, Wände, auf denen Graffiti nicht haften – die Liste von Dingen ist lang, denen wir eine Oberfläche wünschen, an der kein Dreck kleben bleibt.

Kanadische Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie einen neuen Ansatz für transparente schmutzabweisende Beschichtungen vor, an denen weder wasser- noch fettlösliche Verschmutzungen haften. Anders als herkömmliche Lösungsansätze kommen sie ohne fluorierte Bestandteile aus, was sie wesentlich kostengünstiger und gleichzeitig umweltverträglicher macht.

Bisherige Ansätze für schmutzabweisende Beschichtungen konnten sich nicht recht durchsetzen, da es ihnen entweder an der nötigen Transparenz oder der Verschleißfestigkeit mangelt – oder sie, im Falle fluorhaltiger Typen mit geeigneten Eigenschaftsprofilen, schlicht viel zu teuer für einen breiteren Einsatz sind. Zudem verursachen die fluorhaltigen Produkte Umweltprobleme, da sie nicht abgebaut werden und bioakkumulieren.

Der neue Ansatz des Teams um Guojun Liu von der Queen’s University (Kingston, Ontario) ist dagegen fluorfrei und basiert auf Polyurethan, einem kostengünstigen Kunststoff-Typus, der auf vielen Oberflächen gut haftet. Die neuartigen Beschichtungen bleiben auch bei Schichtdicken von mehreren zehn Mikrometern transparent und klar. Sie weisen sowohl wässrigen als auch öligen Schmutz ab.

Erfolgsgeheimnis sind aufgepfropfte Seitenketten aus Polydimethylsiloxan (PDMS), einem Silikonöl, das bioverträglich ist und auch in der Medizin Anwendung findet. Die einzelnen Komponenten und die Herstellungsbedingungen wurden so gewählt, dass eine stark quervernetzte Polyurethan-Matrix entsteht, in die Nanodomänen aus PDMS eingebettet sind.

Auf der Oberfläche bilden die Silikon-Seitenketten einen dünnen Flüssigkeits-Film, der wie ein Schmiermittel wirkt. Wenn eine andere Flüssigkeit, etwa Speiseöl, auf der Oberfläche verteilt wird, kann diese einfach abgleiten, weil der Film – anders als eine feste Oberfläche – die Flüssigkeit nicht festhalten kann.

Die neuen Beschichtungen weisen Tinte, künstliche Fingerabdrücke sowie Farben ab. Auch nach dem Zerkratzen mit Sandpapier behalten sie ihre schmutzabweisenden Eigenschaften. Diese Belastbarkeit erklären die Forscher damit, dass bei einer Beschädigung aus den Nanodomänen frische PDMS-Seitenketten auf die neuen Oberflächenbereiche gelangen und die verletzte PDMS-Schicht regenerieren.

Denkbare Anwendungen sind Beschichtungen von Touchscreens, z. B. von Mobiltelefonen und anderen tragbaren elektronischen Geräten, sowie Antigraffiti-Beschichtungen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 36/2015

Autor: Guojun Liu, Queen's University (Canada), http://www.chem.queensu.ca/people/faculty/Liu

Permalink to the original article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201504892

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