Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Quasi-liquide Beschichtungssysteme auf Basis trifunktionaler Polymere zur Generierung öl- und wasserabweisender Oberflächen

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens sind quasi-liquide Beschichtungssysteme zur Generierung öl- und wasserabweisender Oberflächen auf porösen Fassadenmaterialien. Derartige quasi-liquide Beschichtungssysteme basieren auf speziell zu entwickelnden trifunktionalen Polymeren, die aus einer Polydimethylsiloxan-(PDMS)-Gruppe, einer solvophilen Gruppe und einer substrataffinen Ankergruppe bestehen und in wässriger Beschichtungslösung Assoziationskolloide ausbilden. Nach der Applikation kommt es im Trocknungsprozess aufgrund der Inversion der Polarität an der Grenzfläche und Ausbildung bindender Wechselwirkungen zwischen solvophilen Gruppen benachbarter trifunktionaler Polymere zur Öffnung der Assoziationskolloide unter Ausbildung einer Monolage ausgerichteter PDMS-Ketten an der Oberfläche des Fassadenmaterials (quasi-liquides Beschichtungssystem). Kovalente Bindungen zwischen Ankergruppen der trifunktionalen Polymere und Fassadenmaterial führen zu hoher Stabilität des Beschichtungssystems. Auftreffende Anschmutzungen gleiten von hoch beweglichen, ausgerichteten PDMS-Ketten des quasi-liquiden Beschichtungssystems ab, wodurch die Verschmutzung derartig beschichteter Fassadenmaterialien deutlich verlangsamt wird. Eine einfache, schnelle, materialschonende Reinigung wird durch Anpassung der Benetzbarkeit des Beschichtungssystems mit Wasser (Optimierung der Länge ausgerichteter PDMS-Ketten) sichergestellt.

Den ca. 22.000 Reinigungsdienstleistern (vorwiegend KMU) wird durch die Projektergebnisse ein quasi-liquides Beschichtungssystem zur Verfügung gestellt, das den langfristigen Erhalt des optischen Erscheinungsbildes derartig beschichteter poröser Fassadenmaterialien sowie deren effiziente Reinigung zu einem vom Kunden (Gebäudeeigentümer bzw. -betreiber) akzeptierten Preis ermöglicht. Hierdurch können Reinigungsdienstleister neue Marktpotentiale in den Bereichen Fassadenbeschichtung und -reinigung erschließen, woraus wirtschaftliche Vorteile von 33,2 Mio. €/a resultieren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden quasi-liquide Beschichtungssysteme zur fluorfreien Generierung öl- und wasserabweisender Oberflächen auf porösen Fassadenmaterialien entwickelt. Derartige quasi-liquide Beschichtungssysteme basieren auf trifunktionalen Polymeren, die sich aus einer Polydimethylsiloxan-(PDMS)-Gruppe sowie einer solvophilen, kovalent vernetzbaren, substrataffinen Gruppe zusammensetzen. In wässriger Lösung bilden die trifunktionalen Polymere durch Zusammenlagern der PDMS-Gruppen Assoziationskolloide aus, wobei die solvophilen, kovalent vernetzbaren, substrataffinen Gruppen die PDMS-Gruppen von der wässrigen Phase abschirmen und für eine hohe Wasserlöslichkeit der Kolloide sorgen.

Nach der Applikation (z. B. Aufsprühen) kommt es im Trocknungsprozess zu einer Anreicherung der Assoziationskolloide auf der Fassadenoberfläche. Aufgrund der Inversion der Polarität an der Grenzfläche (Wasser zu Luft) kommt es im Folgenden zur Öffnung der Assoziationskolloide unter Ausbildung einer Monolage an ausgerichteten PDMS-Ketten an der Oberfläche des porösen Fassadenmaterials. Kovalente Bindungen zwischen trifunktionalen Polymeren und anorganischen sowie organischen Bestandteilen des Fassadenmaterials führen zu einer hohen Haftung und Stabilität des so ausgebildeten quasi-liquiden Beschichtungssystems.

Aufgrund der hohen Beweglichkeit der ausgerichteten PDMS-Ketten des quasi-liquiden Beschichtungssystems werden auch Flüssigkeiten niedriger Oberflächenspannung von beschichteten porösen Fassadenmaterialien abgewiesen und gleiten von diesen ab, wodurch die Verschmutzung beschichteter Fassaden deutlich verlangsamt werden kann. Die weiterhin gute Benetzbarkeit der quasi-liquiden Beschichtungssysteme durch Wasser ermöglicht zudem eine einfache, schnelle und materialschonende wässrige Reinigung beschichteter poröser Fassadenmaterialien.