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Lotuseffekt auf ElastomerenFertigung widerstandsfähiger superhydrophober Oberflächen

Superhydrophobe LSR-Oberfläche

Ein neu entwickeltes Spritzgießverfahren soll die Herstellung superhydrophober Oberflächen aus Kautschuken in einem einstufigen Prozess ohne Modifizierung oder Additivierung des Ausgangspolymers ermöglichen. Erzeugt werden die superhydrophoben Oberflächen nach dem Vorbild des Lotusblatts mit Hilfe mikrostrukturierter Werkzeugkavitäten.

Für die Kunststoff- und Kautschukverarbeitung ist unter anderem eine Funktionalisierung der Formteiloberflächen interessant, die zur Unbenetzbarkeit und Selbstreinigung führt. Diese Produktoberflächen werden bislang über technologisch und wirtschaftlich aufwendige Veredelungsverfahren wie Ätz- oder Beschichtungsprozesse oder Plasmabehandlungen erzielt. Das neue Verfahren erübrige einen aufwendigen Produktionsschritt samt der sonst notwendigen Handlingvorgänge und sei besonders wirtschaftlich.

Kautschuke zeichnen sich laut IKV, das die Entwicklung vorantreibt, besondere durch die Langlebigkeit der Oberflächenfunktionalisierung aus. Im Gegensatz zu vergleichsweise spröden Mikrostrukturen thermoplastischer Werkstoffe brechen elastomere Mikrostrukturen bei mechanischer Belastung nicht ab, sondern stellen sich nach Entlastung in ihren Ursprungszustand zurück. Die Funktionalität der Oberfläche bleibe so erhalten.

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Bei der Verarbeitung von Elastomeren könne zudem auf eine aufwendige variotherme Temperierung verzichtet werden. Denn im Vergleich zur Thermoplastverarbeitung entstehe bei der Abformung von Mikrostrukturen mit elastomeren Werkstoffen durch die invertierte Temperaturführung während der Formgebung eine thermische Expansion.

Das auf einer LSR-Spritzgießmaschine der Klöckner Desma am IKV vorgestellte Verfahren erlaube die Verbesserung bestehender Produkte ebenso wie die Entwicklung neuer Produkte. Das Material stellt Momentive Performance Materials bei. Das Verfahren könnte besonders interessant sein für medizintechnische Anwendungen, da beispielsweise die vollständige Entleerung von Probebehältern möglich würde. Auch bei Isolatoren ist die Anwendung denkbar, da der Selbstreinigungseffekt Stromüberschläge vermeiden kann. Im Gebrauch stark verschmutzende Griffflächen, beispielsweise an Werkzeugen, sind wegen der Kombination aus Soft-Touch und guter Reinigungsfähigkeit weitere Anwendungen denkbar. Mit einer geeigneten Mikrostrukturierung und Prozessführung ist es am IKV nach Angaben der Projektleiter gelungen, den Kontaktwinkel von Oberflächen um bis zu 40 Grad auf über 150 Grad zu erhöhen. Durch die Verwendung elastomerer Materialien sei diese Funktionalisierung widerstandsfähig gegenüber mechanischen Beanspruchungen.

Zu sehen sein wird auch diese Entwicklung während der Kolloquims am IKV in Aachen.

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