Die Farbwelt der Zukunft

Die Zeiten ändern sich, und die Arbeit mit traditionellen Mikroskopen ist in den fortschrittlichen Labors längst vergessen. Das Wort Nanotechnologie begegnet uns heute im Alltag auf Schritt und Tritt. Was ist das und wofür kann man sie einsetzen?

Die Nanotechnologie ermöglicht in erster Linie die Schaffung von Strukturen auf atomarer oder molekularer Ebene. Es handelt sich um einen relativ neuen Ansatz, der sich auf das Verständnis und die Verbesserung der Eigenschaften der Materie im Nanobereich bezieht: ein Nanometer (ein Milliardstel Meter). Aber wie groß sind diese Objekte? Dies lässt sich veranschaulichen, indem man ein menschliches Haar, das 1000 Mal dicker ist, mit der Nanostruktur daneben vergleicht. Überlegen wir einmal, warum sich die Forscher so sehr auf so kleine Elemente konzentrieren, die eigentlich nicht wichtig sein sollten.

Die Nanotechnologie breitet sich immer weiter aus und verfügt über ein enormes Potenzial, das bald zu einer Revolution in vielen Bereichen unseres Lebens führen wird. Die Manipulation auf molekularer Ebene gibt eindeutig die Richtung vor, die zukünftige Nanoprodukte (einschließlich Lacke) in den kommenden Jahren einschlagen werden. Die Nanotechnologie hat zur Entwicklung spezieller Beschichtungen beigetragen, die als ‘intelligente Beschichtungen’ bekannt sind. Dazu gehören u. a.:

• Selbstheilende Lacke für Außenanstriche, die seit einigen Jahren für die Lackierung der SpaceX-Raumfähren und der zur internationalen Raumstation geschickten Raketen verwendet werden. In der Automobilindustrie sind solche Lacke derzeit auf Premiumfahrzeugen zu finden.

• Tarnbeschichtungsmaterialien für die Rüstungsindustrie, die bei vielen Prototypen neuer militärischer Ausrüstung zum Einsatz kommen. Leider stellt die Haltbarkeit einer solchen Beschichtung derzeit das größte Problem dar.

• Beschichtungen, die Systemlecks und andere Fehlfunktionen anzeigen, werden langfristig nicht nur im Bauwesen, sondern auch in der Automobilindustrie eingesetzt werden, so dass sich Lecks viel schneller und einfacher aufspüren lassen.

• Beschichtungen, die gezielt auf Temperaturschwankungen reagieren, wie z.B. Thermobeschichtungen, sind bereits verfügbar und ihr Einsatz in der Automobilindustrie, insbesondere im Tuning, wird zum Standard.

• Der Begriff ‘smart coatings’ bezieht sich auch auf Lacke mit antibakteriellen Eigenschaften, die Nanosilberpartikel verwenden. Diese Materialien werden aufgrund ihrer Funktion - in diesem Fall antibakteriell - manchmal als ‘funktionelle Beschichtungen’ bezeichnet. Die Nanopartikel einiger Füllstoffe (einschließlich Siliziumdioxid) erhöhen die mechanische Widerstandsfähigkeit von Holzlacken, und Metalloxide in Nanogröße schützen lackierte Oberflächen vor UV-Strahlen und bieten gute Korrosionsschutzeigenschaften. Bei der Herstellung von Lacken werden nanotechnologische Produkte auch als Bindemittel eingesetzt, das die Haftung auf dem Untergrund erhöht und eine hervorragende Füllung der Untergrundporen gewährleistet.

Selbstreinigende Autolacke

Silber-Nanopartikel haben zum Beispiel eine viel stärkere bakterizide und fungizide Wirkung als Silber in Makro- oder Mikroform, und ihre Wirksamkeit steigt proportional mit der Verringerung der Partikelgröße (je kleiner die Partikel, desto größer die aktive Oberfläche). Deutsche und japanische Automobilkonzerne stehen dieser technologischen Lösung positiv gegenüber. Derzeit wird an der Verwendung ähnlicher Beschichtungen in öffentlichen Verkehrsmitteln geforscht.

Selbstreinigende und antibakterielle Oberflächen können angesichts der immer größer werdenden Städte (Tokio hat bereits 38 Millionen Einwohner) Wunder wirken. Die Beschichtungen werden aus organischen und anorganischen Materialien sowie aus modernen künstlichen Materialien wie Verbundwerkstoffen und Metamaterialien hergestellt.

Obwohl in jüngster Zeit neue Technologien zur Herstellung funktioneller Beschichtungen in großem Maßstab entwickelt wurden, eignen sie sich oft nur für den Einsatz im Labor und können nicht auf großen Flächen angewendet werden. Die Herausforderung für die Technologen wird daher darin bestehen, diese Methoden an die Bedürfnisse der Industrie anzupassen, damit funktionelle Schichten auf Objekte jeder Größe aufgebracht werden können.

Ein weiteres Problem bei dieser Art von Beschichtung sind die unerwünschten Interferenzen zwischen den einzelnen Schichten, die auf die lackierten Oberflächen aufgetragen werden. Wir sehen, dass es noch ein weiter Weg ist, bis wir Produkte haben, die alle Erwartungen erfüllen.

Manchmal sehen wir im Alltag Produkte, deren Eigenschaften wir nicht immer zu schätzen wissen. Zum Beispiel können wir dafür sorgen, dass der Lack unseres Autos zumindest ein wenig selbstreinigend ist. Wir brauchen nur Wachs aufzutragen (z.B. Profix WAX) und in kurzer Zeit, ohne in die Nanowelt einzugreifen, erhalten wir nicht nur einen spiegelglatten Lack, sondern auch, was ebenso wichtig ist, eine Oberfläche, die lange sauber bleibt.