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Sonntag, 15. Dezember 2019

Von Muscheln, Seepocken und leckeren Austern inspiriert

Donnerstag, 18. September 2014 | Veröffentlicht von: Michael Richter, FARBE UND LACK

Wie schaffen es Muscheln, Seepocken und Austern an Steinen, einem Pier oder Schiffen zu kleben? Was können wir daraus lernen und wie kann man das Wissen in der Lackwelt nutzen?

Wie schaffen es Muscheln, Seepocken und Austern, sich selbst an Steine, einen Pier oder ein Schiff zu heften? Noch viel wichtiger als das "Wie" ist aber, was wir daraus lernen können und wie man dieses Wissen für die Lackwelt nutzbar machen kann.

Die Natur beobachten

Muscheln, Seepocken und Austern sind dazu in der Lage, sich an Objekte zu heften, die eine nasse oder zumindest feuchte Oberfläche haben. Wenn wir versuchen etwas mit herkömmlichen Klebern zu befestigen und das auf einer feuchten Oberfläche – ein aussichtsloses Unterfangen. Wasser ist kein sonderlich gern gesehener Companion, wenn man Adhäsionsprozesse einmal genauer betrachtet. Eine wichtige Frage ist also, wie es Muscheln und ähnliche Lebewesen Adhäsionsprobleme in der Gegenwart von Wasser lösen und wie wir uns dieses Wissen nutzbar machen.

Die Natur erklären

DOPA-Einheiten (3,4-Dihydroxyphenylalanin, Catechol-Bausteine), eingebettet in Proteine scheinen des Rätsels Lösung zu sein. Eine Erkenntnis, die Forscher bereits inspiriert hat, neue Klebstoffe zu entwickeln. Erstaunlicherweise sind diese biomimetischen Klebstoffe leistungsfähiger als Sekundenkleber. Die Catecholeinheiten sind sowohl in der Lage, starke Wasserstoffbrückenbindungen aus zu bilden als auch als Chelat-Ligand in Metall-Komplexen zu fungieren – beides ist auch unter feuchten und nassen Bedingungen problemlos möglich.

Von der Natur inspiriert

Für biomedizinische und umwelttechnische Anwendungen unter feuchten Bedingungen sind Polymere mit selbstheilenden Eigenschaften verzweifelt gesucht. Glücklicherweise berichten die Forscher Herbert Waite, Jacob Israelachvili und deren Mitarbeiter nun in Nature Materials von genau dieser Polymereigenschaft. Das Besondere an dieser Idee ist, dass die Forscher die selbstheilenden Eigenschaften nutzen konnten ohne möglicherweise schädliche Metallionen einzusetzen – eine wichtige Grundvoraussetzung um als biomedizinische Beschichtung Verwendung zu finden.

Die Idee einsetzen und testen

Die Forscher verwendeten Polyacrylate und Polymethacrylate. Die Oberflächen wurden durch Catechole modifiziert, wobei die OH-Funktionalitäten durch säurelabile Silyleinheiten geschützt sind. Wenn der Polymerblock nun in zwei Teile geschnitten wird und mit einer sauren wässrigen Lösung behandelt wird (pH = 3), bildet sich erneut ein einziger Polymerblock. Mit einer Zugfestigkeit als wäre der Block nie geteilt worden. Aufgrund der sauren Bedingungen wurden die Catechol-Einheiten entschützt und die Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden zu können wurde wieder hergestellt - fertig ist der Supersuper-Kleber und der geheilte Lack.

Offene Fragen und ein Blick in die Zukunft

Natürlich gilt es auch hier, einige Fragen zu stellen. Beispielsweise: Wie schafft man es denn technisch eine sauer Umgebung zu schaffen, um die nötige Freisetzung der OH-Gruppen zu forcieren? Kann man dieses Problem vielleicht lösen, indem man Mikrokapseln verwendet, die mit einer sauren Lösung gefüllt sind? Gibt es vielleicht unterschiedlich Schutzgruppen, die sich in variierenden pH-Wertbereichen abspalten lassen? Sind die Reaktionsprodukte der Abspaltung langfristig schädlich für die Beschichtungsqualität.

Ich bin wirklich neugierig, ob dieses Prinzip zukünftig für Beschichtungen angewendet wird. Es wäre sicherlich ein großer Gewinn für das Beschichten unter feuchten Bedingungen, für die Selbstheilung schwer erreichbarer Stellen und – wo nötig – für Anwendungen, bei denen Metall-Ionen unerwünscht sind.

Nun sind aber Sie an der Reihe!
Wie ist Ihre Meinung zu diesem Thema? Haben Sie Vorschläge oder sogar Ideen?
Ich freue mich auf Ihre Kommentare und eine interessante Diskussion!

Viele Grüße
Michael Richter

Literatur:

B. Kolbe, D. W. Lee, J. N. Israelachvili, J. H. Waite, Nature Materials 2014, 13, 867-872. Veröffentlicht online am 27. Juli 2014. Zum Artikel

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