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NTC Nano tech coatings: Wissenschaft in Unternehmen: Ohne Chrom geht's auch

Korrosionsschutz durch neuartige Beschichtung


Damit Automobile leichter werden und somit weniger Benzin verbrauchen, verwenden die Konstrukteure häufig Aluminium und Magnesium. Anders als Stahl lassen sich diese Leichtmetalle aber nicht durch Verzinken gegen Korrosion schützen. Stattdessen werden sie mit Chromsalzen behandelt und dann lackiert. Die so genannte Chromatierungsschicht bietet nicht nur Schutz, sondern gibt dem Lack auch Halt auf der Metalloberfläche.Weil Chromsalze aber giftig sind und Krebs fördern können, sollen sie gemäß einer EU-Verordnung immer weniger verwendet und in fünf Jahren gänzlich außer Gebrauch sein. Vertreter der Automobilindustrie beklagen dies als einen Schlag gegen die Leichtbauweise, da kein geeigneter Ersatz existiere.

»Unser Schutzüberzug erfüllt alle Anforderungen und ist billiger«, hält Georg Wagner, der Chef des Unternehmens NTC Nano Tech Coatings dagegen. »Selbst mehrere tausend Stunden im Salzsprühtest können der Schicht nichts anhaben.«

Das fragliche Produkt namens Clearcoat U-Sil gibt es in zwei Varianten. Beide ersetzen die Chromatierung und sind rund zehn Mikrometer dick, wie ein Zehntel eines Haares. Eine Variante dient als Grundierung und kann danach wie bisher lackiert werden. Die andere hat einen Antihafteffekt und ersetzt mit Farbpigmenten gemischt den bisherigen Lack. Das spart Arbeitsgänge ein; auch die Menge an Lösemitteln kann drastisch reduziert werden.

Diese Vorteile beruhen auf der so genannten Sol-Gel-Technik, die hier erstmals mit klassischen Lackierverfahren kombiniert wird. Das Sol bildet sich aus Silanen, speziellen Molekülen mit einem Siliziumkern und Alkoholresten. In wässriger Lösung und nach Zusatz von Säuren oder Laugen beginnen die Moleküle zu polymerisieren. Schließlich liegt ein Sol vor: eine Suspension aus vierzig bis fünfzig Nanometer großen Teilchen in Wasser.

Wie ein Lack lässt es sich auf Bleche auftragen. Während das Sol trocknet, verbinden sich seine Partikel zum so genannten Gel. Auf etwa 160 Grad Celsius erwärmt, verdampft das Lösungsmittel völlig aus der Schicht. Dabei verbinden sich die Teilchen weiter zu einem Polymernetz. Dieses ist sehr hart und zudem sehr dicht, sodass aggressive chemische Verbindungen und Luftsauerstoff kaum noch zur Oberfläche des Leichtmetalls durchdringen können.

Die nun schon einige Jahrzehnte alte Sol-Gel-Chemie dient unter anderem zur Antihaft-Beschichtung von Verbandsstoffen oder zur Herstellung von mikroporösen Filtrationsmembranen, aber nicht zum Lackieren. Der Chemiker Wagner hatte das Verfahren als wissenschaftlicher Mit­arbeiter am Institut für Neue Materialien in Saarbrücken kennen gelernt. Mitte der 1990er Jahre arbeitete er als Laborleiter in der Lackindustrie und erkannte die Parallelen beider Techniken. Wagner machte sich selbstständig und entwickelte die passenden Silane.

Die Autoindustrie zeigt Interesse: »Wir verhandeln mit praktisch allen Großen der Branche.« Der Unternehmenschef ist zudem mit der Flugzeugindustrie im Gespräch. Auch dort setzen die Techniker auf Leichtmetalle. Derzeit wird der NTC-Schutzüberzug bei britischen Harrier-Senkrechtstartern getestet, die teilweise aus Magnesium bestehen. Wenn diese Maschinen auf Flugzeugträgern stationiert sind, sorgt die salzhaltige und feuchte Luft dafür, dass bestimmte Teile jeden Monat ausgetauscht werden müssen.

Weitere Anwendungen locken in der Elektronikindustrie: Gehäuse für Handys, Kameras oder Laptops sollen künftig aus Magnesium bestehen. Auch in der Medizintechnik besteht Bedarf: Wegen der extremen Stabilität von Prionen, den Verursachern der Rinderkrankheit BSE und der neuen Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, müssen Zangen oder Klammern für die Chrirugie besonders hohe Temperaturen bei der Sterilisierung aushalten. Ohne einen effektiven Schutzüberzug sinkt aber die Gebrauchsdauer der Werkzeuge. NTCs DuroFluor wird derzeit in der Industrie getestet.

Außer für Aluminium und Magnesium eignet sich das Beschichtungsverfahren auch für Edelstahl, Messing, Silber, Glas oder Keramik. Mit fluororganischen Silanen wird der Überzug Wasser abweisend. Die Wirkung ist laut Hersteller mit der als Lotus-Effekt bezeichneten Selbstreinigung von Oberflächen vergleichbar: Weil Wasser darauf nicht haften kann, fließt es rasch ab und nimmt Schmutzteilchen mit (der Lotus-Effekt beruht allerdings auf der mikroskopischen Struktur der Oberfläche). Für Badewannen und Waschbecken bietet ein Vertriebspartner bereits das Produkt Hyper-Perl an. Ein Jahr lang soll der Schutz vorhalten. Als Fassadenschutz dürfte es sich allerdings nicht eignen, denn die Fluor-Silane sind schon als Grundstoff recht teuer. Denkbar wäre aber eine Anwendung bei Automobilen: als Schmutz abweisende Beschichtung der Windschutzscheibe.


Das Unternehmen im Profil


Nano Tech Coatings (NTC) wurde im September 2000 von dem promovierten Chemiker und Lackexperten Georg Wagner gegründet. Wagner forschte mehrere Jahre am Institut für Neue Materialien in Saarbrücken auf dem Gebiet der Sol-Gel-Technik und arbeitete später in der Lackindustrie. Drei fest angestellte Mitarbeiter entwickeln und produzieren Beschichtungsstoffe auf Basis chemischer Nanotechnologie im saarländischen Tholey.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 2 / 2003, Seite 80
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
2 / 2003

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 2 / 2003

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