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Permanente Luftschicht unter Wasser reduziert Reibung und verhindert Fouling & Korrosion

Kurzfassung

Im Rahmen eines Projektes der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH wurde ein Oberflächenmaterial entwickelt, das in der Lage ist, eine dünne Gasschicht zu halten, während es in eine Flüssigkeit eingetaucht ist. Gerade im Schiffsbau könnte ein derartiges Material außerordentlich nutzbringend sein, da es als Beschichtung von Schiffsrümpfen nicht nur toxische Antifouling-Anstriche überflüssig macht, sondern zugleich auch die Reibung während der Fahrt reduziert.

Hintergrund

Oberflächen, die unter Wasser eine Gasschicht halten können, sind von großem technischem Interesse. Das Anwendungspotential erstreckt sich von Reibungsreduktion und Antifouling-Beschichtung im Schiffbau über die chemische Technik und den Rohrleitungsbau bis hin zum Einsatz in der Textilindustrie als neuartige thermische Isolierung.

Problemstellung

Um den Bewuchs eines Schiffsrumpfes unterhalb der Wasseroberfläche (Fouling) zu verhindern, werden im Schiffbau bislang entweder biozidhaltige Lacke verwendet, oder Beschichtungen, die durch ihre Oberflächenbeschaffenheit besonders einfach zu reinigen sind. Keine der Lösungen kann jedoch auf umweltfreundliche Art und Weise einen dauerhaften Schutz einer Fläche unter Wasser gewährleisten, insbesondere dann nicht, wenn diese sich nicht regelmäßig bewegt wird.

Lösung

Unterstützt von der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH entwickelten Forscher am Karlsruher Institut für Technologie eine neuartige Oberflächentechnologie, die über einen langen Zeitraum Gasmoleküle zwischen Oberfläche und umgebender Flüssigkeit halten kann.
Wie ihr natürliches Vorbild, die Blätter des Schwimmfarns Salvinia molesta, weisen die erfindungsgemäßen Beschichtungen Strukturen auf, die oberflächennah stark hydrophob, an der Grenzfläche zur Flüssigkeit aber punktuell hydrophil sind. Dadurch entstehen Bereiche, die nicht von der Flüssigkeit benetzt werden und in denen Gas durch die Oberflächenspannung des umgebenden Mediums gehalten wird. Die Konfiguration der Strukturen kann an unterschiedliche Druckverhältnisse angepasst werden.
Gleichzeitig wirkt die Schicht korrosionshemmend, da bspw. das Metall eines Schiffsrumpfes nicht mehr in direktem Kontakt mit dem Meerwasser steht. Ein weiterer Vorteil der neuartigen Oberflächentechnologie ist die Verringerung der zu überwindenden Reibungsenergie während der Fahrt. Allein die Reduktion der Reibung zwischen Schiff und Wasser durch die Luftschicht an sich wird konservativ auf mindestens 10 % geschätzt. Hinzu kommt die Einsparung durch komplette die Vermeidung von Fouling; auch eine ungewünschte Artenverschleppung wird so effektiv verhindert.

Biologisches Vorbild der Technologie: Wassertropfen auf den Blatthärchen von Salvinia molesta (Foto: KIT).
Biologisches Vorbild der Technologie: Wassertropfen auf den Blatthärchen von Salvinia molesta (Foto: KIT).

Vorteile

  • Dauerhafte Lufthaltung unter Wasser
  • Umweltfreundliches, biozidfreies Antifouling & Korrosionsschutz auch für stationäre Objekte
  • Kraftstoffeinsparung durch Reibungsminimierung
  • Nachträgliche Beschichtung möglich (als Folie)
  • Vielzahl weiterer Einsatzbereiche: Flüssigkeitstransport, thermische Isolierung, Reaktionsgefäße …

Anwendungsbereiche

Oberflächenmaterial für:

  • Antifouling-Beschichtung
  • reibungsreduzierter Flüssigkeitstransport
  • neuartige thermische Isolierung
  • neuartige Reaktionsgefäße
  • ...
Exposé
Kontakt
Anne Böse, M.Sc.
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
boese(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Funktionsnachweis / TRL3
Patentsituation
BR 11 2014 0218102 anhängig
CA 2,866,082 anhängig
CN ZL 2013 80 023 387.6 erteilt
CN 2017073100695560 anhängig
DE 112013001273 A5 anhängig
EP 2 822 704 anhängig
IN 312933 erteilt
JP 6270745 erteilt
JP 2018-094925 anhängig
KR 10-2028621 erteilt
KR 10 2019 7028557 anhängig
US 9,630,373 B3 erteilt
US 10,625,833 erteilt
US 16/815,696 anhängig
Referenznummer
12/006TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.