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So haftet Silikon an Teflon

Polymerverknüpfung: Nanotechnologisches Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten
So haftet Silikon an Teflon

Mit Hilfe der Nanotechnologie haben es Kieler Forscher geschafft, zwei Antihaftmaterialien stabil miteinander zu verbinden. Rein mechanisch und daher mit guten Aussichten, als biokompatible Lösung in der Medizintechnik Einsatz zu finden.

Silikon ist ein typisches Antihaftmaterial mit sehr niedriger Oberflächenspannung, ähnlich wie Teflon. Beide Materialien sind synthetisch hergestellte Kunststoffe. In Hightech-Bereichen wie der Medizintechnik gibt es eine große Nachfrage nach innovativen Methoden, um insbesondere Silikon auf anderen Materialien zu befestigen, zum Beispiel bei modernen Atemmasken, Implantaten oder auch kleinen Sensoren. Für derartige medizinische Anwendungen werden Verfahren benötigt, die gesundheitlich unbedenklich sind. Bisher wurden die Materialien aneinander geklebt. Doch die dabei wirksamen chemischen Prozesse können auch die Polymere verändern und sie im ungünstigsten Falle sogar giftig machen.

Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat nun eine neue Technologie entwickelt, mit der die beiden Antihaftmaterialien erstmals aufeinander haften. Dabei werden Nano-Kristalle als Heftklammern verwendet.
Die Heftklammern sind Kristalle aus Zinkoxid mit einer Größe von mehreren Nano- bis wenigen Mikrometern. Sie haben die Form von Tetrapoden, verfügen also über vier Arme, die von einem zentralen Punkt ausgehen und so biegsam sind wie Glasfasern. Beim Aneinanderfügen der Polymere werden zunächst Zinkoxidkristalle gleichmäßig auf einer erwärmten Teflonschicht verteilt. Darüber wird eine Silikonschicht aufgebracht. Um die beiden Materialien von innen miteinander zu verbinden, werden sie für weniger als eine Stunde auf etwa 100 °C erwärmt. Die Tetrapoden-Heftklammern sind eine rein mechanische Verknüpfungstechnik, so dass das Kieler Forschungsteam davon ausgeht, dass sie biokompatibel sind – und vermutlich auch alle möglichen anderen Kunststoffe aneinander binden können.
Zugkräfte auf einen herausstehenden Arm des Tetrapoden bewirken, dass sich die übrigen drei Arme tiefer in das Material eingraben, so dass der Tetrapode am Ende umso fester im Material sitzt. Mit den Nanoklammern hält die Teflon-Silikonverbindung einer Kraft von 200 Newton pro Meter stand. Das entspricht etwa dem Abziehen von herkömmlichem Klebeband von einer Glasoberfläche. Diese Haftwirkung der Nanotetrapoden ist erstaunlich, wenn man bedenkt, dass nach bisherigen Recherchen noch niemand Teflon und Silikon überhaupt dazu bringen konnte, aneinander zu haften.
Die Ergebnisse sollen nun direkt in praktische Anwendungsprojekte und in die aktuelle Grundlagenforschung einfließen. So arbeitet der lokale Wirtschaftspartner Nanoproofed GmbH bereits an einem Farbprodukt zum Streichen auf Silikon. Im Sonderforschungsbereich sollen die Nanoklammern ferner Grundlage für die Entwicklung biomimetischer Klebstoffe sein, deren Haftwirkung sich mithilfe von Licht an und ausschalten lässt.
Weitere Informationen Die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Sonderforschungsbereich 677 „Funktion durch Schalten“ finanzierte Arbeit wurde im August im Fachjournal Advanced Materials veröffentlicht. http://www.sfb677.uni-kiel.de/pages_de/index.html
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