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MaterialOberflächen - NanoFunktionalitäten MONaF

Aktuelle Ergebnisse auf dem Gebiet funktionalisierter Oberflächen und neuer Materialien, Neuigkeiten rund um Materialoberflächen!

Bernd Grünler Wo Forschende Kunst und Gesundheit schützen
Kunstwerke restauriert man, um sie zu erhalten und sie im Idealfall wieder in ihren ursprünglichen Zustand zu bringen. Doch kann auch der Schutz des Menschen vor den Kunstwerken nötig sein, so bei Holzschnitzereien. Denn bei deren Restaurierung kamen bis in die achtziger Jahre hinein nicht selten gesundheitsgefährdende Holzschutzmittel mit Stoffen wie Pentachlorphenol (PCP), Lindan oder auch DDT zum Einsatz. Für die Befreiung historischer Holzkonstruktionen und Kulturgüter von solchen Gefahrstoffen hat das Forschungsinstitut INNOVENT aus Jena die Reinigung mit Atmosphärendruck-plasma entwickelt. Bei dem Verfahren wird mit einem aufgeladenen Stickstoff-Gas gearbeitet, das die Rückstände des Holzschutzmittels reduziert. „Das schonende Verfahren kommt ohne Feuchtigkeit aus. Gemeinsam mit dem Institut für Holztechnologie Dresden (IHD) einem weiteren Mitglied der Zuse-Gemeinschaft, wollen wir die entscheidenden Schritte tun, damit sich diese Methode in der Praxis der Restaurierung verstärkt durchsetzt - für den Schutz von Kulturgütern und zum Gesundheitsschutz für die Mitarbeitenden in Depots und Museen“, erklärt Constanze Roth, Kunsthistorikerin bei INNOVENT. Während sich INNOVENT um die Oberflächenbehandlung kümmert, arbeiten die IHD-Wissenschaftler an der Versiegelung der gereinigten Oberflächen, damit keine weiteren schädlichen Substanzen aus dem Holz entweichen. Dazu lassen sie die Holzstruktur etwas aufquellen. „Sind die Zellwände möglichst dicht, wird dieser Zustand fixiert“, erläutert Dr. Martin Fischer vom IHD das Vorgehen beim Projekt Plasdecon.
Am 9. und 10. Mai widmet sich das 5. Mykologische Kolloquium am IHD inter-disziplinär dem Schimmelpilzbefall in Kirchenorgeln. Der wissenschaftliche Erkenntnisgewinn über die Grenzen einzelner Fächer hinaus kennzeichnet auch das bei INNOVENT angesiedelte Forum Inn-O-Kultur. Das offene Bündnis führt Forschungsergebnisse aus den Disziplinen Chemie, Biologie, Physik, Werkstoffe sowie Restaurierung und Denkmalpflege zusammen, um neue Einsatzmöglichkeiten innovativer Oberflächen-Technologien für Kulturgüter zu erkunden.
Kontakt für die Redaktion
Zuse-Gemeinschaft
Alexander Knebel
Pressesprecher
Telefon: 030 4406274
E-Mail: presse@zuse-gemeinschaft.de
http://www.zuse-gemeinschaft.de
Bernd Grünler 7. Workshop INN-O-Kultur - 26.06.2019 in Jena
Das bietet Ihnen der Workshop:
• Einführung in die komplexe Thematik der Nanotechnologie
• Anwendungsbeispiele aus der Nanotechnologie zum Kulturgutschutz
• Labor-Rundgänge INNOVENT e.V. mit Demonstrationen zur Nanotechnologie
Das Programm zum Workshop und die Möglichkeit der Anmeldung finden Sie unter:
Bernd Grünler Nicht nur für die Medizintechnik – neue Methoden zur Silikonisierung von Oberflächen
Beim Einsatz vorfüllbarer Glasspritzen führt bislang kein Weg an der Silikonisierung vorbei. Im Rahmen eines Forschungsprojektes bei INNOVENT e.V. konnten zwei Alternativen zur Einbrennsilikonisierung aufgezeigt werden. Zum einen ist es möglich, die bislang nur thermisch fixierte Silikonölemulsion durch geringfügige Modifizierung auch mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung anzubinden. Zum anderen konnte gezeigt werden, dass mit Hilfe einer komplett nachbehandlungsfreien Methode eine Anbindung von Silikonöl an die Glasoberfläche möglich ist, um die gewünschte Gleitreibungswirkung zu erreichen. Die im Rahmen des Projektes untersuchten Schichten sind jedoch auch für weitere Anwendungen nutzbar.
Immer mehr Medikamente werden in sogenannten „Fertigspritzen“ vertrieben, das heißt sie sind so vorbereitet, dass sich die Patienten die entsprechenden Injektionen selbst verabreichen können. Der Wirkstoff muss nicht mehr aus einer Ampulle in die Spritze aufgezogen werden, womit Dosierungsfehler ausgeschlossen werden, die Anwendung wird sicherer, Probleme mit der Sterilität der Injektion bestehen nicht mehr. Bei der Herstellung dieser vorfüllbarer Glasspritzen ist eine Silikonisierung unumgänglich, um die Gleitreibungskräfte des Kolbenstopfens beim Einsatz der Spritze möglichst gering zu halten. Aktuell werden zwei Verfahren zur Modifikation der Glasoberfläche eingesetzt: die Sprüh-Silikonisierung sowie die Einbrennsilikonisierung. Größtes Problem bei der Silikonisierung waren bislang freie Silikonöltröpfchen im Medikament, die durch zu hohe Mengen an Silikonöl zustande kommen und anschließend mit bestimmten Wirkstoffen aggregieren können. Die Einbrennsilikonisierung ist deshalb meist die bevorzugte Wahl, da hierbei eine möglichst geringe Belastung mit freien Silikonöltröpfchen erreicht wird. Ziel des Forschungsprojektes war es daher, effektivere Fixierungsmethoden zur Anbindung des Silikonöls an die Glasoberfläche zu entwickeln, bei denen die gewünschten Eigenschaften (Hydrophobie und Gleitwirkung) nicht beeinträchtigt werden.
Neue Beschichtungsmethoden
Nach umfangreichen Untersuchungen können nun zwei Alternativen aufgezeigt werden. So ist es zum einen möglich, die bisher thermisch fixierte Silikonölemulsion nach einer geringfügigen Modifikation, zum einen mittels Mikrowellenbehandlung anzubinden, oder thermisch bei deutlich reduzierter Temperatur (nur 150°C anstatt der sonst üblichen 300°C). Zum anderen kann mit Hilfe einer komplett nachbehandlungsfreien Methode eine Anbindung von Silikonöl in Form einer ultradünnen Beschichtung erreicht werden. Dabei werden einzelne Moleküle der Reaktionslösung an der Glasoberfläche gebunden. Weitere Moleküle reagieren damit, so dass an der Oberfläche Polymere aus Silikonöl ausgebildet werden, die man sich wie Borsten einer Bürste vorstellen kann. Die hydrophoben Eigenschaften der so behandelten Glasoberflächen sowie das Gleitreibungsverhalten sind vergleichbar mit den Werten von Spritzenkörpern mit Sprüh- oder Einbrennsilikonisierung (siehe Abb. 1). Die ultradünnen hydrophoben Schichten sind temperaturstabil bis 150 °C und weisen eine sehr gute mechanische Beständigkeit auf.
Metalle, Kunststoffe und mehr
Vor diesem Hintergrund ergibt sich neben den ursprünglich adressierten Anwendungen im Bereich der Pharmaverpackungsindustrie eine Vielzahl weiterer Applikationsmöglichkeiten. So sind z.B. Glasoberflächen ohne Beeinträchtigung der Transmission im sichtbaren Bereich mit der neuen hydrophoben Schicht behandelbar. Auch mit funktionellen Schichten ausgerüstete Oberflächen (z.B. photokatalytisch aktiv beschichtete Gläser) können mit der Beschichtung versehen werden, ohne dass die Funktionalisierung dadurch beeinträchtigt wird.
Eine Behandlung metallischer Oberflächen mit natürlicher Oxidbildung ist ohne größeren Aufwand möglich. Auf nicht-oxidischen Materialien, z.B. Kunststoffen, kann die Anbindung nach entsprechender Vorbehandlung, z.B. durch das Aufbringen einer dünnen Pyrosil®-Schicht, ebenfalls haftfest erfolgen. In einem Abriebstest konnte die Stabilität der Beschichtungen auf den Kunststoff-Substraten (Plexiglas) auch nach 10.000 Zyklen erfolgreich nachgewiesen werden (siehe Abb. 2).
Die Arbeiten wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen Inno-KOM MF150028 finanziell unterstützt.
Über INNOVENT
Die Industrieforschungseinrichtung INNOVENT e.V. analysiert, forscht und entwickelt seit 25 Jahren in den Bereichen Oberflächentechnik, Magnetisch-Optische Systeme und Biomaterialen. Das Institut aus Jena beschäftigt etwa 130 Mitarbeiter, leitet verschiedene Netzwerke und führt bundesweit Fachtagungen durch. INNOVENT ist Gründungsmitglied der Deutschen Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
INNOVENT e.V.
Dr. Bernd Grünler
E-Mail: bg@innovent-jena.de

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