Wie kommt es zu dieser außergewöhnlichen Eigenschaft
der Lotuspflanze, dem Lotuseffekt?
Das Lotusblatt genauer betrachtet.
Unter dem Mikroskop erkennt man verschiedene aufeinander aufbauende Schichten. Die Außenhaut der Blätter hat kleine Noppen, die 5-10 Mikrometer hoch und 10-15 Mikrometer voneinander entfernt sind (1 Mikrometer entspricht 1 Tausendstel Millimeter). Diese Noppen sind ihrerseits von einer feinen Nano-Struktur aus Wachskristallen mit Durchmessern von zirka 100 Nanometern überzogen. Sie bestehen aus einer Mischung verschiedenen Wasser abweisender (hydrophober) Pflanzenwachse. Auch abgestorbene, ja sogar getrocknete Blätter der Lotuspflanze zeigen den Lotuseffekt.
Der Lotuseffekt ist also kein biologisches, sondern ein physikalisch-chemisches Phänomen und lässt sich mit physikalisch-chemischen Größen beschreiben.
Der Kontaktwinkel und der Abperleffekt
Entscheidend für das Abperverhalten oder den Lotuseffekt ist vor allem der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des Untergrundes und der Oberfläche des Wassertropfens. Der Kontaktwinkel ist ein Maß für die Benetzbarkeit der Oberfläche mit Wasser.
Kontaktwinkel < 30° - hydrophile Oberflächen
Auf unbehandelten oder hydrophilen Oberflächen breitet sich der Wassertropfen weit aus, der Kontaktwinkel ist sehr klein. Auf diesen Oberflächen können die Wassertropfen nicht rollen, sondern nur gleiten.
Kontaktwinkel ca. 90° – hydrophobe Oberflächen
Der ideale Kontaktwinkel, damit eine Oberfläche gleichzeitig Wasser abweisend ist, aber noch mit Wasser zu reinigen ist.
Kontaktwinkel > 120° – superhydrophobe Oberflächen
Schwer benetzbare (superhydrophobe) Oberflächen zeichnen sich durch große Kontaktwinkel aus. Hier beträgt die tatsächliche Kontaktfläche nur zwei bis drei Prozent der vom Wassertropfen bedeckten Fläche. Der Tropfen liegt wie auf einem Nagelbrett aus Wachsstiften und berührt nur deren Spitzen. Dadurch werden die Anziehungskräfte zwischen dem Wasser und dem Untergrund verringert, die Wassertropfen nehmen eine kugelförmige Gestalt an. Bei geringstem Neigungswinkel rollen sie dann von der Oberfläche ab. Die Oberfläche wird dabei nicht nass.
Die meisten Nanoversiegelungen erzeugen einen zu großen Kontaktwinkel.
Versiegelte und dadurch stark hydrophobe Oberflächen, bei denen der Abperleffekt im Vordergrund steht, können nicht mehr mit Wasser gereinigt werden. Wasser schmiert und kann den Schmutz nicht lösen.
Dieser Effekt ist optisch sehr beeindruckend und wird oft genutzt, um Nanoversiegelungen zu verkaufen. Der Kundennutzen einer solch superhydrophoben Oberfläche ist jedoch stark eingeschränkt. Denn der Abperleffekt funktioniert nur auf einer sauberen Oberfläche. Regnet es nicht, verstaubt und verschmutzt die Oberfläche. Erst nach der Reinigung ist der Abperleffekt wieder vorhanden.
Das Geheimnis von nanotol ist ein Kontaktwinkel an der Grenze zur Hydrophobie!
Bei der Entwicklung von nanotol ist exakt der Kontaktwinkel gewählt worden, der den Effekt der Selbstreinigung behält, es dem Nutzer aber ermöglicht die Oberfläche mit Wasser zu reinigen. Mit nanotol versiegelte Oberflächen sind deshalb Wasser abweisend, haben aber keinen extremen Abperleffekt. Das hat den großen Vorteil, daß diese Flächen ultraleicht zu reinigen sind, weil der Schmutz durch das Wasser gelöst und dann abgespült werden kann.
