18/07/2019
Door Ad Spijkers
Afdrukken van vette vingers op glanzende roestvast stalen oppervlakken zien er niet alleen lelijk uit, ze tasten ook het oppervlak aan. Een nieuwe nanolak moet dit in de toekomst voorkomen.
Onderzoekers van Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) in Halle en van FEW Chemicals in Wolfen (40 km noordelijk van Leipzig) onderzoeker gezamenlijk hoe ze zulke vetafdrukken een halt kunnen toeroepen. De oplossing is een coating die speciale toevoegingen bevat en water- en olieafstotend is.
Twee effecten
Als de in de lak geïntegreerde deeltjes aan het oppervlak van het roestvast staal verzamelen, wordt het oppervlak ruwer en groter. Komt een vinger in contact met het oppervlak, dan raakt het dit alleen aan de toppen, terwijl het vet van de vinger de diepere delen niet bereikt. Het contactoppervlak voor het vet van de vingers is dus klein. Verder komt de brekingsindex van de lak overeen met die van het vetgehalte van vingers. Het licht dat op het gecoate roestvast stalen oppervlak valt, wordt net zo gereflecteerd als aan een oppervlak dat voorzien is van een vingerfadruk. De afdruk valt dus nauwelijks op.
FEW Chemicals (een afsplitsing van Agfa) neemt de ontwikkeling van de laksystemen voor zijn rekening, het team aan het Fraunhofer-institut houdt zich bezig met de analyse van deze lagen. Ze onderzoeken de geproduceerde lagen onder meer via lichtmicroscopie, rasterelektronenmicroscopie en rasterkrachtmicroscopie. Hoe groot zijn de afzonderlijke deeltjes in het laksysteem? Zijn de deeltjes homogeen verdeeld? Wat is het effect van de toegepaste additieven?
Klonteren de nanodeeltjes samen tot grotere deeltjes, dan kan de lak zijn transparantie verliezen. Zijn daarentegen de deeltjes te klein, dat blijft het oppervlak te glad en kan de vetfilm zich ondanks de lak toch goed aan het oppervlak hechten.
Oliedruppels op een superhydrofobe en oleofobe coating op roestvast staal (foto: FEW Chemicals GmbH).
Automatische testopstelling
Behalve de coatings zelf ontwikkelen de onderzoekers een automatische testopstelling voor de lagen. Deze moet niet de deeltjes in de lak onderzoeken, maar de zichtbaarheid van de vingerafdrukken zelf. Daartoe wordt een stempel ondergedompeld in een oplossing waarvan de samenstelling van de vetfilm overeenkomt met die van de menselijke huid. Met steeds dezelfde kracht en tijdsduur drukt de stempel vervolgens op het gecoate oppervlak om daar een 'vingerafdruk' achter te laten.
Door een combinatie van spectrometrische en optische methoden moet de testbank vervolgens analyseren hoeveel oplossing op het oppervlak is achtergebleven – en daarmee hoeveel procent de anti-vingerafdrukwerking van de lak bedraagt. Momenteel bekijken de wetenschappers welke combinatie van analyseapparatuur hiervoor optimaal is.
Eind 2020 moet de ontwikkeling afgesloten zijn, dan zal FEW Chemicals de productie van het laksysteem op industriële schaal beginnen.
Foto boven: Fraunhofer IMWS