 CLEAN-Effekt für Kunststoff-Fenster
Mit einer Produktinnovation der besonderen Art wartete GEALAN Fenster-Systeme auf der "Internationalen Fachmesse fensterbau frontale 2002" in Nürnberg auf. Der Hersteller von Kunststoffprofilen für Fenster und Türen präsentierte dort das weltweit erste selbstreinigende Fensterprofil. Durch die Entwicklung einer wasserabweisenden (hydrophoben), nanostrukturierten Oberfläche ist es GEALAN gelungen, einen Selbstreinigungseffekt zu initiieren, der die regelmäßige Reinigung des Fensterrahmens weitgehend überflüssig macht.
Glasindustrie als Vorreiter
Kunststofffenster haben im Vergleich zu anderen Rahmenmaterialien verschiedene positive Eigenschaften: Sie müssen nicht gestrichen werden, haben eine hervorragende Wärmeisolierung, sind kostengünstig und recycelbar. Wovor sie sich aber - wie ihre "Artgenossen" aus Aluminium oder Holz - nicht selbst schützen können, ist die zunehmende Umweltverschmutzung. Und dies betrifft nicht nur die Glasscheibe, sondern auch den Rahmen. Das Ergebnis ist offenkundig: Wer nicht will, dass seine Fensterrahmen von einem unschönen Grauschleier in Beschlag genommen werden, muss sie in regelmäßigen Abständen reinigen.
Vorreiter hin zu mehr Pflegeleichtigkeit beim Fenster war die Glasindustrie. Um der Hausfrau das lästige Putzen zu erleichtern, begannen die Glashersteller schon vor längerer Zeit damit, Fensterscheiben zu entwickeln, die "easy to clean" sind.
Da aber nicht nur Scheiben mit der Zeit verschmutzen, sondern auch der Fensterrahmen, war es für GEALAN an der Zeit, sich als Fensterprofilhersteller dieser Herausforderung anzunehmen und die erforderlichen Eigenschaften auch auf das Fensterprofil zu übertragen. Ziel sollte jedoch nicht ein "easy to clean" Fensterprofil sein. Es wurde vielmehr der Anspruch erhoben, ein Profil zu entwickeln, das sich am besten selbst reinigt.
Die Ausgangssituation
Bei herkömmlichen Fensterprofilen ergeben sich aufgrund der PVC-Rezepturen kleinste, mit bloßem Auge nicht sichtbare Unregelmäßigkeiten, in denen sich Industrieruß ablagern kann. Dies führt im Laufe der Jahre zur Verschmutzung der Oberfläche.
Oberstes Ziel des Projektes "selbstreinigendes Profil" war es, eine Profiloberfläche zu erzeugen, die sich bei Regen oder durch Spritzwasser selbst reinigt. Die Neuheit gegenüber herkömmlichen PVC-Fensterprofilen sollte also die Veredelung der herkömmlichen Oberfläche hin zu einer selbstreinigenden sein.
Zusammenarbeit mit externen Instituten
Da es auf dem Gebiet der "selbstreinigenden Oberflächen" im Bereich Keramik und Glas schon Erfolg versprechende Ergebnisse gab, war es naheliegend, diese bekannten Techniken für das Produkt 'Fensterprofil' zu nutzen. Dabei traten allerdings einige Hindernisse auf: Die bekannten Verfahren benötigen einerseits hohe Temperaturen, die PVC zum Schmelzen bringen, und andererseits Lösungsmittel, die angesichts des hohen Umweltschutzgedankens im Unternehmen GEALAN nicht erwünscht sind.
Daher entwickelte GEALAN in Zusammenarbeit mit dem Institut für Oberflächenmodifizierung (IOM) in Leipzig ein neuartiges Verfahren, das ohne Hitze und Lösungsmittel eine spezielle Oberflächenstruktur auf der Profiloberfläche erzeugt. Die Nanostruktur der Oberfläche ist in zwei Ebenen angeordnet: in einer Grundstruktur und einer darüberliegenden Feinstruktur. Durch die zusätzliche wasserabweisende Eigenschaft (Hydrophobierung) behalten die Wassertropfen ihre Kugelform, was für den Selbstreinigungseffekt erforderlich ist. Denn um ein Abperlen der Wassertropfen zu erreichen, muss die Profiloberfläche möglichst schlecht benetzbar sein, d.h. der Wassertropfen darf sich auf der Oberfläche nicht großflächig verteilen, sondern muss eine möglichst kleine Kontaktfläche haben. Ist dies der Fall, läuft der Tropfen bereits bei leichter Neigung der Oberfläche kugelförmig ab. Besitzt eine solche Fläche zusätzlich eine Mikrostruktur, verstärkt sich dieser Effekt, da Luft zwischen der Mikrostruktur und dem Tropfen eingeschlossen wird, welche die Auflagefläche des Tropfens weiter verringert. Rollt nun ein Tropfen über die nur lose aufliegenden Schmutzpartikel (z.B. verschiedene Stäube, Ruß) hinweg, werden diese Partikel vom Wasser benetzt und haften an der Tropfenoberfläche. Der Tropfen hingegen perlt durch die hydrophobe und strukturierte Oberfläche leicht ab und reißt die aufgenommenen Partikel mit sich. Durch diese Kombination aus Mikrostruktur und Hydrophobie wird die Selbstreinigung der Profile in Verbindung mit bewegtem Wasser erreicht: der CLEAN-Effekt (CLEan After RaiN). Bekannt ist dieses Funktionsprinzip schon seit längerem als "Lotus-Effekt" aus der Bionik (= Biologie und Technik; Wissenschaftszweig der Kybernetik, der sich mit dem Studium biologischer Systeme und deren technischer Nachahmung beschäftigt). Bisher konnte es jedoch noch nicht industriell auf Kunststoffoberflächen realisiert werden.
Praxistest erfolgreich bestanden
Eine weitere Herausforderung bestand in der Haltbarkeit der Oberfläche, da die Gefahr, diese beim Einbau auf der Baustelle zu zerkratzen, sehr groß ist. Demzufolge musste die Oberfläche kratzfest sein und zudem witterungsstabil, d. h. es dürfen sich durch die UV-Strahlung der Sonne und andere Witterungseinflüsse keine Veränderungen in Form, Farbe und Funktion ergeben. Diese Anforderungen wurden nach umfangreichen Tests und Versuchen erfüllt.
GEALAN kann heute eine Profiloberfläche mit folgenden Eigenschaften vorweisen:
• selbstreinigend durch Regen oder Spritzwasser
• kratzfest
• UV-beständig
• gleichmäßige und streifenfreie Oberfläche
• Profile sind 100% recycelbar
• keinerlei Umweltbelastung durch Reinigungsmittel oder Lösungsmittel
• Kosteneinsparung durch Reduzierung des Reinigungsaufwandes und der Reinigungsmitteln
Das Ergebnis
"Nach Abschluss der Entwicklungsaktivitäten ist GEALAN in der Lage, seinen Verarbeitern mit dem neuen selbstreinigenden Profilsystem einen ganz entscheidenden Marktvorteil zu bieten. Solche Fenstersysteme stellen Produktinnovationen dar, die vom Endverbraucher dankbar angenommen werden", resümiert der bei GEALAN für die Systementwicklung und Anwendungstechnik zuständige Abteilungsleiter Albrecht Spranger.
Die Nanostruktur der GEALAN CLEAN-Profiloberfläche ist in zwei Ebenen angeordnet: eine Grobstruktur mit darüber liegender Feinstruktur. Durch die Hydrophobierung behalten die Wassertropfen ihre Kugelform und perlen mit den aufgenommenen Schmutzpartikeln ab. |