Ein einstufiges Verfahren zur Herstellung superhydrophober Stoffe mit stabiler mechanischer Leistung unter rauen Bedingungen

Warum trockene, bequeme Kleidung wichtig ist

Wer schon einmal in einen Wolkenbruch geraten ist oder heißen Kaffee auf den Schoß verschüttet hat, weiß, dass nasse Kleidung mehr als nur unangenehm ist. Für Wanderer, Arbeiter, Sportler und medizinisches Personal kann trocken bleiben eine Frage der Sicherheit ebenso wie des Komforts sein. Viele wasserabweisende Jacken und Hosen verlieren jedoch nach wenigen Waschgängen oder rauer Nutzung ihre Wirkung, und manche basieren auf Chemikalien, die inzwischen aus Gesundheits‑ und Umweltgründen kritisch betrachtet werden.

Ein neuer Weg, Stoffe trocken zu halten

Die Studie beschreibt eine einfache Einstufen‑Methode, um viele Stoffarten mit einer extrem wasserabweisenden Oberfläche zu versehen, ohne sie schwer, wenig atmungsaktiv oder hart zu machen. Die Forschenden nennen die Behandlung eine molecularly assembled robust superhydrophobic shell, kurz MARS. Statt losen Partikeln oder langlebigen fluorierten Chemikalien wächst bei dem Verfahren eine dünne, fest gebundene Schale aus Siliziumdioxid und wachsliken Ketten direkt auf jeder Faser. Weil die Schale chemisch verankert ist, widersteht sie Reibung und Biegen, die gewöhnliche Beschichtungen schnell beschädigen würden.

Gelernt von winzigen Bodenbewohnern

Die Idee ist von Kolbenflöhen (springtails) inspiriert, winzigen Tieren, die in feuchtem Boden leben und dennoch ihre Außenhaut trocken halten. Ihre Außenhaut ist mit kleinen, pilzförmigen Buckeln und feinen Rippen bedeckt, die Luft einschließen und es dem Wasser schwer machen, haften zu bleiben. Die Forschenden ahmten dies nach, indem sie eine vergleichbare Mischung aus kleinen Buckeln und nanoskaliertem Rauheitsprofil auf Garnen erzeugten. Sie ziehen gedrehte Garne durch eine kostengünstige Lösung, die zwei silikonbasierte Komponenten enthält. In feuchter Luft reagiert eine Komponente schnell mit der Faseroberfläche und bildet ein glasähnliches Skelett, während die andere lange, ölige Ketten hinzufügt, die Wasser abstoßen. Zusammen erzeugen sie eine dünne Schale mit pilzartigen Buckeln und einer rauen Außenhaut um jede Faser des Garns.

Von einzelnen Fasern zu fertiger Kleidung

Da sich die Schale an einzelnen Fasern bildet, bevor gewebt oder gestrickt wird, übersteht die Wasserabweisung die Belastungen der Textilherstellung. Einzelne behandelte Fasern aus Baumwolle, Wolle, Polyester und Nylon zeigen alle extreme Wasserabweisung, selbst gegenüber mikroskopisch kleinen Tröpfchen, die normalerweise leicht haften. Werden diese Garne verwoben oder verstrickt, zeigen die resultierenden Stoffe sehr hohe Kontaktwinkel und sehr geringe Abrisswinkel: Tropfen ruhen auf den Spitzen der Stofftextur mit eingeschlossener Luft darunter. Das Team stickte sogar farbige Muster mit behandelten Garnen auf unbehandelten Stoff, wodurch Motive entstanden, die trocken blieben, während die umgebende Textilie gefärbtes Wasser aufsaugte – alles ohne spürbare Veränderung von Farbe oder Griff.

Die Stoffe auf die Probe gestellt

Die Autorinnen und Autoren setzten diese behandelten Textilien weit über den Alltagsgebrauch hinaus auseinander. In Sprühtests blieben die Stoffe nach Wassermengen weit über den üblichen Bewertungsgrenzen trocken und prallten Verschüttungen von Getränken und Limonaden ab. In Regensimulationen und bei Hochgeschwindigkeits‑Jet‑Impacts, die extreme Stürme nachstellen, prallten Tröpfchen ab, statt einzudringen. Standard‑T‑Shirts, Leggings, Schuhe, Socken und Segeltuch mit der Behandlung überstanden zahlreiche Beanspruchungen: zehntausende Abriebzyklen, lange Laufbandläufe mit reibenden Rucksackgurten, wiederholtes Dehnen, Schrubben, Klebeband‑Abziehen und fallenden Sand. Selbst nach bis zu zwanzig Maschinenwäschen blieben die Stoffe stark wasserabweisend. Einjähriger Außeneinsatz mit Sonne, Sturm, Frost und Hitze zeigte nur mäßiges Ausbleichen und erhaltene Leistung.

Umgang mit Hitze, Dampf und Sicherheit

Viele wasserabweisende Kleidungsstücke versagen bei sehr heißem Wasser oder Dampf, was zu Verbrühungen führen kann. MARS‑behandelte Textilien wiesen 85–95 °C heißes Wasser, unter Druck stehenden heißen Kaffee und 160 °C heißen Dampf ab, selbst nach schnellen Wechseln zwischen siedendem Wasser und flüssigem Stickstoff. Tests zeigten, dass die Beschichtung Kondensation von Dampf im Inneren des Stoffs zu verhindern hilft, während gleichzeitig Luftdurchlässigkeit erhalten bleibt, sodass der Stoff atmungsaktiv bleibt. Unter Wasser hielten Leggings mit der Behandlung eine glänzende Luftschicht und reduzierten den Wasserwiderstand um etwa 40 Prozent im Vergleich zu normalem Stoff. Zelltests im Labor deuteten darauf hin, dass die für die Beschichtung verwendeten Materialien deutlich weniger zellschädigend sind als eine übliche fluorierte wasserabweisende Ausrüstung.

Was das für künftige Ausrüstung bedeuten könnte

Alltagsbezogen deutet diese Arbeit auf Kleidung, Schuhe und technische Textilien hin, die bei starkem Regen, rauer Beanspruchung, heißen Flüssigkeiten und wiederholtem Waschen trocken und komfortabel bleiben, ohne auf langlebige fluorierte Chemikalien zurückzugreifen. Indem in einem einzigen kostengünstigen Schritt eine robuste, von Kolbenflöhen inspirierte Schale auf jeder Faser aufgebaut wird, bietet die MARS‑Methode eine Möglichkeit, starke Wasserabweisung mit Weichheit, Atmungsaktivität und Umweltverträglichkeit zu kombinieren. Das könnte Outdoor‑Ausrüstung, Schutzuniformen, Sportbekleidung und sogar zukünftige smarte Textilien begünstigen, die sowohl Haltbarkeit als auch sanften Hautkontakt benötigen.

Zitation: Liu, Z., Zhao, K., Ma, J. et al. One-step fabrication of superhydrophobic fabrics with stable mechanical performance in harsh conditions. Nat Commun 17, 4264 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70857-7

Schlüsselwörter: superhydrophober Stoff, wasserabweisende Textilien, PFAS‑freie Beschichtung, dauerhafte Kleidung, bioinspirierte Materialien