Mikro und Nano Hand in Hand

Kunststofffolien können weit mehr, als einfach Dinge zu verpacken. Mit einer neuen Technologie verleihen ihnen Wissenschaftler aus Halle (Saale) dafür ganz neue Eigenschaften.

Wissenschaftlerin Veronika Däumlich reinigt die Stempeloberfläche. (Foto: PRpetuum GmbH)
Wissenschaftlerin Veronika Däumlich reinigt die Stempeloberfläche.
Foto: PRpetuum GmbH
Veronika Däumlich zeigt den Aluminiumstempel, den sie gleich in ein Elektrolytbad tauchen wird. Die per Laser erzeugten Mikrostrukturen sind gerade noch auf der silbrig glänzenden Oberfläche zu sehen. „Durch die anodische Oxidation der Aluminiumoberfläche wird zusätzlich eine nanoporöse Aluminiumoxidschicht erzeugt“, “, erklärt die Wissenschaftlerin. Diese sieht man dann nicht mehr mit bloßem Auge. Aber unter einem Rasterelektronenmikroskop sind die Nanoporen zu erkennen. Sie sehen Teppichfasern ähnlich.
 

Am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle wurde eine Technologie entwickelt, mit deren Hilfe gleichzeitig Mikro- und Nanostrukturierungen in die Oberfläche eines Prägewerkzeugs eingebracht werden. Der Aluminiumstempel in der Hand von Wissenschaftlerin Däumlich kann Kunststoffoberflächen – wie beispielsweise von Schutz-, Kaschier- und Verpackungsfolien aus Polyethylen – neue Eigenschaften und Funktionalitäten verleihen. Dies komme einer direkten und kostengünstigen Veredelung ohne Zusatzstoffe gleich, sagt Andreas Heilmann. Er ist Wissenschaftler am IMWS und leitet das Geschäftsfeld „Biologische und Makromolekulare Materialien“.

Etikettieren ohne Klebstoff

Nach dem Elektrolytbad hat der Prägestempel neben den Mikro- auch Nanostrukturen. (Foto: PRpetuum GmbH)
Nach dem Elektrolytbad hat der Prägestempel neben den Mikro- auch Nanostrukturen.
Foto: PRpetuum GmbH
Damit ihr neues Verfahren in der industriellen Praxis Einlass findet, suchten sich die Hallenser Forscherinnen und Forscher um Andreas Heilmann Partner aus der regionalen Wirtschaft. Gemeinsam starteten sie vor einem Jahr das Verbundprojekt „KoMiNaKu – Kombinierte Mikro- und Nanostrukturierung von Kunststoffen“. Die WK Potenzial-Initiative wird vom Bundesforschungsministerium gefördert. In ihrem Vorhaben optimieren die Wissenschaftler die kombinierte Mikro- und Nano-Prägetechnologie, bauen Prägewerkzeuge, entwickeln die Oberflächengüte weiter und entwickeln Prüfverfahren sowie -maschinen, die die Qualität und Funktionalität der Kunststoffoberflächen ermitteln.
 

„Kunststofffolien haben so viele Vorteile, auf die man auch in Zukunft nicht verzichten wird“, macht Andreas Heilmann darauf aufmerksam, dass speziell die Verpackungsfolien mit neuen Oberflächeneigenschaften große Marktchancen hätten. Etiketten beispielsweise sollen ohne Klebstoff kleben und Druckfarben besser haften. Dass gleichsam die Ablöseeigenschaften von Schutzfolien verbessert werden, ist für die neue Technologie kein Widerspruch.

Große Marktchancen

Wer nun die Größenordnung von Folien in der Verpackungsindustrie vor Augen hat und den Prägestempel aus dem Versuchslabor dagegenhält, kommt schnell zu dem Schluss: Die Wissenschaftler müssen andere Dimensionen ins Visier nehmen, um KoMiNaKu erfolgreich auf dem Markt zu platzieren. Somit zielt das Projekt auch auf den Bau entsprechender Maschinenkomponenten beziehungsweise einer Anlage zum kombinierten Mikro- und Nano-Prägen. Für das Heißprägen haben die Projektpartner mittlerweile ein Walzenmodul mit wechselbaren Prägesleeves konzipiert, das bis zu 300 Grad Celsius heiß werden kann.

Die Grafik zeigt die Konstruktion der Prägewalze. (Foto: MABA GmbH)
Die Grafik zeigt die Konstruktion der Prägewalze.
Foto: MABA GmbH

In ihrem Forschungsprojekt stecke genügend Potenzial für einen großen Wachstumskern, sind sich die Bündnispartner einig – und halten Ausschau nach potenziellen Interessenten. Einige waren kürzlich zum Bündnistreffen eingeladen. Der Fenster- und Türenhersteller Schüco aus Weißenfels etwa interessiert sich für selbsthaftende Dekorfolien. Und das Folienwerk Wolfen stellt ökologische Klarsichtfolie her und will deren Kratzfestigkeit beziehungsweise die Haftung von Druckfarbe verbessern.

Weitere Informationen zum WK Potenzial KoMiNaKu