KoMiNaKu – Kombinierte Mikro- und Nanostrukturierung von Kunststoffen – Halle (Saale)

Die WK-Potenzial-Initiative

Ein Wassertropfen, der rückstandslos von einem Blatt abperlt, faszinierte schon viele Menschen. Der sogenannte Lotuseffekt basiert auf Strukturen im Mikrobereich, die von nanoskaligen Wachskristallen überzogen sind, um die wirksame Oberfläche zu verringern und das Wasser abperlen zu lassen. Die Wassertropfen nehmen Schmutzpartikel auf und schützen die Pflanze vor Schadstoffen.

Eine weitere Inspiration für die optimale Strukturierung von Kunststoffoberflächen ist das beeindruckende „Gecko-Phänomen“. Betrachtet man Geckofüße unter dem Mikroskop, fallen auch hier Lamellen und feinste Härchen im Mikro- und Nanometerbereich auf. Sie vergrößern die Oberfläche und ermöglichen durch ihre feine Struktur eine Wechselwirkung im molekularen Bereich. Der Gecko kann damit kopfüber an glatten Oberflächen haften.

Entscheidend für die beiden scheinbar gegensätzlichen Phänomene sind die verschiedenen Kombinationen der chemischen Materialzusammensetzungen und der hierarchischen Oberflächenstruktur auf Mikro- und Nanometerebene.

Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM haben beide Phänomene zum Vorbild genommen. Sie haben eine bereits patentierte Technologie entwickelt, um Polymere mit unterschiedlich strukturierten Oberflächen zu erzeugen und diese für verschiedene Anforderungen chemisch zu funktionalisieren.

Im Rahmen des Verbundprojektes werden Technologien und Prozesse entwickelt, um das Patent für die Herstellung marktfähiger Produkte zu nutzen.

Die Ziele

Ziel des im September 2015 begonnenen Innovationsvorhabens ist die Erforschung und Entwicklung des kombinierten Mikro- und Nanoprägeverfahrens und die gemeinsame Überführung in eine marktfähige Technologieplattform zur gewünschten Oberflächenmodifizierung von Kunststoffen.

Die Projekte

Das Unternehmen POLIFILM Extrusion GmbH in Weißandt-Gölzau will für Schutz-, Kaschier- und Verpackungsfolien aus Polyethylen gezielt die Topografie der Folienoberfläche und die Benetzbarkeit verändern. Dies soll zur Verringerung der Verblockungsneigung bzw. zur Verbesserung der Haftung von Klebern und Druckfarben führen. Auf Basis der neuen technologischen Plattform könnte bei POLIFILM erstmals die technologische Lücke zur kostengünstigen und direkten Veredelung (Antiverblockung, Antirelease, Antifog) von Schutz- und Verpackungsfolien ohne zusätzliche Additivierung oder Beschichtung geschlossen werden.

Für die Langzeitdatensicherung mit Silberhalogenid-Archivfilmen möchte die FilmoTec GmbH aus Bitterfeld-Wolfen mit der neuen Technologie die Haftung zwischen Unterlage und fotografischer Emulsionsschicht weiter verbessern. DVDs (Haltbarkeit 2 bis 50 Jahre), Festplatten (3 bis 10 Jahre) und Magnetbänder (10 bis 30 Jahre) sind für die Langzeitarchivierung von Daten ungeeignet; nur Silberhalogenidfilme ermöglichen eine Haltbarkeit von mehr als 500 Jahren. Daher erwartet FilmoTec, dass mit der im Projekt verfolgten Oberflächenstrukturierung die offene Frage der langzeitstabilen Haftung zwischen Emulsionsschicht und Unterlage gelöst wird und eine „ewige“ Haltbarkeit von Archivfilmen realisierbar wird.

Für diese und weitere industrielle Anwendungen wird die Technologie zur kombinierten Mikro- und Nanostrukturierung vom Fraunhofer IWM entwickelt. Die dafür notwendigen Maschinenkomponenten werden durch die MABA Spezialmaschinen GmbH und durch die SmartMembranes GmbH designt und gefertigt. Die Materialbewertung und ‑charakterisierung erfolgt gemeinschaftlich durch die Polymer Service GmbH (PSM) und das Fraunhofer IWM.

Mit dem vorgeschlagenen Projekt und der damit verbundenen weiter zunehmenden Hinwendung zur kundenorientierten Produkt- und Anlagenentwicklung (temperierbares Walzensystem, Anlagendesign, Messgeräteentwicklung) werden auch die langfristigen wirtschaftlichen Konzepte von SmartMembranes, MABA und PSM bedient. Die Unternehmen sind somit an den Innovationen und der anschließenden nachhaltigen Vermarktung der produzierten Kunststoffprodukte beteiligt. Damit profitieren neben den unmittelbar in den Zielmärkten tätigen Unternehmen (FilmoTec, POLIFILM) auch die anderen Unternehmen (MABA, SMG, PSM) vom Markterfolg.

Die Partner

Kontakt

Prof. Dr. Andreas Heilmann
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM Halle
Walter-Hülse-Straße 1
06120 Halle (Saale)
Tel.: 0345 5589-180
Email: andreas.heilmann[at]iwmh.fraunhofer.de
www.kominaku.de

Projektlaufzeit: 01.09.2015 bis 31.08.2017

Zum Beitrag "Kunststoffe der Zukunft" aus der Rubrik "Im Blickpunkt"