Kunststoffe der Zukunft

Kunststoffe bekommen durch Oberflächenbehandlung neue Eigenschaften – das Hallenser Bündnis „KoMiNaKu“ ist seinem Forschungsziel ganz nah. Versuche des kombinierten Mikro- und Nanoprägeverfahrens sind im Labor erfolgreich verlaufen.

Die strukturierten Fassadenteile der Hamburger Elbphilharmonie bestehen aus Kunststoff und sind beispielhaft dafür, welche grandiosen Einsatzgebiete sich diesem Material eröffnen. Auch die Forscher am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle sehen im Kunststoff ein Material mit Zukunft. „Die rasante Entwicklung der organischen Chemie hat hochwertige Polymere mit universellen Eigenschaften hervorgebracht“, sagt Andreas Heilmann. Der Wissenschaftler geht davon aus, dass die Festkörpereigenschaften der Kunststoffe weitestgehend optimiert sind. Mit neuen Oberflächeneigenschaften aber könnten sich die Polymere noch besser den Kundenwünschen anpassen. Heilmann und seine Kolleginnen und Kollegen haben dabei immer die Entwicklungen auf dem Weltmarkt im Blick. Der Trend geht zu „intelligenten Materialien“. Die sollen die Lebens- und Arbeitswelt erleichtern und verschönern und zudem in ihrer Herstellung wie auch in ihrem Einsatz ökonomische Vorteile bringen.

Die Forscher stehen vor der neuen Prägeanlage im Labor des IMWS.

Interessiert schauen sich Projekteilnehmer die neue Prägeanlage im Labor des IMWS an.

PRpetuum GmbH

Von Noppe bis Faser

Vor zwei Jahren fanden sich das IMWS und Partner aus der regionalen Industrie zusammen, um zu ergründen, welches Potenzial für industrielle Anwendungen in dem Thema „Kombinierte Mikro- und Nanostrukturierung von Kunststoffen“ steckt. Kürzlich traf sich das vom Bundesforschungsministerium geförderte KoMiNaKu-Bündnis zu einem Workshop. Projektkoordinatorin Annika Thormann konnte den Teilnehmern die neue Prägeanlage vorstellen. Sie setzt eine Technologie um, die am Fraunhofer IMWS entwickelt wurde und patentiert ist. In dem thermomechanischen Verfahren werden Kunststoffoberflächen gezielt im Mikro- und Nanometerbereich strukturiert. Kern der innovativen Technologie ist ein Prägewerkzeug mit Aluminiumoxidbeschichtung. „Auf diese Oberfläche“, erklärt Annika Thormann, „können Mikro- und Nanostrukturen in Kombination aufgebracht werden.“ Für den Einsatz im Labormaßstab hatten die Wissenschaftler gemeinsam mit den Industriepartnern zunächst Prägestempel entwickelt, die aufgeheizt auf die Kunststoffoberfläche gedrückt werden. Dem Anwendungsziel entsprechend erzeugen sie Oberflächen mit Noppen-, Faden- oder Faserstrukturen im Mikro- beziehungsweise Nanometerbereich.

Nahaufnahme der drei verschiedenen Prägestempel

Der innovative Prägestempel (rechts) erzeugt Oberflächen mit mikro- und nanometergroßen Strukturen; im Vergleich dazu Rohling (links) und mikrostrukturierter Prägestempel (Mitte).

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Die neue Prägeanlage mit weitaus größeren Prägewerkzeugen führt die bislang erfolgreichen Tests auf höherem Niveau weiter. Bei einer Temperatur von bis zu 250 Grad Celsius werden bis zu 30 Meter Kunststofffolie in der Minute von Rolle zu Rolle kontinuierlich strukturiert.

Vom Stempel zur Walze

Für den Schritt aus dem Labor hinaus in die Industrie braucht es Prägeanlagen anderer Dimension. Die MABA Spezialmaschinen GmbH aus Bitterfeld-Wolfen und die SmartMembranes GmbH aus Halle entwickeln dafür notwendige Maschinenkomponenten. Von der MABA beispielsweise kommt ein Walzenmodul mit wechselbarer Aluminiummanschette, die bis auf 350 Grad Celsius beheizbar ist.
Anwender der kombinierten Mikro- und Nanostrukturierung von Kunststoffen will die POLIFILM Extrusion GmbH aus Weißandt-Gölzau sein. Der Hersteller von Schutz-, Kaschier- und Verpackungsfolien wird die KoMiNaKu-Technologie einsetzen, um die Anwendungseigenschaften seiner Polyethylenfolien zu optimieren. Durch eine Art Klettverschluss etwa könnte die Haftbarkeit von Stretchfolie verbessert werden. Auch Druckfarben und Beschichtungen könnten besser halten.
Die FilmoTec GmbH aus Bitterfeld-Wolfen stellt Schwarz-Weiß-Filme für die Langzeitarchivierung her. Mit Hilfe der KoMiNaKu-Technologie will sie eine Haftungsstabilität der Fotoemulsionsschicht auf dem Filmträger von über 500 Jahren erreichen.

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