Kunststoffe haften besser dank Mikro-Nano-Strukturierung

26.04.2024

Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS hat ein patentiertes Verfahren zur Mikro-Nano-Strukturierung entwickelt, das die Adhäsion, Benetzbarkeit, optische Reflexion, Hydrophobie und Recyclingfähigkeit von Polymeren erheblich verbessert. Dieses Verfahren erzeugt strukturierte Oberflächen mittels Heißprägens oder Spritzgusses, wodurch signifikante Verbesserungen der Haftungseigenschaften erreicht werden.

Technologische Durchbrüche durch natürliche Inspiration

Die Forschenden des Fraunhofer IMWS haben sich von der Natur inspirieren lassen, speziell von der Fähigkeit des Geckos, durch hierarchische und fibrilläre Strukturen an seinen Füßen auf glatten Oberflächen zu haften. "Wenn ein Gecko die Wände hochklettert, gelingt das durch die große Kontaktfläche der hierarchischen und fibrillären Strukturen seiner Füße mit dem Untergrund", erläutert das Forschungsteam. Dieses Prinzip wurde auf die Oberflächenstrukturierung von Polymeren übertragen.

Anpassbare Oberflächen für diverse Anwendungen

Die Verwendung von Prägewerkzeugen aus Aluminiumoxid, die mittels Laser und selbstorganisierenden elektrochemischen Verfahren mikro- und nanostrukturiert werden, ermöglicht die Anpassung der Oberflächenstrukturen an spezifische Anforderungen. Diese Technologie ist nicht nur für eine Vielzahl von Kunststoffen wie TPE, TPU, PC, PMMA, PP und PE anwendbar, sondern auch einfach in bestehende Kunststoffverarbeitungsverfahren integrierbar.

Rasterelektronenmikroskop-Darstellung der hierarchischen Struktur in einer Polycarbonat-Oberfläche. Copyright: Fraunhofer IMWS

Vorteile und Einsatzmöglichkeiten

Dr.-Ing. Andrea Friedmann, Gruppenleiterin "Biofunktionale Materialien für Medizin und Umwelt" am Fraunhofer IMWS, betont die Mehrwertaspekte des Verfahrens: "Ein großer Vorteil ist, dass wir unterschiedliche Oberflächenstrukturen und damit neue Materialeigenschaften erzielen können, ohne zusätzliche Elemente wie Additive oder Beschichtungen einzubringen." Dies vereinfacht das Recycling erheblich, da die Materialien sortenrein bleiben. Die Technologie bietet auch Vorteile für die Verpackungsindustrie, indem sie die Haftung von Klebern und Druckfarben auf Folien verbessert und neue Möglichkeiten zur Vermeidung von Beschlag auf Kunststoffoberflächen in der optischen Industrie bietet.

Effizienz und Kostenvorteile

Die Mikro-Nano-Strukturierung ermöglicht nicht nur verbesserte Produkteigenschaften, sondern auch erhebliche Einsparungen bei Zeit und Kosten, da langwierige und kostspielige Zulassungsverfahren vermieden werden. "So können Unternehmen viel Zeit und hohe Kosten bei der Einführung verbesserter Produkte sparen", fügt Dr. Friedmann hinzu. Das Verfahren ist auf bereits zugelassenen und chemisch nicht veränderten Materialien anwendbar, was die Markteinführung neuer Produkte erheblich beschleunigt.