Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.

Polytetrafluorethylen (PTFE) ist chemisch inert, antiadhäsiv, in weitem Temperaturbereich (-200 … 260 °C) anwendbar und zeichnet sich durch einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten (µ = 0,17/ 0,04 mit Öl) aus, weshalb es seit langem breite Anwendung als Festschmierstoff/ Schmierstoffadditiv für tribologische Anwendungen findet. Allerdings gibt es einige Nachteile, die z.B. höheren Verschleiß und mangelnde Verarbeitungs- und Prozessstabilität bedingen: PTFE ist zu den meisten anderen Polymeren nicht kompatibel, zeigt „kalten Fluss“ und ist nicht mit konventionellem Thermoplastequipment verarbeitbar. 

Am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) ist es gelungen auf Grundlage von Polyetherimid (PEI) und PTFE Gleitlackbeschichtungen zu entwickeln, die einerseits die ausgezeichneten Gleitreibungseigenschaften des PTFE erhalten und andererseits dessen Nachteile minimieren.
Durch die Behandlung mit hochenergetischer Strahlung, wie z. B. (e-)- oder (γ)-Strahlen, kann PTFE unter Bildung von funktionellen Gruppen und persistenten Radikalen modifiziert werden. Das modifizierte PTFE wird durch reaktive Extrusion in einer PEI-Matrix chemisch kovalent gebunden, wobei die Modifizierung eine optimale Kompatibilisierung der PTFE-Partikel mit der PEI-Matrix gewährleistet. Das hergestellte Compound lässt sich anschließend in einem geeigneten Lösungsmittel dispergieren. Ohne zusätzliche Dispergieradditive werden äußerst langzeitstabile Lackdispersionen (Abb. 1) mit optimaler Zer- und Verteilung der PTFE-Mikropartikel erhalten (Abb. 2). Nach dem Einbrennen des Lackes wird eine sehr hohe Flexibilität des Filmes erreicht, die eine nachträgliche Umformung der beschichteten Substrate ermöglicht. Unter Beibehaltung des niedrigen Reibkoeffizienten führt eine reaktive Kopplung des PTFE an die Polymermatrix zu einer drastischen Erhöhung der Verschleißbeständigkeit.

Kontakt:
Leibniz‐Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF)
Dr. Michaela Gedan‐Smolka (Gruppenleiterin Thermisch-kontrollierte Reaktionen)
mgedan@ipfdd.de

Der Einsatz von Sheet Molding Compound (SMC)-Bauteilen, beispielsweise in der Automobilindustrie, erfordert zusätzliche kosten- und energieintensive Prozessschritte, um die erforderliche Oberflächenqualität (Class A) nach dem Lackierprozess gewährleisten zu können. Der aktuelle Technologiestand bietet gegenwärtig keine automatisierte Lösung zur Beseitigung von Lackdefekten an, weshalb meist eine manuelle Nacharbeit notwendig ist.
Wissenschaftler des Leibniz‐Instituts für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) haben ein Verfahren zur robotergesteuerten Randschichtbehandlung von SMC-Formteilen mittels niederenergetischer Elektronen entwickelt, das zu einer Oberflächenfunktionalisierung und Randschichtnachhärtung führt, durch die „Class A“-Oberflächen nach dem Lackierprozess gewährleistet werden können. Das patentierte Verfahren (EP 000002401323 B1) ist energie- und kosteneffizient und ermöglicht die Randschichtmodifizierung eines 1 m² großen SMC-Bauteils binnen 1 bis 3 Minuten.

Stichworte: Oberflächenfunktionalisierung, Randschichthärtung, robotergesteuerte Elektronenmodifizierung

Kontakt
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V.
Dr. Michaela Gedan-Smolka  - mgedan@ipfdd.de
Dr. Michael Thomas Müller  - mueller-michael@ipfdd.de

Der Stand der Technik erfordert den Einsatz von Additiven und chemischen Initiatoren zur Herstellung von Hochleistungs-Polymerblends, gestattet jedoch nicht die präzise Prozessteuerung und somit die Erreichung des maximalen Eigenschaftsniveaus. Der aktuelle Technologiestand bietet gegenwärtig keine wirtschaftlich vertretbaren Lösungen für das Problem.
Am Leibniz‐Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) wurde ein Verfahren entwickelt und patentiert (EP 2421916B1), welches durch den Einsatz von energiereichen Elektronen diese Nachteile überwindet. Die Elektronen induzierte reaktive Extrusion bietet die Möglichkeit, auf den Einsatz chemischer Reaktionsinitiatoren und Grenzflächenmodifikatoren verzichten zu können. Das bedeutet, dass z.B. Bio-Polymere auch nach der Elektronen induzierten reaktiven Aufbereitung zu 100 % als Bio-Polymere klassifiziert sind. Die Materialeigenschaften wie E‑Modul, Bruchdehnung, Zugfestigkeit, Reibung, Verschleiß, chemische Hydrolyse- und Ölbeständigkeit können verbessert werden. Gleichzeit ist das Verfahren im Vergleich zur klassischen reaktiven Extrusion eine kostengünstige Alternative (< 0,35 €/kg inklusive Investitions- und laufender Kosten bei einem Jahresvolumen von 1000 t und Investitionskosten von ca. 1 Mio €).

Stichworte: Polymerblends, nachhaltige reaktive Compoundierung, Grafting, Branching, Funktionalisierung, Vernetzung

Kontakt
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V.
M. Eng. Carsten Zschech  - zschech@ipfdd.de
Dr. Michael Thomas Müller  - mueller-michael@ipfdd.de

Am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) wurden in der Vergangenheit niedrigtemperaturvernetzende, hochflexible und wetterbeständige Polyurethan-Pulverlacke entwickelt. Durch Einsatz spezieller Katalysatoren kann die Vernetzungsreaktion zweistufig ablaufen. Bei Einbrenntemperaturen ≤150 °C resultiert ein selektives Polyallophanatnetzwerk, das sich bei Temperaturen >170 °C komplett in ein Polyurethannetzwerk umwandeln lässt.

Unter Verwendung der zweiten Vernetzungsstufe lässt sich z. B. der Thermoplast TPU über Spritzgießen in schlanken Prozessketten und unter Einsparung von Reinigungs- und Vorbehandlungsschritten stoffschlüssig an eine Pulverlack-vorbeschichtete Aluminiumoberfläche anbinden. Der Pulverlack dient dabei als latentes Reaktivadhäsiv zwischen den Grenzschichten.  Durch Bildung kovalenter Bindungen zwischen dem Lackfilm und dem TPU werden dabei sehr hohe Zwischenschichthaftfestigkeiten erreicht.

In einem aktuell von der Sächsischen Aufbaubank und EFRE geförderten Projekt konnten in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz, basierend auf dem vorliegenden Konzept, nunmehr auch stoffschlüssige Metall-Kunststoffverbunde mit einer faserverstärkten Duromermatrix und hoher Verbundfestigkeit über Hybridpultrusion bzw. RTM generiert werden.

Die Ergebnisse bilden die Grundlage für kurze Prozessketten mit ressourcen‐, kosten‐ und energieeffizienter Produktion von Multimaterial‐Hybridbauteilen, wie sie vor allem in der Fahrzeugindustrie, im Maschinen- und Gerätebau sowie für weiße Ware zunehmend Verwendung finden.

Direkter fachlicher Kontakt:
Leibniz‐Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF)
Dr. Michaela Gedan‐Smolka  (Materialentwicklung Adhäsivschichtsystem) - mgedan@ipfdd.de
Dr. Ines Kühnert  (Technologieentwicklung/Spritzgießen) - kuehnert@ipfdd.de

Wissenschaftler aus dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) haben gemeinsam mit Kollegen von der Universität Pretoria in Südafrika Anti-Malaria-Textilien entwickelt.
Malaria wird durch die Anopheles-Mücke übertragen. Zur Abwehr der Mücken werden Repellents eingesetzt, sehr erfolgreich z.B. der Wirkstoff N,N-Diethyltoluamid (DEET). Bei den innovativen Anti-Malaria-Textilien der Forscher aus Dresden und Pretoria  wird DEET so in einen Polymerfaden mit Kern-Schale-Struktur eingebracht, dass der Wirkstoff in einer minimal notwendigen Dosis über einen langen Zeitraum freigesetzt wird. Das teure Repellent kann auf diese Weise viel sparsamer verwendet werden als beim häufig zu wiederholenden Auftragen auf die Haut. Da kein direkter Kontakt zwischen Repellent und Haut besteht, ist die neue Art der Anwendung auch deutlich gesundheitsverträglicher. Tests haben bestätigt, dass der mückenabweisende Effekt funktioniert und über mindestens 24 Waschgänge erhalten bleibt.
Die Kooperationspartner aus Südafrika haben auf Basis der gemeinsamen Entwicklung inzwischen Anti-Malaria-Socken unter dem Label NoBuzz auf den Markt gebracht. Dass Anti-Malaria-Textilen in Form von Socken auf den Markt gebracht wurden, hat seinen Grund darin, dass Anopheles-Mücken zu 93 Prozent in den Knöchelbereich stechen.
An der Übertragung des Konzepts auf weitere Textilien zum Schutz gegen krankheitsübertragende Insekten (z.B. europäische Zeckenarten) wird gearbeitet.

Kontakt: Dr. Andreas Leuteritz - leuteritz@ipfdd.de