Gecko als Vorbild: Neue Technologie für Kunststoff-Oberflächen
Der Lotuseffekt lässt Wasser rückstandslos vom Blatt abperlen und schützt Pflanzen vor Schmutz. Feinste Härchen und Lamellen an den Füßen lassen Geckos kopfüber an glatten Oberflächen haften. Solche Meisterleistungen der Natur wollen die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Halle zum Vorbild nehmen: Gemeinsam mit fünf Unternehmen aus dem mitteldeutschen Chemiedreieck entwickeln sie ein kombiniertes Mikro- und Nanoprägeverfahren, mit dem sich die Oberflächen von Kunststoffen passgenau modifizieren lassen, um neue Materialeigenschaften zu ermöglichen.
Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines nanostrukturierten Kunststoffes.
© Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Ursache für den Lotuseffekt oder das Geckophänomen ist die Kombination aus einer speziellen chemischen Zusammensetzung des Materials und einer besonderen Struktur der Materialoberfläche im Mikro- und Nanometerbereich. Mitarbeiter des Fraunhofer IWM haben eine bereits patentierte Technologie entwickelt, die genau bei dieser Kombination ansetzt. »So können wir Polymere mit der gewünschten Strukturierung der Oberfläche im Mikro- und im Nanometerbereich erzeugen und Eigenschaften wie beispielsweise das Benetzungsverhalten oder die optische Reflexion des Kunststoffs optimieren. Das bietet viele Anwendungsmöglichkeiten in der Verpackungsindustrie und Biotechnologie, perspektivisch auch in der Medizintechnik und in der optischen Industrie«, sagt Prof. Dr. Andreas Heilmann, Leiter des Projekts am Fraunhofer IWM.
Die Fraunhofer-Forscher entwickeln und nutzen Formwerkzeuge (Prägestempel), die den Kunststoffen dann in einer Heißprägeanlage die gewünschte Oberflächenstruktur »verpassen«. Im Rahmen des Förderprogramms »Unternehmen Region« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung sollen in einem »Wachstumskern Potenzial« die bisherigen Forschungsergebnisse gemeinsam mit fünf Unternehmen aus dem mitteldeutschen Chemiedreieck Halle-Bitterfeld-Merseburg in eine industrienahe Technologie übertragen werden. Heute fiel der Startschuss zum Verbundvorhaben »Kombinierte Mikro- und Nanostrukturierung von Kunststoffen (KoMiNaKu)«.
Das am Projekt beteiligte Unternehmen POLIFILM Extrusion GmbH will für Schutz-, Kaschier- und Verpackungsfolien aus Polyethylen gezielt die Topografie der Folienoberfläche und die Benetzbarkeit verändern. Dies soll unter anderem zur Verbesserung der Haftung von Klebern und Druckfarben führen.
Für die Langzeitdatensicherung über einen Zeitraum von mehr als 500 Jahren mit Silberhalogenid-Archivfilmen möchte die FilmoTec GmbH aus Bitterfeld-Wolfen mit der neuen Technologie die Haftung zwischen Unterlage und fotografischer Emulsionsschicht weiter verbessern.
Die für die Entwicklung der Technologie notwendigen Maschinenkomponenten werden durch die MABA Spezialmaschinen GmbH Bitterfeld-Wolfen und durch die SmartMembranes GmbH Halle (Saale) konstruiert und gefertigt. Die Materialbewertung und -charakterisierung erfolgt gemeinschaftlich durch die Polymer Service GmbH Merseburg und durch das Fraunhofer IWM in Halle.
Mit dem Verbundvorhaben »KoMiNaKu« sollen mittelfristig Produkte entwickelt werden, die nachhaltig die wirtschaftliche Entwicklung der beteiligten Unternehmen unterstützen und der gesamten Region neue Impulse geben.
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