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Kunststoffe mit Kohlendioxid imprägnieren

Redaktion — Thu, 14 Apr 2011 11:52:30 +0000

Dieser Propeller wurde bei 90 Grad Celsius und 200 bar in nur fünf Minuten gelb gefärbt. Das gelbe Farbpulver löste sich bei diesem Druck im CO2 auf und verblieb im Kunststoff. (Foto: Fraunhofer)

Kohlendioxid gilt als Klimakiller Nummer 1. Doch das Gas hat auch positive Eigenschaften. Forscher imprägnieren jetzt sogar Kunststoffe mit komprimiertem CO2.

CO2 ist mehr als nur ein Abfallprodukt. Es lässt sich vielseitig einsetzen. Die chemische Industrie verwendet das farblose Gas etwa zum Herstellen von Harnstoff, Methanol und Salicylsäure. Harnstoff dient als Düngemittel, Methanol als Kraftstoffzusatz. Salicylsäure ist Bestandteil des Medikaments Aspirin.

Einen neuen Ansatz verfolgen die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen: Sie prüfen, ob sich Kohlendioxid zum Imprägnieren von Kunststoffen nutzen lässt. Bei Temperaturen von 30,1 Grad Celsius und einem Druck von 73,8 bar geht CO2 in einen überkritischen Zustand über, in dem es ein lösemittelähnliches Verhalten zeigt. Es eignet sich in diesem Zustand als »Transportmittel«, um beispielsweise Farbe, Additive und medizinische Wirkstoffe aufzulösen und in Polymere einzuschleusen.

Konventionelle Verfahren, um Kunststoffe zu funktionalisieren und zu imprägnieren, weisen zahlreiche Nachteile auf.

»Wir pumpen flüssiges Kohlendioxid in einen Hochdruckbehälter mit den zu imprägnierenden Kunststoffteilen und erhöhen Temperatur und Druck so lange, bis das Gas den überkritischen Zustand erreicht. Anschließend steigern wir den Druck. Bei 170 bar löst sich pulverförmiger Farbstoff vollständig im CO2 auf und diffundiert mit dem Gas im Kunststoff. Dieser Vorgang dauert nur wenige Minuten. Beim Öffnen des Hochdruckbehälters entweicht das Gas aus der Oberfläche, die Farbe bleibt im Polymer. Sie lässt sich auch nachträglich nicht mehr abwischen«, erläutert Dipl.-Ing. Manfred Renner.

In Tests ist es den Forschern sogar gelungen, Polycarbonat mit Nanopartikeln zu imprägnieren und antibakteriell auszustatten. Auf die Oberfläche aufgebrachte E-Coli-Bakterien wurden bei den Versuchen im institutseigenen Hochdrucklabor komplett abgetötet. Somit lassen sich beispielsweise Türklinken hervorragend mit Nanopartikeln imprägnieren. Auch Tests mit dem entzündungshemmenden Arzneistoff Flurbiprofen und mit Siliziumdioxid waren erfolgreich. »Unser Verfahren eignet sich zum Imprägnieren von teilkristallinen und amorphen Polymeren. Dazu zählen etwa Nylon, TPE, TPU, PP und Polycarbonat. Auf kristalline Polymere lässt es sich nicht anwenden«, schränkt Renner ein.

Lifestyle-Produkte aus Kunststoff lassen sich noch hochwertiger konzipieren

Das Verfahren birgt großes Potential, denn Kohlendioxid ist nicht brennbar, nicht toxisch und kostengünstig. Es zeigt zwar ein lösemittelähnliches Verhalten, hat aber nicht die Nebenwirkungen der gesundheits- und umweltschädigenden Lösemittel, die beispielsweise beim Lackieren verwendet werden. Auch sind lackierte Oberflächen schnell beschädigt und nicht kratzbeständig. Konventionelle Verfahren, um Kunststoffe zu funktionalisieren und zu imprägnieren, weisen zahlreiche Nachteile auf. So können beim Spritzguss keine hitzeempfindlichen Substanzen wie Brandschutzmittel und UV-Stabilisatoren ins Material eingebracht werden. Viele Farben ändern sich, aus Purpurrot wird Schwarz. »Mit unserer Methode lassen sich hochwertige Kunststoffbauteile und Lifestyle-Produkte wie Handyschalen kundenspezifisch ändern. Der Clou: Farbe, Additive und Wirkstoffe werden ohne den Einsatz von aggressiven Lösemitteln umweltschonend weit unterhalb der Schmelztemperatur in oberflächennahe Schichten eingebracht«, sagt Renner. Das Verfahren biete sich etwa zum Färben von Kontaktlinsen an: Man könne die Sehhilfen auch mit pharmazeutischen Wirkstoffen an reichern, die über den Tag verteilt kontinuierlich ans Auge abgegeben würden. Dies könne eine Alternative zur kurzfristigen Stoßtherapie mit Augentropfen sein, wie sie beim Grünen Star angewendet wird. Das Anwendungsspektrum der neuen Imprägnier-Methode ist sehr vielfältig.

Elektrisch Leitfähige Kunststoffe für den Sportbereich [+Video]

Redaktion — Wed, 27 Oct 2010 13:46:22 +0000

Die Hybrid-Sportbrille entwickelt von der IKV Aachen

Vor allem Sportler werden sich freuen: Auf der weltgrößten Messe für Kunststoff und Kautschuk, der K 2010 Düsseldorf, hat eine Sportbrille Weltpremiere, die nicht mehr beschlägt. Das IKV, Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen, stellt die Innovation vor. Die Sichtscheibe der Brille wird durch eine metallische Leiterbahn mittels kleiner Batterie beheizt und dadurch frei vom Beschlag gehalten. Bisher ließen sich Kunststoff und Metall nicht zu elektrisch leitfähigen Bauteilen verarbeiten; das ist dem IKV jetzt in Kooperation mit zehn Firmen gelungen.

Zur Herstellung der Sportbrille hat das IKV eine Spritzgießmaschine K-Tec 200 S/2F der Ferromatik Milacron GmbH, Malterdingen, um ein spezielles Aggregat zur Verarbeitung der niedrig schmelzenden Metalllegierung erweitert. Die dafür verwendete Einspritzeinheit stammt aus dem Bereich der Kunststoffverarbeitung (Babyplast Zusatz-Spritzaggregat, Christmann Kunststofftechnik GmbH, Kierspe). Sie wurde grundlegend modifiziert und für die Verarbeitung der niedrig viskosen Metalllegierungen optimiert.

Basierend auf Technologien für das Mehrkomponenten-Spritzgießen hat das IKV gemeinsam mit der Gebr. Krallmann GmbH, Hiddenhausen, sowie der HASCO Hasenclever GmbH + Co KG, Lüdenscheid, ein Drei-Stationen-Indexplattenwerkzeug entwickelt. Mithilfe des Werkzeugs wird die Brille in einer kompakten Fertigungszelle mit nur einem Werkzeug und einer Maschine hergestellt.

Die Kavitätseinsätze in den einzelnen Stationen des Indexplattenwerkzeugs werden über separate Kreisläufe mit Wasser temperiert. Um die Verarbeitung der extrem schnell erstarrenden niedrig schmelzenden Metalllegierung im Bereich der Leiterbahn zu ermöglichen, ist das Werkzeug in der zweiten Station mit einer innovativen, hochdynamischen variothermen Temperierung der GWK mbh, Kierspe, ausgestattet.

Für die Brille verwendet das IKV-Team die Polyamide CX 7323 (Sichtscheibe) und CX 9704 (Rahmen) der Evonik Industries AG, Essen. Die eingesetzte Metalllegierung, deren Schmelzpunkt unterhalb von 200 °C liegt, zeichnet sich durch hohe elektrische Leitfähigkeiten im Bereich von 8 x 106 S/m aus. Damit eignet sie sich gut zur Herstellung von Leiterbahnen mit hoher Stromtragfähigkeit.

Das Trocknungs- und Förderungssystem KKT 55 der Koch GmbH, Pforzheim, führt die Materialien der Fertigungszelle zu. Die eingesetzte Sensortechnik der Kistler Instrumente AG, Winterthur/Schweiz, ermöglicht die Online-Überwachung der Drücke und Temperaturen im Werkzeug und im Zusatzaggregat. Der automatisierte Prozessablauf wird durch einen Sechs-Achs-Roboter vom Typ KR5 arc der KUKA Roboter GmbH, Augsburg, unterstützt. Dessen Kombination mit einem speziellen Greifer der ASS Maschinenbau GmbH, Overath, gewährleistet die sichere Eingabe der kontaktierbaren Einlegeteile sowie die Entnahme der fertigen Brille.

Das Verfahren wird im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ an der RWTH Aachen entwickelt.

Der K2010 eigen Video Chanel berichtete ebenfalls mit einen Screencast Live von der K2010. Hier der Link:

K 2010 YouTube Video Chanel: Gute Sicht durch heißen Kunststoff

IKV-Messestand auf der K2010 in Halle 14/C16.

Test Artikel

admin — Fri, 30 Jan 2009 19:59:47 +0000

http://www.kunststoffreport.de