Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Analytik> Materialprüfung>

Umweltfreundlichere und kratzfeste Lacke - Nanopartikel als Füllstoffe

3D-LaserlithographieLöschbare Tinte für den 3D-Druck

Lasergeschriebene dreidimensionale Mikrostrukturen lassen sich nun schreiben, auflösen und neu schreiben. (Bild: KIT)

Im 3D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. 

…mehr

Umweltfreundlichere und kratzfeste LackeNanopartikel als Füllstoffe

Das Problem in kommerziell erhältlichen Lacksystemen sind die oftmals enthaltenen, gesundheitlich bedenklichen flüchtigen Komponenten. Endverbraucher und Unternehmen verlangen daher zunehmend nach umweltfreundlichen, wasserbasierten Lacken. Dabei gilt es, flüchtige organische Anteile (VOC) zu vermeiden.

sep
sep
sep
sep
Visuelle Transparenzprüfung

Ein wesentlicher Nachteil der bislang erhältlichen wässrigen Lacksysteme ist deren geringe Kratzfestigkeit. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF erarbeitete daher im Rahmen eines über die AiF vom BMWi geförderten IGF-Vorhabens Lösungsansätze, welche die gesundheitlichen Risiken minimieren und gleichzeitig das Eigenschaftsprofil der Lacke erhalten.

Dem Institut ist es gelungen, verschiedene anorganische Nanopartikel als Füllstoffe für wässrige Polyurethan-Beschichtungen zu erstellen und zu modifizieren. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler die Kratzfestigkeit der fertigen Beschichtung erhöhen und gleichzeitig deren Transparenz und Glanz erhalten.

Anzeige

Marktübliche Binder für emissionsarme Lacke, die Kunden selbst mit einfacher Technik applizieren können, sind beispielsweise wässrige Dispersionen von Polyurethanpartikeln. Nach dem Anstrich verdunstet das Wasser und die eigentliche Lackschicht bleibt übrig. Damit nach dem Eintrocknen der Dispersion ein homogener und geschlossener Film entsteht, muss das Polymer weich genug sein, um bei moderaten Temperaturen zusammenzufließen. Das Problem: Diese Filmbildungseigenschaft steht im direkten Widerspruch zu einer geforderten Kratzfestigkeit.

Daraus entsteht die große Herausforderung, umweltfreundlichere Bindemittel auf Wasserbasis mit einer verbesserten Kratzfestigkeit unter einen Hut zu bekommen. Bislang gilt als Stand der Forschung, Silica-Partikel einzubringen. Hierbei werden oftmals in ihrer Form undefinierte pyrogene Kieselsäuren in den Lack eingearbeitet. Das kann zwar die Kratzfestigkeit verbessern, bringt jedoch massive Einbußen des Glanzes und der Transparenz mit sich.

Silica-Nanopartikeln

Maßgeschneiderte Silica-Partikel als Füllstoffe in Lacken
Wasserbasierte Holzbeschichtungen mit hohem Silica-Anteil neigen außerdem zum Vergrauen, was die Wirkung der natürlichen Holzmaserung trübt. Die im Fraunhofer LBF entwickelten Lackdispersionen können diese optischen Nachteile nun auf ein Minimum reduzieren. Hierzu stellt das Institut sphärische, oberflächenmodifizierte Silica-Partikel her. Um die Transparenz zu erhalten, wird die Partikelgröße dabei unter 50 nm gehalten. So wird das Licht beim Durchstrahlen des Films nicht an dem anorganischen Material gestreut. Die Oberfläche wird zusätzlich mit funktionellen Gruppen versehen, die eine chemische Anbindung an die Lackmatrix ermöglichen.

Anders als in herkömmlichen Lacken werden die Partikel nicht nachträglich in das System eingerührt, sondern während der Synthese der Lackdispersion direkt an die Polymerpartikel kovalent gebunden. Diese Methode stellt eine gleichmäßige und agglomeratfreie Verteilung des anorganischen Materials im Bindemittel und im verfilmten Lack sicher. Innerhalb der Beschichtung erzielen die Darmstädter Wissenschaftler auf diese Weise Silica-Gehalte von 20 Gewichtsprozent und erhalten dabei die Transparenz und den Glanz. Orientierende Untersuchungen bei den Projektpartnern, wie dem Institut für Lacke und Farben ILF in Magdeburg und dem Institut für Holztechnologie IHD in Dresden, zeigten eine verbesserte Kratzfestigkeit gegenüber unmodifizierten Lackdispersionen.

Größenverteilung

Über den Bereich Kunststoffe des Fraunhofer LBF
Mit dem Forschungsbereich Kunststoffe, hervorgegangen aus dem Deutschen Kunststoff-Institut DKI, begleitet und unterstützt das Fraunhofer LBF seine Kunden entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Polymersynthese über den Werkstoff, seine Verarbeitung und das Produktdesign bis hin zur Qualifizierung und Nachweisführung von komplexen sicherheitsrelevanten Leichtbausystemen. Der Forschungsbereich ist spezialisiert auf das Management kompletter Entwicklungsprozesse und berät seine Kunden in allen Entwicklungsstufen.

Hochleistungsthermoplaste und Verbunde, Duromere, Duromer-Composites und Duromer-Verbunde sowie Thermoplastische Elastomere spielen eine zentrale Rolle. Der Bereich Kunststoffe ist ein ausgewiesenes Kompetenzzentrum für Additivierungs-, Formulierungs- und Hybrid-Fragestellungen. Umfassendes Know-how besteht in der Analyse und Charakterisierung von Kunststoffen und deren Veränderung während der Verarbeitung sowie in der Methodenentwicklung zeitaufgelöster Vorgänge bei Kunststoffen.

Das Fraunhofer LBF entwickelt, bewertet und realisiert im Kundenauftrag maßgeschneiderte Lösungen für maschinenbauliche Komponenten und Systeme, vor allem für sicherheitsrelevante Bauteile und Systeme. Der Leichtbau steht dabei im Zentrum der Überlegungen. Neben der Bewertung und optimierten Auslegung passiver mechanischer Strukturen werden aktive, mechatronisch-adaptronische Funktionseinheiten entwickelt und prototypisch umgesetzt. Parallel werden entsprechende numerische sowie experimentelle Methoden und Prüftechniken vorausschauend weiterentwickelt.

Die Auftraggeber kommen aus dem Automobil- und Nutzfahrzeugbau, der Schienenverkehrstechnik, dem Schiffbau, der Luftfahrt, dem Maschinen- und Anlagenbau, der Energietechnik, der Elektrotechnik, dem Bauwesen, der Medizintechnik, der chemischen Industrie und weiteren Branchen. Sie profitieren von ausgewiesener Expertise der rund 500 Mitarbeiter und modernster Technologie auf mehr als 11560 m² Labor- und Versuchsfläche an den Standorten Bartningstraße und Schlossgartenstraße in Darmstadt.

Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Roland Klein
roland.klein@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer LBF

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Chemische Synthese

Polymer-MetallverbundeBlockcopolymere verbessern Hafteigenschaften von Kunststoffen

Auf die Grenzflächen und ihr Design kommt es an, wenn Polymere in neuen Anwendungsfeldern zum Einsatz kommen oder verschiedene Materialien auf innovative Art kombiniert werden.

…mehr
Materialwissenschaften: Das längste Acen, das je synthetisiert wurde

MaterialwissenschaftenDas längste Acen, das je synthetisiert wurde

Wissenschaftlern der TU Dresden und der Universität Santiago de Compostela ist es gelungen, mit Decacen das bisher längste Acen zu synthetisieren. Diese Verbindungen verfügen über einzigartige elektronische Eigenschaften.

…mehr
3D-Zellmodell der menschlichen Platzenta

Medikation fürs ungeborene Kind3D-Modell der menschlichen Plazentaschranke entwickelt

Einem Team der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt ist es gelungen ein neues dreidimensionales Zellmodell der menschlichen Plazentaschranke zu entwickeln.

…mehr
Marshmallows

Nanopartikel in LebensmittelnTitandioxid-Nanopartikel können Darmentzündungen verstärken

Titandioxid, eines der meistproduzierten Nanopartikel weltweit, wird vermehrt auch in Lebensmitteln eingesetzt. Nehmen Darmzellen Titandioxid-Partikel auf, führt dies im Tierexperiment zu mehr Entzündungen und Schädigungen der Darmschleimhaut.

…mehr
Ultrasensitive DNA-Quantifizierung: Per Lichtstreuung ganz ohne PCR

Ultrasensitive DNA-QuantifizierungPer Lichtstreuung ganz ohne PCR

Spuren von Biomolekülen wie DNA lassen sich mit einem neuen „dynamischen“ Verfahren nachweisen, das auf der Detektion einzelner Assoziation- und Dissoziationsereignisse von Gold-Nanopartikeln beruht. Die Methode differenziert echte Signale von unspezifischen Ereignissen und kann sogar Abweichungen einzelner Basen erkennen.

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung