Mit energiereichen Elektronen effizient und nachhaltig zu neuen Hochleistungs-Polymerwerkstoffen

Den Innovationspreis des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF erhalten in diesem Jahr Dr. Uwe Gohs, Dr. Andreas Leuteritz, Prof. Dr.-Ing. Udo Wagenknecht, Jun.-Prof. Dr.-Ing. Sven Wießner und Dr. Michael Wilms.

Gewürdigt wird mit dem Preis die Entwicklung eines auf dem Einsatz energiereicher Elektronen beruhenden industrietauglichen, effizienten und nachhaltigen Verfahrens zur Herstellung von Hochleistungs-Polymerwerkstoffen.

Polymere besitzen ein hohes Potenzial zur Entwicklung von Hochleistungs-Polymerwerkstoffen mit spezifischen und häufig sehr komplexen Eigenschaftsprofilen. Für viele Anwendungsbereiche ist dabei nicht mehr die Synthese völlig neuer Polymerstrukturen der Königsweg, sondern die aus wirtschaftlicher Sicht effizientere Modifizierung von Polymeren aus einem „Grundbaukasten“, die preiswert verfügbar und technologisch erprobt sind.

Die Modifizierung erfolgt häufig über die Zugabe von Füllstoffen und/oder Mischung mehrerer Polymerkomponenten in reaktiven Aufbereitungsprozessen mittels industrieüblicher Aufbereitungsmaschinen.

In den letzten beiden Jahrzehnten hat die Nanotechnologie neue Möglichkeiten zur Modifizierung von Polymeren eröffnet und zu regen Forschungsaktivitäten geführt. Dass der wirtschaftliche Durchbruch von so genannten Nanokompositwerkstoffen – Kunststoffe mit nanoskaligen Füllstoffen – bisher ausblieb, ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die Forschung zu diesen Materialien vorwiegend auf spezielle Werkstoffeigenschaften fokussiert war und Prozessfähigkeit sowie Verarbeitungseigenschaften zu wenig Beachtung fanden.

Die nunmehr preisgekrönte Entwicklung aus dem IPF betrachtet die Komponenten Rohstoff, Maschine und Prozess in ihrer Wechselwirkung und bietet potenziellen Anwendern ein Scale-up-fähiges Konzept für Prozesse der reaktiven Aufbereitung von Polymeren. Grundlage dafür und die entscheidende neue Idee der Preisträger ist der Einsatz energiereicher Elektronen zur Initiierung der die reaktive Aufbereitung in Gang setzenden chemischen Reaktionen.

Im Gegensatz zu chemischen Initiatoren, die bisher dafür verwendet werden, ermöglicht der Einsatz energiereicher Elektronen eine zeitlich und räumlich präzise Steuerung der chemischen Reaktion. Dadurch konnten sehr systematisch einzelne Teilprozesse untersucht, prozesstechnische Zusammenhänge abgeleitet sowie verfahrenstechnische Grundlagen und ein Anlagenkonzept entwickelt werden.

An einer in Kooperation mit dem Bereich Forschungstechnik des Instituts realisierten Pilotanlage im Technikumsmaßstab wurden schließlich im Rahmen von Industrie- und Forschungsprojekten Demonstratoren hergestellt. Dass diese Arbeiten von Industrieunternehmen mit bisher 600.000 EUR gefördert wurden, belegt die hohe Praxisrelevanz.

Dank neuester gerätetechnischer Entwicklungen auf dem Gebiet der Elektronenstrahltechnik ist eine Integration in bestehende Produktionslinien mit geringem Aufwand möglich. Da in diesem Verfahren keine chemischen Initiatoren eingesetzt werden, kann es nicht zu unerwünschten Reaktionen bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten kommen und Einsatzbeschränkungen, die diese chemischen Initiatoren in sensiblen Einsatzbereichen wie z.B. Medizinprodukten oder Lebensmittelverpackungen verursachen, werden aufgehoben.

Fachlicher Direktkontakt:

Dr. Uwe Gohs
gohs@ipfdd.de
0351 4658-239