Verfasst am 11.03.2011 - Technik
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„Selbstheilende“ Elastomere

Um Risswachstum bereits in der Anfangsphase zu unterbinden und Materialversagen zu vermeiden, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen jetzt im BMBF-Projekt OSIRIS „selbstheilende Elastomere“ entwickelt, die sich autonom reparieren können. Inspirationsquelle seien der Kautschukbaum Hevea brasiliensis und milchsaftführende Pflanzen wie die Birkenfeige gewesen, die durch den Projektpartner Plant Biomechanics Group Freiberg detailliert untersucht werden. Der Milchsaft enthält Kapseln, die mit dem Protein Hevein gefüllt sind. Wird der Kautschukbaum verletzt, so tritt der Milchsaft aus, die Kapseln brechen auf und setzen Hevein frei. Das Protein vernetzt dann die ebenfalls im Milchsaft enthaltenen Latexpartikel zu einem Wundverschluss.

Zeitlicher Verlauf des Rissverschlusses bei einer polymeren Selbstheilungskomponente, (Quelle: Fraunhofer UMSICHT)

Dieses Prinzip wurde nun auf Elastomere übertragen. „Um in Kunststoffen einen Selbstheilungsprozess anzuregen, haben wir Mikrokapseln mit einem klebenden Material, Polyisobutylen, beladen und in Elastomere aus synthetischem Kautschuk eingebracht. Wird Druck auf die Kapseln ausgeübt, platzen diese und sondern dabei das zähflüssige Material ab. Dieses vermischt sich mit den Polymerketten des Elastomers und verschließt so die Risse", erläutert Dr. Anke Nellesen vom UMSICHT. „Es ist uns gelungen, produktionsstabile Kapseln herzustellen, allerdings brachten diese nicht den gewünschten selbstreparierenden Effekt."

Gute Ergebnisse seien hingegen damit erzielt worden, als die „Selbstheilungskomponente", das Polyisobutylen, unverkapselt in das Elastomer eingebracht worden war. So zeigten verschiedene Probekörper aus unterschiedlichen Synthetischekautschuken ein deutliches Selbstheilungsverhalten: Nach einer Heildauer von 24 h betrug die wiederhergestellte Zugdehnung 40 %, so heißt es.

Noch bessere Ergebnisse erreichte man mit einer Ionenbehandlung. Auch bei dieser Methode diente der Kautschukbaum als Vorbild: Die bei einer Verletzung freigesetzten Hevein-Proteine verbinden sich durch Ionen miteinander und verkleben bei diesem Prozess – der Riss schließt sich. Wird also das Material des Elastomers beschädigt, so suchen sich die gegensätzlich geladenen Teilchen einen neuen Bindungspartner und entfalten so eine klebende Wirkung. „Durch das Beladen der Elastomere mit Ionen sorgen wir für einen stabilen Wundverschluss. Der Heilungsprozess kann beliebig oft stattfinden", betont Nellesen den Vorteil gegenüber dem Mikrokapsel-Verfahren. „Duromere mit Selbstheilungsfunktion gibt es bereits. Sie kommen etwa in Form von sich selbst reparierenden Lacken im Automobilbereich zur Anwendung. Elastomere, die ihre Risse ohne Eingriff von außen verschließen können, wurden bislang noch nicht entwickelt", sagte die Wissenschaftlerin.

Von der neuen Entwicklung könnte bspw. die Automobilbranche profitieren. Der Prototyp einer sich selbst reparierenden Auspuffaufhängung ist auf der Hannover Messe vom 4. bis zum 8. April am Biokon-Gemeinschaftsstand in Halle 2 zu sehen.

(Quelle: Fraunhofer Mediendienst März 2011)

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