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Wie die Gewinner des zeitgleich verliehenen, von
der Dresdner Bank geförderten Innovationspreises des IPF (vgl.
IPF-Pressemitteilung 08/08) hat sich Herr Dr. Costa in seiner
Dissertation mit anorganischen Nano-Füllstoffen für Kunststoffe
beschäftigt. Als einer der ersten weltweit hat er das Potential von
sogenannten LHDs, Layered Double Hydroxides zur Modifizierung von
Kunststoffen erkannt und dieses umfassend, auf hohem
wissenschaftlichen Niveau und mit breiter Anwendungsrelevanz
untersucht.
Aus der Vielzahl der möglichen LDHs - Metallhydroxiden mit drei- und
zweiwertigen Metalllionen in einer Schicht und anorganischen Anionen
zum Ladungsausgleich zwischen den Schichten - konzentrierte er sich
speziell auf die Gruppe der Hydrotalkite, bei denen Magnesium- und
Aluminiumionen gemeinsam vorkommen. Eine Eigenschaft
der Hydrotalkite war dabei besonders interessant: Erhitzt man sie auf
eine Temperatur von ca. 320 °C, d.h. oberhalb der Schmelzetemperatur
der meisten thermoplastischen Kunststoffe, spalten sie Wasser ab.
Daher sind sie geradezu prädestiniert dafür, Kunststoffen als
umweltfreundliche Flammhemmer zugesetzt zu werden. Auf diesem Gebiet
besteht trotz der breiten Anwendung von Kunststoffen in Technik und
Bauwesen noch erheblicher Innovationsbedarf, denn die bisher zur
Brandschutzausrüstung von Kunststoffen verwendeten Zusatzstoffe sind
entweder umweltbelastend bzw. toxisch oder sie beeinträchtigen die
mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs. Die
flammhemmende Wirkung der Wasserabspaltung wird zusätzlich noch durch
die Plättchenstruktur der Nano-Füllstoffe verstärkt, da diese im
Brandfall zu einer den Gasaustausch hemmenden Oberflächenverkrustung
führt. Dank dieses Effekts kann die Flammhemmung im Kunststoff bereits
bei einem niedrigeren Anteil an Füllstoff erreicht werden, als dies
mit klassischen mikroskaligen Flammhemmern möglich ist. Weniger
Füllstoff hieße bereits, weniger Beeinträchtigung der mechanischen
Eigenschaften des Produktes, doch darüber hinaus kann durch die
Plättchenstruktur des Flammhemmers sogar ein zusätzlicher
Verstärkungseffekt, d.h. eine deutliche Verbesserung der mechanischen
Eigenschaften, erreicht werden. Neben Flammhemmung
und Verstärkung bieten die Eigenschaften der LDHs noch weiteres
Potential für zukünftige Werkstoffentwicklungen. Ideen sind hier u.a.
Kunststoffe, die als Biozide gegen Schadorganismen wirken oder solche,
die auf Licht bestimmter Wellenlängen reagieren und z.B. dadurch
ausgelöste Farbänderungen von Verpackungsmaterialien das Alter von
verpackten Waren anzeigen. In seiner
interdisziplinär angelegten Dissertation hat Herr Dr. Costa die
Grundlagen geschaffen, um das verheißungsvolle Potential tatsächlich
ausnutzen zu können. Dazu mussten einerseits chemische
Vorbehandlungsprozeduren entwickelt werden, um LDHs und Kunststoff
miteinander reaktionsfähig/verträglich zu machen, und zum anderen
mussten Verarbeitungsprozesse angepasst werden, um den Füllstoff
gleichmäßig und fein verteilt in die Kunststoffmatrix einzubringen.
Im kleintechnischen Maßstab konnte Herr Dr. Costa am IPF seine
Entwicklungen bereits erfolgreich testen. Mit mehreren
Industriepartnern wird gegenwärtig an konkreten Projekten zur
industriellen Umsetzung gearbeitet, sodass zu erwarten ist,
LDH-Polymer-Nanokomposite bald in industrieller Herstellung und
praktischer Anwendung zu finden. Die Preisverleihung
fand am 14. November 2008, 13.00 Uhr im Leibniz-Institut für
Polymerforschung Dresden e. V. statt. |
