Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Selbstheilende Lackschichten für viskoelastische Kunststoffbahnen

Im vorliegenden Projekt sollen flexible, selbstheilende Lacksysteme für viskoelastische Kunststoffbahnen entwickelt werden. Durch die Fähigkeit der Selbstheilung soll es möglich werden, dass oberflächliche Kratzer oder Risse durch einen externen Stimulus wie Temperatur und/oder Luftfeuchte von selbst ausheilen.

Die Selbstheilungseigenschaften sollen auf den Prinzipien der supramolekularen Chemie beruhen. Die Lacke werden additiv bzw. reaktiv mit Komponenten modifiziert, die die Fähigkeit zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen erhöhen. Nach Beschädigung herrscht darum das Bestreben der Lackmoleküle vor, den ursprünglichen unbeschädigten Zustand wieder herzustellen (Reorganisation). Auf diese Weise werden Oberflächendefekte ausgeglichen, wodurch sich die ästhetischen Eigenschaften sowie Schutzfunktion der Lacke wiederherstellen und damit die Nutzungsdauer der Werkstoffe möglicherweise deutlich erhöhen lässt.

Die modifizierten Lackschichten werden hinsichtlich ihrer Selbstheilseigenschaften getestet sowie in einem Modellsystem (z. B. Kunstleder) angewendet und untersucht werden. Durch die Modifizierung ändern sich möglicherweise die Lackeigenschaften wie chemische und mechanische Beständigkeiten, Benetzungsverhalten oder Haftung am Untergrundmaterial. Deshalb muss im Projekt darauf geachtet werden einen Kompromiss zwischen Selbstheilungsfähigkeit und guten allgemeinen Lackeigenschaften zu finden.

Insbesondere KMU als Hersteller von hochwertigen Produkten aus den Bereichen Automobil-Interieur, Möbelindustrie und Consumer-Artikel (Schuhe, Accessoires) erhalten die Möglichkeit ihre Produkte mit einer neuen vorteilhaften Produkteigenschaft auszustatten, um im Wettbewerb mit Anbietern von konventionellen Produkten einen Vorteil zu erlangen. Neben den Anwendern profitieren die Lackhersteller selbst von den Ergebnissen. Die Lacke werden in enger Abstimmung mit den beteiligten Firmen entwickelt, um einen zeitnahen Transfer der Ergebnisse nach Projektende zu ermöglichen.

Ergebniszusammenfassung:

Das Forschungsvorhaben zielte auf die Entwicklung von flexiblen, selbstheilenden Lacksystemen auf Polyurethanbasis für viskoelastische Kunststoffbahnen ab. Durch die Fähigkeit der Selbstheilung sollte es möglich werden, dass oberflächliche Kratzer oder Risse durch einen externen Stimulus wie Temperatur und/oder Luftfeuchte von selbst ausheilen.

Im Projekt wurden alle 3 geplanten Wege der Implementierung von Selbstheilung vermittelnden Komponenten - die additive Zugabe, die Verwendung als Vernetzungskomponente und der reaktive Einbau bei der Basispolymer-Synthese - untersucht. Dabei konnten die überzeugendsten selbstheilenden Eigenschaften bei UDETA-funktionalisierten Bindemitteln nachgewiesen werden. Die Einbringung der untersuchten Selbstheilungskomponenten lässt sich nur sinnvoll in wasserbasierenden Lacksystemen anwenden. Die Eigenschaften einer intrinsisch selbstheilenden Lackbeschichtung – Beständigkeit vs. Heilungsvermögen – muss hierbei jedoch sorgfältig ausbalanciert werden. Die selbstheilenden Eigenschaften der Lacke konnten sowohl auf harten wie auch auf viskoelastischen Untergründen, z. B. Kunstleder, zweifelsfrei nachgewiesen werden. Anhand der positiven Projektergebnisse wäre es lohnenswert, weitere Untersuchungen zu realistischen Heilungsszenarien durchzuführen, da durch einen alternativen Ansatz (Heilung mit Ethanol-Dampf statt mit feuchter Wärme) bereits eine signifikante Verbesserung und damit eine Annäherung an eine Praxistauglichkeit erzielt werden konnte.

Die während des Vorhabens erzielten Ergebnisse zur Entwicklung eines selbstheilenden Lackes sollen dazu dienen, den wachsenden Bedarf an definierten Funktionalitäten bei Lacken auf viskoelastischen Materialien zu decken und gleichzeitig die Nutzungsdauer zu erhöhen. Durch die Entwicklung neuer funktioneller Lacke für viskoelastische Materialien werden die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der KMU wesentlich erhöht, indem neue, hochwertige Produkte angeboten werden können.