Fraunhofer IMWS in Halle revolutioniert Polymerstrukturen dank Gecko-Inspiration

Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle hat mit einem bahnbrechenden Verfahren zur Mikro-Nano-Strukturierung bedeutende Fortschritte in den Haftungseigenschaften von Polymeren erzielt. Das patentierte Verfahren, das strukturierte Oberflächen mittels Heißprägens oder Spritzgusses erzeugt, bringt nicht nur verbesserte Haftung, sondern auch Vorteile in Bezug auf Benetzbarkeit, optische Reflexion, Hydrophobie und Recyclingfähigkeit.

Wenn ein Gecko die Wände hochklettert, verdankt er das seiner großen Kontaktfläche mit dem Untergrund durch hierarchische und fibrilläre Strukturen seiner Füße. Das Fraunhofer IMWS hat einen ähnlichen Ansatz für Polymeroberflächen entwickelt. Durch Heißprägen werden hierarchische Strukturen geschaffen, wobei Aluminiumoxid-Prägewerkzeuge verwendet werden, die zuvor mikro- und nanostrukturiert wurden.

Das Verfahren eignet sich für eine Vielzahl von Kunststoffen wie thermoplastische Elastomere, Polyurethane, Polycarbonat, Polyethylmethacrylat, Polypropylen und Polyethylen. Die Prägewerkzeuge aus Aluminiumoxid können problemlos in bestehende Produktionsverfahren integriert werden, wobei das Abformen bei hohen Temperaturen und niedrigem Druck erfolgt.

Um den Prozess zu optimieren, hat das Fraunhofer-Team die passenden Verarbeitungstemperaturen auf Basis von Differenzialkalorimetrie ermittelt. Die Mikro-/Nanostruktur der Prägewerkzeuge und die daraus resultierende Invers-Struktur der Polymeroberfläche wurden mit Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Auf nassen Oberflächen konnte eine beeindruckende Erhöhung der Haftkraft um bis zu 85,4 Prozent erreicht werden.

Die flexiblen Oberflächenstrukturen lassen sich individuell anpassen, was eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Potenzielle Anwendungen reichen von der Verpackungsindustrie, wo die Haftung von Klebern und Druckfarben auf Folien verbessert werden kann, bis hin zu innovativen Lösungen in der optischen Industrie zur Verhinderung von Beschlagen auf Kunststoffoberflächen.

Dr.-Ing. Andrea Friedmann, Gruppenleiterin am Fraunhofer IMWS, betonte hierzu: „Ein großer Vorteil ist auch, dass wir unterschiedliche Oberflächenstrukturen und damit neue Materialeigenschaften erzielen können, ohne zusätzliche Elemente einzubringen. So bleiben die Werkstoffe sortenrein, was das spätere Recycling erheblich vereinfacht. Unternehmen können Zeit und Kosten bei der Einführung verbesserter Produkte sparen, da die Mikro-Nano-Strukturierung auf bereits zugelassenen und chemisch nicht veränderten Materialien erfolgt.“