Mischbare polymere Nanokomposite

Foto: Aufnahmen von eisenhaltigen Nanopartikeln

Polymere Nanokomposite gelten in Wissenschaft und Industrie immer stärker als Materialien, die den Fortschritt im 21. Jahrhundert entscheidend mitbestimmen werden. Sie bestehen aus einer Kunststoffmatrix und aus Nanopartikeln, die als Füllstoffe in die Matrix eingesetzt werden.

Nanopartikel können als Füllstoffe in Kunststoffe eingebracht werden. Allerdings haben sie die Tendenz, innerhalb der Kunststoffmatrix zu verklumpen. Sie verteilen sich daher nicht als vereinzelte Teilchen in allen Abschnitten der Matrix, sondern sie lagern sich an wenigen Stellen der Matrix zusammen.

Doch für industrielle Anwendungen sind polymere Nanokomposite viel attraktiver, wenn sich die einzelnen Nanopartikel separat im Kunststoff verteilen. Denn in diesem Fall zeichnen sich die neuen Materialien durch eine erheblich bessere Transparenz aus, während sie aufgrund der verklumpten Nanopartikel trübe und undurchsichtig werden.

Zudem ist die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Materialien umso stärker ausgeprägt, je gleichmäßiger sich die Nanopartikel im Kunststoff verteilen. Nicht zuletzt sind die Materialien dann auch hitzebeständiger und weniger leicht entflammbar. Wie aber lässt sich die Verklumpung der in die Kunststoffmatrix eingeführten Nanopartikel verhindern?

Ausgangspunkt des Verfahrens sind Polymerketten. Am Ende jeder Kette wird ein Haftungsmolekül befestigt. Wie mit einem Enterhaken hängt sich die Polymerkette mit diesem Molekül an ein Nanopartikel an; und zwar so, dass sie mit ihrem einen Ende nahezu senkrecht auf der Oberfläche des Partikels steht, während ihr anderes Ende nach außen absteht.

Auf diese Weise erhält jedes Nanopartikel eine aus Polymerketten bestehende Rundum-Beschichtung, die aussieht wie eine kugelförmige Bürste. Die wie Borsten nach außen abstehenden Polymerketten verhindern, dass sich die Nanopartikel allzu nahekommen, wenn sie in die Kunststoffmatrix eingebracht werden. Sie bleiben als vereinzelte Partikel erhalten, während die Polymerketten in den Kunststoff eingearbeitet werden.

Damit ist der Weg frei, um anspruchsvolle Funktionsmaterialien herzustellen, bei denen separate Nanopartikel in alle Abschnitte der Kunststoffmatrix eingelagert sind.


COMPAMED.de; Quelle: Universität Bayreuth