Neue Reparaturkonzepte für hoch vernetzte Polymerwerkstoffe
Die Entdeckung reversibel schaltbarer Katalysatoren ermöglicht die Reparatur und Selbstheilung von technisch relevanten Polymeren.
Programm: COMET – Competence Centers for Excellent Technologies
Förderlinie: COMET-Modul
Projekttyp: Project 1.02 - Fast repairable dynamic covalent polymer networks without creep for a circular economy of crosslinked polymer components, 2024-2027, multi-firm
DIE ENTDECKUNG REVERSIBEL SCHALTBARER KATALYSATOREN ERMÖGLICHT DIE REPARATUR UND SELBSTHEILUNG VON TECHNISCH RELEVANTEN POLYMEREN.
Dynamisch kovalente Bindungen ermöglichen die Herstellung von Polymernetzwerken mit einzigartigen Funktionen wie Reparierbarkeit, Heilbarkeit, oder Rezyklierbarkeit. Aktuell liegt ein Hauptaugenmerk der Forschung auf dynamische Netzwerke - so genannte Vitrimere - die auf einer thermisch aktivierten Umesterung beruhen. Der Einsatz dieser neuen Materialklasse in technisch relevanten Anwendungen (bspw. Reparatur von Beschichtungen) ist jedoch schwierig, da die dynamischen Bindungen die Kriechfestigkeit der Werkstoffe herabsetzen. Im COMET-Modul Repairtecture wurde in einer Kooperation mit der Universität Innsbruck und der Universität Münster eine neue Katalysatorgruppe entdeckt, die ein reversibles Ein- und Ausschalten der Reparaturfunktion im Material ermöglicht.
Durch Bestrahlung mit Licht wird die Aktivität des entsprechenden Katalysators durch die Farbe des Lichts (sichtbares Licht oder ultraviolettes Licht) gesteuert. Die Arbeiten wurden im renommierten Journal Advanced Materials veröffentlicht (https://doi.org/10.1002/adma.202411307).
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Prinzip der reversiblen Aktivierung der neuen Katalysatoren für die Reparatur von Duromeren mit hoher Kriechfestigkeit.
Wirkungen und Effekte
Im nicht aktivierten Zustand des Katalysators verhält sich das Material wie ein klassisches Duromer undSUCCESS STORY besticht durch eine hohe Kriechfestigkeit (auch bei höherer Temperatur). Im Fall einer Reparatur kann der Katalysator durch Bestrahlung mit sichtbarem Licht kontrolliert aktiviert werden. Die katalysierten Austauschreaktionen führen bei Temperaturerhöhung zu einem viskoelastischen Materialfluss, der den Defekt entsprechend verschließt und repariert.
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© PCCL, lokales und reversibles (a) Schreiben mit Licht, (b) Umformen von weichen Polymerwerkstoffen und (c) Einschreiben von Mikrostrukturen mittels Imprintlithographie.
Nach erfolgter Reparatur wird der Katalysator durch Bestrahlung mit UV-Licht deaktiviert und der Werkstoff verhält sich wieder wie ein typisches Duromer. Zudem ermöglicht die Aktivierung des Katalysators durch Licht eine örtliche Kontrolle sodass Defekte und Fehlstellen zielgenau repariert werden können ohne das umgebende Material zu beeinflussen. Dies stellt einen erheblichen Fortschritt in der Entwicklung von reparierbaren Beschichtungen dar. Die neuen Katalysatoren sind darüber hinaus Wegbereiter für die Fertigung von weichen Strukturen mit zusätzlichen Funktionen. Die Vielseitigkeit der neuen Werkstoffe ermöglicht unter anderem ein reversibles Schreiben und Löschen durch Licht, sowie das reversible Einschreiben von Mikrostrukturen durch Imprintlithographie. Dies lässt die Implementierung neuer Fertigungsverfahren für Mikrofluidik- und Elektronikanwendungen zu.
Projektkoordination (Story)
Priv.-Doz. Dr. Sandra Schlögl
Division Manager
Polymer Competence Center Leoben GmbH
sandra.schloegl@pccl.at
PCCL GmbH
Sauraugasse 1
8700 Leoben
T +43 (0) 3842 42962-0
office@pccl.at
www.pccl.at
Projektpartner
- Mitsui Chemicals Europe GmbH, Deutschland
- eologix sensor technology GmbH, Österreich
- Graz University of Technology, Österreich
- Montanuniversität Leoben, Österreich
- University of New South Wales, Australien
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Fördergeber
Das COMET-Modul Projekt Repairtecture wird im Rahmen von COMET – Competence Centers for Excellent Technologies durch BMK, BMDW und den Ländern Steiermark und Oberösterreich gefördert. Das Programm COMET wird durch die FFG abgewickelt. Weitere Informationen zu COMET: www.ffg.at/comet
