Sonnenschein heilt Kratzer im Lack

18. März 2009, 18:10
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US-Wissenschafter entwickeln Polymer, das sich unter Bestrahlung mit UV-Licht selbst repariert

Kratzer auf Mobiltelefonen oder im Autolack sind lästig und lassen sich nur mühsam oder mit erheblichem finanziellen Aufwand wieder entfernen. Die Erfindung einer Forschergruppe in den USA könnte in Zukunft eine bequeme Abhilfe für die hässlichen Schürfwunden an Fahrzeugen und elektronischen Geräten schaffen. Die Wissenschafter kombinierten verschiedene Kunststoffe und eine weitere Zutat aus dem Tierreich und erhielten ein Material, das sich in kurzer Zeit selbst von den Kratzern befreit - das einzige, was dazu benötigt wird, ist Sonnenschein.

"Wir haben ein Polymer entwickelt, das die Fähigkeit zur Selbstreparatur hat, sobald es dem Sonnenlicht ausgesetzt wird," erklärten Biswajit Ghosh und Marek Urban von der Universität von Mississippi in Hattiesburg. Damit berge der "Wunderkunststoff", beispielsweise als Beschichtung eingesetzt, die Möglichkeit für weitgehend kratzerfreie Oberflächen von Fahrzeugen und anderen Dingen des täglichen Gebrauchs. Das Team veröffentlichte seine Forschungsarbeit im Wissenschaftsmagazin Science.

Günstiges Polyurethan

Hauptbestandteil des neuartigen Materials ist Polyurethan (PU), ein in der Produktion kostengünstiger, langkettiger Kunststoff, in den sich ohne viel Aufwand weitere Bestandteile einbringen lassen. Urban und sein Team verstärkten das Polyurethan mit einem Netzwerk aus Chitosan, einem zuckerähnlichen Molekül, das sich aus dem Chitin in den Panzern von Insekten und Krebstieren gewinnen lässt.

In die Chitosanketten wurden zusätzlich Oxetanmoleküle eingelagert; Oxetan ist eine ringförmige organische Verbindung aus drei Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom. Sobald das in dem PU eingelagerte Oxetan mechanisch beschädigt wird, etwa durch Kratzer, brechen die Molekülringe auf; an deren reaktiven Enden können sich nun leicht andere Moleküle anlagern.

Je heller, je schneller

Und hier kommt das Chitosan ins Spiel: Trifft UV-Strahlung auf die Chitosanketten, zerbrechen auch diese, freie Stücke des Zuckermoleküls lagern sich an die Oxetan-Enden und überbrücken so die zuvor entstandenen Beschädigungen. Im Test konnten sich so kleine Kratzer in weniger als einer Stunde selbst heilen. Die Experimente zeigten darüber hinaus: Je heller das Sonnenlicht war umso schneller vollzog sich die Selbstreparatur. Demnach würden Kratzer im Sommer bzw. in südlichen Gefilden schneller verheilen, als in sonnenarmen Zeiten oder Gegenden.

Gegenüber früheren selbstreparierenden Materialien hätte ihre Erfindung einige große Vorteile, wie die Wissenschafter erklärten. Die "Heilung" vollziehe sich bereits bei Zimmertemperatur, Feuchtigkeit habe keinen Einfluss auf den Vorgang. Ein großes Plus sei vor allem die Kostengünstigkeit, meint Urban. Die neue Substanz bestehe größtenteils aus bereits existierenden Materialien, andere selbstheilende Beschichtungen seien dagegen "ausgesprochen kompliziert und rechnen sich daher wirtschaftlich nicht," meint der Forscher. Laut Urban müsste ein zerkratztes Auto nicht einmal in der Sonne stehen um zu heilen, eine UV-Lampe würde ausreichen.

Minikratzer

Von einer praktischen Anwendung ist die Entwicklung der US-amerikanischen Forscher aber trotzdem noch weit entfernt. Bei den Experimenten schloss der neue Kunststoff Risse, die weniger als zehn Mikrometer breit waren. Zumindest aber ging die Heilung schnell vonstatten: Unter einer UV-Lampe mit 120 Watt verheilten die Minikratzer in weniger als einer halben Stunde. Wie groß die Schäden in dem Kunststoff maximal sein dürfen, um sich noch selbst zu heilen, darüber gibt es noch keine Angaben. Außerdem - und darin sieht Urban das größte Manko - kann sich das Material an einer Stelle nur einmal heilen, wiederholte Kratzer an derselben Stelle würden sich nicht mehr selbst reparieren.

"Offensichtlich ist dies einer der Nachteile," erklärt der Forscher, fügt aber hinzu, dass die Chancen an ein und der selben Stelle mehrmals hintereinander Kratzer zu bekommen, vergleichsweise gering sind. Urban sieht für den selbstheilenden Kunststoff ein breites Anwendungsspektrum: Fahrzeuge, Möbel oder alle möglichen elektronischen Geräte könnten in Zukunft mit einer solchen Polymer-Beschichtung ausgestattet werden. "Sie können sich alles ausmalen, was sie wollen," meint der Forscher. Inzwischen, so Urban, wurde für das neue Material bereits Patent angemeldet; das Team arbeitet mit Hochdruck daran, seine Erfindung kommerziell zu nutzen. (tberg/ derStandard.at, 18.3.2009)

  • Infrarot- und optische Aufnahmen der Kratzer-Heilung. Vorerst wird das neue Material nur mit Schäden im Mikrometerbereich fertig. 
    foto: marek urban/science

    Infrarot- und optische Aufnahmen der Kratzer-Heilung. Vorerst wird das neue Material nur mit Schäden im Mikrometerbereich fertig. 

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    Wie groß die Beschädigungen in der Kunststoff-Mischung für eine Selbstreparatur maximal sein können, muss noch ausgetestet werden.

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