Kunststoff innovativ
Innovatives, Interessantes und Spannendes aus dem Forschungs-Reich der Kunststoffe
(zur Zeit 5 Artikel)
Öl aus Kunststoffabfällen (FH Giessen-Friedberg)
Kunststoffzusatz macht Wasser zur Löschdecke (Degussa AG)
Stabilere Strommasten dank Kunststoffen (Die Welt)
Glasfaser statt Kupferkabel (Fraunhofer Gesellschaft)
Elektrisiert - Chemienobelpreis für leitende Kunststoffe (Die ZEIT)
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(31.7.2006; FH Giessen-Friedberg/uhe) |
(18.7.2006, Degussa AG/uhe)
Kunststoffzusatz macht Wasser zu Löschdecke
Wo es sehr heiß und trocken ist, da wächst auch die Gefahr von Waldbränden, die sich schnell zu nur schwer beherrschbaren Flächenbränden ausweiten können. Künftig könnte ein Zusatz aus Kunststoff, der dem Löschwasser beigemengt ist, das Löschen solcher und anderer Großbrände wesentlich effizienter machen.
Das Spezialchemie-Unternehmen Degussa hat dafür einen Zusatz (Additiv) aus einer flüssigen Polymerzubereitung entwickelt, der Wasser in eine Art zähflüssiges Gel verwandelt. Beim Löscheinsatz mit diesem Material fließt die Flüssigkeit sehr langsam vom Brandgut ab. Dadurch wirkt das Wasser wie eine Art flüssige Löschdecke, die das Feuer durch Luftabschluss erstickt und für Kühlung sorgt.
Beim Löschwasser genüge eine Konzentration von nur einem bis eineinhalb Prozent, um das Wasser entsprechend zu verändern.
Das Zusatzmittel besteht aus superabsorbierenden Polymerteilchen, die mit Wasser geringfügig vorgequollen sind. Eingebunden in ein spezielles Öl werden die Polymere an einer weiteren Wasseraufnahme gehindert. In dieser Form lässt sich das Additiv gut transportieren und handhaben. Eine spezielle Ausrüstung für die Verwendung ist nicht notwendig.
Im bereits erprobten Einsatz bei Waldbränden beispielsweise soll der Zusatz auch für eine Reduzierung der benötigten Wassermengen sorgen und Bodenerosion verhindern. Laut Degussa wurde das Additiv in die niedrigste Wasser-Gefährdungsklasse eingestuft. Auch für hochenergiereiche Brände, beispielsweise Bränden in der Kunststoffindustrie, in Müllverwertungsanlagen oder Kraftwerken, erweist sich das mit Polymeradditiven angereicherte Löschmittel als vorteilhaft. Während Wasser unter solchen Bedingungen besonders schnell verdunstet, senkt das gel-artige Wasser die Brandumgebungstemperatur schnell. Heiße und giftige Rauchbestandteile werden niedergeschlagen und gebunden.
(13.7.2006, Die Welt, Autor R. Froböse)
Stabilere Strommasten dank Kunststoffen
Ungewöhnlich heftige Schneefälle, Eisregen und Sturm brachten im November 2005 im Münsterland die Strommasten gleich reihenweise zu Fall. Niemand hatte es hierzulande für möglich gehalten, dass die Stahlriesen unter der Last von Eis und Schnee wie Streichhölzer einknicken könnten. Anders in Nordamerika und Kanada, wo extreme Wettersituationen mit Schneestürmen und Eisregen im Wingter eher die Regel sind.
Grund genug, für Greg Pendura, Präsident der in Edmonton im kanadischen Budnesstaat Alberta ansässigen Firma Resin Systems, bei den Strommasten und der Energieversorgung eine neue Ära der Sicherheit einzuläuten. Ein als "Version" bezeichneter Verbundwerkstoff aus Fiberglas und einem speziellen Polyurethanharz soll den Generationswechsel herbeiführen. "Wir haben dieses Material in den vergangenen zehn Jahren entwickelt, getestet und für den Einsatzzweck optimiert", erläutert Pendura. Charakterisitsch für das Polymergerüst des Polyurethans ist das Zusammenspiel aus elastischen linearen Ketten und dreidimensionalen Verzweigungen, die wie Querleisten in alltäglichen Konstruktionen für die als Steifigkeit bezeichnete Stabilität des Materials verantwortlich sind.
Resin Systems ist es in einem patentgeschützten Verfahren gelungen, das Verhältnis von Steifigkeit zu Elastizität gegenüber herkömmlichen Polyurethanharzen weiter zu optimieren und dem Material unter Erhalt der Stabilität eine deutlich erhöhte Biegefestigkeit zu verleihen.
Darüber hinaus erlaubt der Verbundwerkstoff auch ein flexibles Design der Strommasten, die als Module ausgeliefert und vor Ort zusammengebaut werden. So können zum Beispiel die röhrenartigen Komponenten eines 36 Meter hohen Strommastes in Standardcontainern untergebracht werden, die sich einfach per LKW oder Schiff transportieren lassen.
Ihr Debüt gab die neue Generation von Strommasten vor zwei Jahren in den kanadischen Nordwestterritorien. Dies war zugleich ein Härtetest, den die neuen Masten mit Bravour gemeistert haben. So stellte die abgelegene kanadische Provinz mit ihren kurzen aber heißen Sommern und langen schneereichen Wintern für die Stromversorger immer eine besondere Herausforderung dar. Zur Zeit sucht Resin Systems weltweit Lizenzpartner für die neue Technologie. Da die Zuverlässigkeit der Stromversorgung für eine Region ein wichtiger Standort- und Wirtschaftsfaktor ist, verspürt Greg Pendura für sein Unternehmen beträchtlichen Rückenwind.
(13.7.2006, Fraunhofer Gesellschaft/idw)
Glasfaser statt Kupferkabel
Halbleitertechnik ist teuer. Neue optische Mikrochips aus Kunststoff sollen die Glasfasertechnik künftig günstiger machen. Damit rückt der persönliche Glasfaseranschluss für Privatleute und Industrieunternehmen in greifbare Nähe.
Glasfasersysteme leiten Daten konkurrenzlos schnell. Bislang aber lohnt sich ihr Einsatz nur, wenn sie viele Kunden miteinander verbinden. Für Einzelanschlüsse oder um Maschinen in der Fabrik zu vernetzen, sind sie zu tueer. Der Grund: optoelektronische Bauteile senden die Lichtinformation, empfangen, verschalten und verwandeln sie in elektrische Signale. Sie sind teuer, weil sie aus aufwändigen, anorganischen Materialien wie halbleitenden Substanzen oder Keramiken gerfertigt werden. Eine Alternative aus kostengünstigem Kunststoff haben jetzt Forscher vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI in Berlin entwickelt.
Mit einem einfachen Verfahren werden verschiedene flüssige in mehreren Lagenaufgeschleudert: Es entsteht eine Trägerschicht, eine lichtleitende Lage und eine Deckschicht. Wird das Material belichtet und strukturiert, bilden sich in der lichtleitenden Schicht winzige Leiterbahnen, durch die das Licht geradeaus und auch um Kurven geschickt wird. Die Forscher koppeln dieses polytronische - aus Polymer und Elektronik entstandene - Bauteil mit Lasern und Photodioden. So lassen sich Bausteine, die Licht senden und empfangen können, in das Kunststoffmodul integrieren. Das Bauteil kann nun Lichtsignale unterschiedlicher Wellenlänge voneinander trennen und separat weiterleiten und sogar ein Llichtsignal auf mehrere Leitungen auftreilen.
"Damit werden optische Anwendungen möglich, die bisher an der Kompleität und dem hohen Preis von Glasfasersystemen gescheitert sind", sagt Wolfgang Schlaak, Leiter des Forschungsprojekts "Berlin Access/Fibre to the Home", an dem neben Forschern vom HHI auch die Polymereperten vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Teltow beteiligt sind. Schlaak denkt dabei vor allem an die Vernetzung von Maschinen oder Anlagen in Fabriken, die in der Regel per Kupferkabel verbunden sind. Dank des neuen Moduls ließe sich die Lichtinformation vom Zentralrechner zugleich an mehrere Geräte schicken. Bislang müsste jede Maschine einzeln an die zentrale Steuerung angeschlossen werden. Auch für ein- oder ausgehende Informationen werden bisher - wenn überhaupt-separate Glasfasern genutzt. Mit den Polytronikbauteilen rückt nun ein günstiger Glasfaseranschluss in greifbare Nähe. Die Glasfaser müsste zwar immer noch verlegt werden. Empfangen, Senden und Verschalten aber wäre dank des neuen Moduls erschwinglich.
(aus Die ZEIT, 42/2000))
Elektrisiert
Chemie-Nobelpreis für leitende Kunststoffe
Glühbirnen? Im Haus der Zukunft haben die heißen Stromfresser keinen Platz. Sanft strahlende Tapeten und Dioden werden uns erhellen. Rollläden? Auf den Müll mit den Klapperkästen. Ein Knopfdruck verdunkelt die Fenster, kein Blick gelangt herein, keine Wärme heraus. Bildschirme? Pfui! Alle Informationen laufen über elektronische Folien.
Noch sind dies Visionen, doch eines ist gewiss: Neuartige Kunststoffe, deren elektrische und optische Eigenschaften sich drastisch verändern lassen, werden zunehmend unsere Welt erobern. Genauso wenig wie man heute ein Handy aus Holz schnitzt, wird man künftig noch Braunsche Röhren aus Glas blasen. Was hart, schwer und teuer ist, wird flexiblem, leichtem und billigem Plastik weichen. Den Grundstein für diesen Verdrängungsprozess haben die diesjährigen Nobelpreisträger für Chemie gelegt, der Japaner Hideki Shirakawa, 64, Materialforscher an der Universität Tsukuba, und die beiden Amerikaner Alan Heeger, ebenfalls 64, Physiker an der University of California in Santa Barbara sowie der 73-jährige Alan MacDiarmid, Chemiker an der Universität von Pennsylvania. Die drei haben es geschafft, Kunststoffe elektrisch leitend zu machen, und zwar dergestalt, dass sie Strom fast ähnlich gut leiten wie Eisen oder Kupfer. Damit steht der Materialforschung ein breites Spektrum neuer Werkstoffe zur Verfügung, und die Zukunft ist nun mal elektronisch.
Der Durchbruch gelang den drei Laureaten Mitte der siebziger Jahre. Shirakawa war auf Einladung von MacDiarmid an die Universität von Pennsylvania gekommen. Dort züchteten sie dünne Filme aus einem Polymer namens Polyacetylen. Je nachdem, wie man dieses Zeug herstellte, mit viel oder wenig Katalysator, bei hoher oder niedriger Temperatur, entstanden mal schwarze, mal silbrig glänzende oder kupferfarbene Filme. Einmal fügten sie auch eine Prise Jod bei und ließen einen Studenten von Alan Heeger die Leitfähigkeit des Films messen. Der staunte Bauklötze. Plötzlich hatte sich die Leitfähigkeit der dünnen Kunststoffschicht zehnmillionenfach erhöht. Die Entdeckung, dass sich durch Zusatz kleiner Mengen an Oxidationsmitteln wie Jod die Leitfähigkeit bestimmter Kunststoffe dramatisch verändern lässt, erwies sich als der entscheidende Durchbruch.
Inzwischen lassen sich in der Retorte ganze Klassen von Polymeren herstellen, deren Leitfähigkeit fast das gesamte Spektrum vom Isolator (wie Glas oder Porzellan) über Halbleiter (wie Silizium oder Germanium) bis zum gut leitenden Metall abdeckt. Warum also auf winzigen elektronischen Schaltungen feinste metallische Leiterbahnen und Dioden oder Transistoren aus Silizium mühsam zusammenfügen, wenn sich der ganze Zauber aus einem Kunststoff backen lässt, der nur an der richtigen Stelle mit Jod (oder anderen Substanzen) versetzt sein muss?
Inzwischen gibt es auch Leuchtdioden aus Kunststoff, leichtes, flexibles Material, das Licht aussendet, wenn es mit einer Batterie verbunden wird. Weitere optoelektronische Kunststoffe werden folgen. Das Stockholmer Nobelkomitee träumt bereits von winzigen, polymer verdrahteten Schaltkreisen, die Computer hunderttausendfach leistungsfähiger machen könnten. Für die nähere Zukunft prophezeit es, dass elektronische Komponenten und Schaltkreise auf Kunststoffbasis bald Produkte prägen werden, "bei denen niedrige Herstellungskosten wichtiger sind als Geschwindigkeit".
Nun ja. In Stockholm wurde schon manche Revolution ausgerufen, etwa durch Hochtemperatur-Supraleiter, die noch auf sich warten lässt. (Hans Schuh, ZEIT Nr. 42/2000)
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