Wenn Kunststoffe sich selber heilen

Ob Kratzer im Lack oder Risse im polymeren Material: Selbstheilende Werkstoffe können nach Beschädigungen ihre ursprüngliche molekulare Struktur wiederherstellen. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und von Evonik Industries haben jetzt eine chemische Vernetzungsreaktion entwickelt, durch die sich bei milder Erwärmung innerhalb kurzer Zeit gute Heilungseigenschaften des Materials erreichen lassen. Zum Herstellen selbstheilender Materialien nutzt die Forschungsgruppe die Möglichkeit, funktionalisierte Fasern oder kleine Moleküle durch eine umkehrbare chemische Reaktion zu einem Netzwerk zu verknüpfen. Diese schaltbaren Netzwerke lassen sich nach einer Beschädigung in ihre Ausgangsbausteine zerlegen und neu zusammenfügen. Der Selbstheilungsmechanismus lässt sich dadurch beliebig oft auslösen, zum Beispiel durch Hitze, Licht oder die Zugabe einer Chemikalie. „Unsere Methode ist vollkommen katalysatorfrei, sie benötigt keinerlei Zusatzstoff“, sagt Christopher Barner-Kowollik, Inhaber des Lehrstuhls für Präparative Makromolekulare Chemie am KIT. In rund vierjähriger Forschung hat der von Barner-Kowollik geleitete Arbeitskreis gemeinsam mit dem Projekthaus Composite der Creavis, der strategischen Innovationseinheit der Essener Evonik Industries AG mit Sitz in Marl, ein neuartiges Polymernetzwerk entwickelt. Bei vergleichsweise geringen Temperaturen von 50 bis 120 ˚C zeigt es den Angaben zufolge in wenigen Minuten sehr gute Heilungseigenschaften. Die benötigte Zeit zu verringern und die äußeren Bedingungen, unter denen der Heilungsprozess abläuft, zu optimieren, gehört zu den wesentlichen Herausforderungen. Einen Erfolg sehen die KIT-Forscher in der großen Zahl der intermolekularen Bindungen, die sich in dem von ihnen entwickelten Heilungszyklus beim Abkühlen in sehr kurzer Zeit wieder schließen.