Den von der Commerzbank AG geförderten Innovationspreis des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF erhalten in diesem Jahr Dr. Amit Das, Dr. Klaus Werner Stöckelhuber und René Jurk. Gewürdigt werden damit ihre Arbeiten zu elastomeren Nanokompositen, die dem altbekannten Werkstoff Gummi durch den Einsatz neuartiger nanoskaliger Füllstoffe ganz neue Eigenschaftsprofile und Anwendungsfelder eröffnen.

Die Besonderheit der ausgezeichneten Gruppe am IPF, die unter der Leitung von Prof. Dr. Gert Heinrich arbeitet, besteht in der Ganzheitlichkeit ihres Ansatzes in der Elastomermaterial­forschung. Die Forscher entwickeln innovative Rezeptur- und Mischverfahren sowie Systeme der Verträglichkeitsvermittlung, die den Einsatz neuartiger Füllstoffsysteme (Kohlenstoff­nanoröhren, Schichtsilikate wie Montmorillonit und Hydrotalkit, Silicapartikel, Halloysite-Nanoröhren) in Elastomeren erlauben. Dafür passen sie experimentelle Methoden an, und sie geben ihren Arbeiten durch die Anwendung und Weiterentwicklung von thermodynamischen Konzepten für die Erforschung der Wechselwirkungen in den Grenzflächen zwischen den Nanofüllstoffen und den Matrixelastomeren eine theoretisch fundierte Basis. Das daraus gewonnene tiefere Verständnis des Materialverhaltens ist von großem Nutzen auch für die in der elastomerverarbeitenden Industrie wichtigen Verfahren zur Voraussage des Material­verhaltens unter Einsatzbedingungen (Predictive Testing).

Um die Eigenschaften elastomerer Werkstoffe den jeweiligen Anwendungen anzupassen, werden zur mechanischen Verstärkung häufig Nanopartikel eingesetzt. Die technischen Anforderungen sind nicht selten gegenläufig und schließen sich nahezu aus. Für die Laufflächen von Autoreifen gilt es so beispielsweise die konkurrierenden Anforderungen im magischen Dreieck Abrieb, Nassrutschfestigkeit und Rollreibung durch wohl definierte Beimischung von Nanopartikeln im Sinne eines Optimums auszutarieren. Bisher wurden dafür Ruß und seit etwa 10 Jahren zunehmend Silicapartikel eingesetzt. Es ist jedoch noch nicht gelungen, die Materialeigenschaften in diesem magischen Dreieck der Reifentechnologie unabhängig voneinander auf ein maximal erreichbares Niveau einzustellen, da jeweils zwei der drei Haupteigenschaften reziprok miteinander gekoppelt zu sein scheinen.

Neue nanoskalige Füllstoffsysteme wie Kohlenstoffnanoröhren oder Schichtsilikate versprechen hier neue Lösungsansätze. Sie in optimaler Weise in die Elastomermatrix einzuarbeiten, unter Beachtung hoch komplexer Zusammenhänge (u.a. Vernetzungsart und Vernetzungsdichte des Elastomers sowie Art, Menge und Verteilung der Füllstoffe), stellt die Herausforderung dar.

Dieser Herausforschung haben sich die nunmehr ausgezeichneten Forscher in den vergangenen Jahren auch in einer Reihe von Kooperationen mit führenden Reifenherstellern, Zulieferern der Automobilindustrie und anderen erfolgreich gestellt, z.T. im Rahmen von öffentlich geförderten Verbundprojekten wie der BMBF-Clusterinitiative „Nano im Auto“. Konkrete Anwendungen konnten dabei zum Beispiel für Pkw- und Lkw-Reifen, Luftfedern, Lagerelemente und Walzenbeschichtungen entwickelt werden. Die wissenschaftlichen Grund­lagen und Ergebnisse der Forschungsarbeiten sind in über 25 Beiträgen in internationalen Fachjournalen publiziert.

Aus dem Austausch mit anderen Forschergruppen am IPF ist eine weitere Innovation erwachsen, die bereits für viel Aufsehen sorgte (vgl. Pressemeldung des IPF vom 20.11.2009): eine revolutionäre Rezeptur für „grünen“ Gummi, bei der umweltschädliches Zinkoxid als Vernetzungsmittel für die Gummiherstellung durch den mineralischen Zusatzstoff Hydrotalkit ersetzt werden kann.

Seit dem Frühjahr 2010 bieten die Forscher ihre Kompetenzen und Ressourcen im Rahmen des Wissens- und Technologietransfers verstärkt potentiellen Partnern in der Industrie an. Dafür wurde am Institut das Leibniz-Applikationslabor Elastomerwerkstoffe etabliert, als eine von insgesamt rund 15 dieser Transfereinrichtungen an naturwissenschaftlich-technisch orientierten Leibniz-Instituten in ganz Deutschland.


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Quelle: Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (11/2010)