Selbstheilende Materialien unter Einfluss von UV-Licht

Autolacke, die Kratzer selber verschließen können, oder Bootsrümpfe, die in der Lage sind, Risse eigenständig zu füllen. Nicht zuletzt beim Flugzeug, in einer sicherheitsrelevanten Anwendung also, werden die Potenziale selbstheilender Materialien zur Verbesserung der Funktionsfähigkeit eines Werkstoffs mehr als offensichtlich.

Selbstheilende Polymerbeschichtung mit eingelagerten Metallionen

Nachdem die Wissenschaft in den letzten Jahren einige sehr erfolgversprechende Lösungen für selbstheilende Systeme präsentiert hat, warten Anfang 2011 zwei Forschergruppen mit Neuerungen auf, deren heilende Wirkung unter Einfluss von UV-Licht ausgelöst wird.

So haben Wissenschaftler aus den USA und der Schweiz eine Polymerbeschichtung mit eingelagerten Metallionen aus Zink oder Lanthan entwickelt. Einfallendes UV-Licht wird von dem metallischen Anteil der so genannten metallosupramolekularen Polymere angezogen.

Die Beschichtung heizt sich infolgedessen binnen 30 Sekunden auf über 200 Grad auf. Es kommt zum Anschmelzen und Verschließen der Kratzer. Auf diese Weise könnten beispielsweise Karosseriebauteile durch lokale Bestrahlung repariert werden, ohne diese auszubauen und aufwändig neu zu lackieren.

Eine amerikanisch-japanische Forschergruppe berichtet von einer anderen Entwicklung, bei der sich erstmals gekappte kovalente Bindungen wiederholt neu miteinander verknüpfen. So kann sich ein Kunststoff ohne Qualitätsverlust permanent erneuern. Die Grundlage bildet eine Trithiocarbonat-Quervernetzung, die aus drei Schwefelatomen und einem Kohlenstoffatom besteht.

Unter Einfluss von UV-Licht strukturiert sich die Gruppe um, eine Kohlenstoff-Schwefel-Bindung wird aufgebrochen. Es entstehen hochreaktive Moleküle mit ungepaarten Elektronen, die wiederum neue Bindungen mit anderen Trithiocarbonat-Gruppen eingehen.

Der beschriebene Effekt der Neuorganisation von Kohlenstoff-Schwefel-Bindungen sei so stark, dass selbst geschredderte Kunststoffproben durch einfaches Zusammenpressen unter UV-Licht wieder zusammenwachsen würden, so die Wissenschaftler.

www.ami.swiss

Forschungsbericht in Nature: www.nature.com/articles/nature09963