Radfahrer können ihr Reifenflickzeug vielleicht bald gegen eine UV-Lampe eintauschen. Allerdings nur dann, wenn eine neue Entwicklung von US- und Schweizer Kunststoff-Forschern tatsächlich zu einem Produkt werden sollte. Wissenschaftler um Mark Burnworth von der Case Western Reserve University in Cleveland haben einen Kunststoff hergestellt, der sich mit UV-Licht flicken lässt. Weil sich das Licht einer entsprechenden Lampe punktgenau bündeln lasse, könne die Schadensstelle sogar unter Last repariert werden, schreiben die Forscher. Die Heilung erfolge zudem schnell und effizient. Die Technik könne die Lebensdauer von Kunststoffen verlängern.
Heilungsprozess für den Kunststoff | So stellen sich die Forscher den Vorgang vor: Mit einem exakt über den Kratzer geführten UV-Strahl lässt sich dieser beseitigen.
Der neue Kunststoff besteht aus kurzen Molekülfäden aus Kohlenwasserstoffen. An beiden Enden tragen die Fädchen Moleküle, die wie ein zweifingeriger Greifer geformt sind. Diese Endgruppen können sich mit Metall-Ionen verbinden. Die Forscher mischten Zink-Ionen zu den Molekülfäden. Daraufhin fingen sich je zwei der Greifer-Moleküle ein Zink-Ion von zwei Seiten. Jedes Ion wirkte gewissermaßen wie ein Kleber, der die Kohlenwasserstoffe wie die Kupplung zweier Eisenbahnwagons miteinander verband. Auf diese Weise entstanden lange Fäden, quasi ganze Züge, von Kohlenwasserstoffen, vergleichbar denen herkömmlicher Kunststoffe.
Wird der so gewonnene Kunststoff an einem bestimmten Punkt mit UV-Licht beleuchtet, nehmen die Komplexe aus Zink-Ionen und Greif-Molekülen dessen Energie auf und gehen in einen angeregten Zustand über. Sie geben danach die Energie in Form von Wärme an das umgebende Plastik ab. Dadurch lösen sich die Teile wieder voneinander ab, der Kunststoff schmilzt auf. Beim Abkühlen verbinden sich die einzelnen Fädchen wieder miteinander.
Heilung des Kunststoffes mit UV-Licht | Schematische Darstellung der Reparatur durch Bestrahlung mit UV-Licht. Das Licht wird links im gestrichelten Kreis eingestrahlt. Dadurch lösen sich die Kohlenwasserstoff-Molekülfäden voneinander und das Plastik wird flüssig. Bei Abschalten des Lichtes verbinden sich die Enden der Fäden wieder: Der Kunststoff härtet aus.
Dieser Mechanismus kann bei einer Beschädigung genutzt werden. Durch das UV-Licht lässt sich die Schadensstelle, etwa ein Kratzer, aufschmelzen, der Kunststoff fließt in seine Ursprungsform zurück und wird nach Abschalten des UV-Lichtes wieder fest.
Mit einer Weiterentwicklung der Technik sei es möglich, selbstheilende Kunststoffe herzustellen. Das neue Verfahren lasse sich kombinieren mit Technologien, bei denen eine Beschädigung zu einer Farbänderung führe. Dann würde Licht einer entsprechenden Wellenlänge nur von reparaturbedürftigen Stellen absorbiert, die somit automatisch geheilt würden. (cm)
Schreiben Sie uns!
Beitrag schreiben