Ausgabe - 14 - Produktion

18 · F&E · Produktion · 5. April 2012 · Nr. 14
Werkstoffe
Inovationspreis für den Erfinder
neuer PTFE-Hochleistungskunststoffe
Produktion Nr. 14, 2012
Dr. Dieter Lehmann erhält den von der Commerzbank AG geförderten
Innovationspreis 2011 des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden
e. V. (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF. Gewürdigt wird
er für seine bahnbrechenden Erfindungen und langjährigen anwendungsorientierten
Forschungsarbeiten zur chemischen Kopplung von
Polytetrafluorethylen (PTFE).
Dresden (ba). Als Dr. Lehmann
Ende der neunziger Jahre erstmals
seine Ergebnisse zur chemischen
Kopplung von PTFE mit Polyamid
publizierte, rüttelte er an einem
Dogma der PTFE-Forschung. PTFE
war und ist in zahlreichen Spezialanwendungen
bereits ein etablierter
Werkstoff.
Seine chemische und damit dauerhafte
Verbindung mit anderen
Kunststoffen galt jedoch wegen
seiner hohen Chemikalienbeständigkeit
und Reaktionsträgheit als
unmöglich. So mussten Material-
und Gebrauchsgüterentwickler,
welche die speziellen Eigenschaften
von PTFE wie dessen hervorragende
Gleit- und Antihafteigenschaften
nutzen wollten, gleichzeitig
die Nachteile dieses Spezialkunststoffs
wie schlechte mechanische
Eigenschaften, schlechte
Verarbeitbarkeit und hoher Preis in
Kauf nehmen.
Diese Nachteile konnten bisher
nicht – zumindest nicht dauerhaft
– durch Verbindung mit anderen
Polymeren und die daraus resultierende
Eigenschaftskombination
Ein Dentalturbinenkopf
mit Rotor,
Rotorwelle,
Kugellagern und
Bohrwerkzeug.
Bild: H. Niedermeier, GRW
Gebr. Reinfurt GmbH & Co.
KG, Rimpar
aufgehoben werden. Erst durch die
im IPF gelungene und zunächst in
der Fachwelt angezweifelte chemische
Kopplung wurde es möglich,
das Potenzial von PFTE in Compounds
mit mechanisch stabilen,
gut verarbeitbaren und preiswert
verfügbaren Kunststoffen wesentlich
zu erweitern und optimal auszureizen.
Potenzial von PFTE in
Compounds verbessern
Dass diese Kopplung zu verbesserten
Produkteigenschaften führt,
die heute in einer Reihe von Produkten
auch schon in der Praxis
nachgewiesen werden konnten, ist
der beharrlichen Verfolgung des
Forschungsthemas durch Dr. Lehmann
zu verdanken, vor allem der
konsequenten Verknüpfung polymerchemischer
und ingenieurwissenschaftlich-technologischer
Kompetenz.
Unter Einsatz gezielt angepasster
Reaktionsprinzipien wurden
auf handelsüblichen Verarbeitungsmaschinen
Technologien für
Modifizierungs- und Kopplungsreaktionen
mit etablierten Kunststoffen
entwickelt, die sich ohne Probleme
in die industrielle Praxis
überführen lassen. Vor diesem
Hintergrund wurden bereits von
mehreren Unternehmen Lizenzen
für die Entwicklung erworben.
Die Firma TerHell Plastics GmbH
Herne produziert und vermarktet
chemisch gekoppelte Polyamid/
PTFE-Materialien als Tribowerkstoffe,
das heißt als Materialien mit
vorteilhaften Reibungs- und Verschleißeigenschaften.
Ein Beispiel, in dem sich die Leistungsfähigkeit
eines chemisch gekoppelten
Materials besonders
eindrucksvoll zeigt, ist sein Einsatz
für Kugellagerkäfige in Präzisionskugellagern
für Turbinenbohrer im
Dentalbereich. Mit dem chemisch
kompatibilisierten Material Torlon-PTFE-cg
wird eine Lebensdauerverlängerung
auf das mehr als
Fünffache im Vergleich zu dem
bisher eingesetzten Kugellagerkäfigmaterial
Torlon 4301 der Fa.
Solvay erreicht. Mit 7 000 Umdrehungen
pro Sekunde ist der Werkstoff
hierbei extremen Belastungen
ausgesetzt.
Revolutionärer Ansatz
beim Recycling von PTFE
Am Institut selbst wurden die
Arbeiten seit Ende 2009 im Rahmen
eines vom Bundesministerium
für Bildung und Forschung im
Programm ForMaT (Forschung für
den Markt im Team) geförderten
Projekts weiter vorangetrieben.
Neben Tribowerkstoffen rückten
dabei auch Schmierstoffe ins Blickfeld:
Durch die Kopplung von PTFE
mit Ölen wurden Prototypen neuartiger
Hochleistungsschmierstoffe
entwickelt, die das Interesse renommierter
Schmierstoffherstel-
Dr. Dieter Lehmann, Institut
Polymerwerkstoffe. Bild: Uni Dresden
ler fanden und für die bereits eine
erste Lizenz vergeben wurde.
Zudem eröffnen die Arbeiten einen
revolutionären Ansatz beim
Recycling von PTFE. Abfälle, die
sonst vielfach kostenaufwändig
entsorgt werden müssen, können
in den Wertstoffkreislauf zurückgeführt
werden. Speziell modifizierte
PTFE-Abfälle besitzen bei der Anwendung
in Hochleistungskunststoffen
und Hochleistungsschmierstoffen
dank der chemischen
Kopplung und Verträglichkeitsvermittlung
vielfach gleichwertige
und zum Teil sogar bessere Eigenschaften
als sie mit modifizierter
PTFE-Neuware erreicht werden.
Aufgrund der vielfältigen und
vielversprechenden Einsatzpotenziale
der neuen PTFE-Materialien
wird im Institut die Ausgründung
des Unternehmens „perfluorence“
zur Vermarktung dieser Entwicklungen
vorbereitet. Die Initiative
wurde im Juli 2011 als „Ausgewählter
Ort im Land der Ideen“ ausgezeichnet.
Tiefsee-Forschung
Rohstoff-Suche im Manganknollen-Lizenzgebiet
Produktion Nr. 14, 2012
Meeresforscher der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
(BGR) sind mit ihren Kollegen vom Institut IFREMER aus Brest am
29. März 2012 von Manzanillo (Mexiko) zu einer Expedition mit dem
Forschungsschiff ‚L‘Atalante‘ in den Zentralpazifik aufgebrochen. Ihr
Ziel: der Manganknollengürtel zwischen Hawaii und Mexiko.
Hannover (ba). Im deutschen und
französischen Manganknollen-Lizenzgebiet
wollen die Wissenschaftler
die Umweltbedingungen
in 5 000 Meter Tiefe untersuchen,
um Aufschlüsse über mögliche
Auswirkungen einer potenziellen
Rohstoffgewinnung zu erhalten.
„Manganknollen sind eine Rohstoffquelle
der Zukunft, die Auswirkungen
eines möglichen zukünftigen
Abbaus auf das Ökosystem der
Tiefsee sind bislang aber nur in
Ansätzen erforscht“, sagt Expeditionsleiter
Dr. Carsten Rühlemann.
„Umso wichtiger sind Kenntnisse
über die marine Umwelt, um eine
nachhaltige Nutzung und einen
wirkungsvollen Schutz der Tiefsee
zu gewährleisten.“ Der Fokus der
Forschungskampagne liegt deshalb
auf einer umfangreichen Bestandsaufnahme
der Bodenlebewesen.
Mit Hilfe von Kastengreifern
werden 50 x 50 cm große Proben
des Meeresbodens mit den
darin lebenden Tieren ausgestanzt
und gehoben. Außerdem sollen
mit speziellen Geräten Boden- und
Wasserproben aus der Tiefsee entnommen
werden, um die Sauerstoff-,
Nährstoff- und Metallkonzentrationen
des Wassers zu bestimmen.
„Wir erhoffen uns von
der Auswertung der Proben Erkenntnisse
darüber, wie viele Arten
es gibt, wie sie verteilt sind und wie
groß das Verbreitungsgebiet ist“,
sagt Rühlemann.
Knollenkonzentrationen
finden und untersuchen
Die Expedition umfasst zwei
Abschnitte. Nach Erkundungsarbeiten
im deutschen Lizenzgebiet
werden die gleichen Untersuchungen
auch im 1 300 km entfernten
französischen Lizenzgebiet durchgeführt
und die Ergebnisse miteinander
verglichen. Rühlemann:
„Die Untersuchungen während
der letzten Expedition im Jahr 2010
haben gezeigt, dass einige Arten
die Tiefsee weiträumig bewohnen
und dass eine Wiederbesiedlung
im Falle eines Abbaus der Manganknollen
nicht durch Wanderbarrieren
beeinträchtigt würde. Ob dies
auch für weitere Arten zutrifft, wollen
wir mit Hilfe der Untersuchungen
in beiden Lizenzgebieten
überprüfen.“
Im Blickpunkt der Expedition
stehen aber nicht nur Umweltaspekte,
sondern auch Rohstofffragen.
Die Forscher wollen weitere
grundlegende Daten zur Beurteilung
der potentiellen Manganknollen-Lagerstätte
sammeln. Untersucht
wird, wie groß die Vorkommen
sind, wo die größten Knollenkonzentrationen
liegen und wie
wirtschaftlich eine mögliche spätere
Förderung der Rohstoffe ist. Die
Manganknollen-Vorkommen waren
bereits vor rund 30 Jahren ein
Rohstoff-Thema.
Submariner Abbau
ist greifbar nahe gerückt
Die in der Tiefsee verbreiteten
Knollen wurden während der
1970er- und 1980er-Jahre als eine
neue, bisher nicht genutzte Quelle
für verschiedene Metalle wie Kupfer,
Kobalt und Nickel entdeckt.
Nach Jahren intensiver Forschungstätigkeit
erschien ein submariner
Abbau greifbar nahe. Ein
Konsortium mit Beteiligung deut-
Meeresforscher
aus Hannover
und Brest untersuchen
in einem
eigenen Projekt,
wie viele Arten
von Meerestieren
über Manganknolle-Vorkommen
beheimatet
sind und
wie groß ihr Verteilungsgebiet
ist.
Bild: BGR
scher Firmen erwarb daher 1984
eine Förderlizenz im zentralen
Pazifik. Allerdings verhinderte damals
ein unerwarteter Preisverfall
bei Metallrohstoffen den Beginn
der kommerziellen Gewinnung
von Manganknollen und die Lizenz
erlosch. Angesichts teilweise
dramatisch steigender Rohstoffpreise
gewinnen die Manganknollen
erneut an Aktualität. „Vor diesem
Hintergrund ist das Vorhaben
auch eine Maßnahme der strategischen
Zukunftsvorsorge. Durch
die frühzeitige Forschungstätigkeit
der BGR wird ein Beitrag zur
künftigen Rohstoffsicherung unseres
Landes geleistet“, sagt Rühlemann.