Spezialformel für Epoxidharz: Härten auf Knopfdruck

Eine Forschungsgruppe der TU Wien hat eine Spezialformel für ein Epoxidharz entwickelt. Innerhalb von Sekunden kann sich das neue Material völlig verändern.

Das neuartige Material kann sogar unter Wasser ausgehärtet werden. Bildquelle: © TU Wien

Das neue Material kann sogar unter Wasser ausgehärtet werden.

Am Anfang ist es transparent, es kann flüssig oder pastos sein. Bestrahlt man es an irgendeinem Punkt mit dem passenden Licht, beginnt sich das gesamte Spezialharz zu verfestigen und nimmt dabei eine dunkle Farbe an. Die Epoxidharz-Formel, die das möglich macht, wurde von der TU Wien patentiert. Nun gelang es den Forschern um Prof. Robert Liska am Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien diesen Prozess sogar unter Wasser ablaufen zu lassen. Damit lässt sich das neue Epoxidharz für Aufgaben verwenden, die bisher nur schwer zu lösen waren – etwa um unter Wasser Risse in Brückenpfeilern oder Dämmen zu verkitten, oder um im laufenden Betrieb Rohre zu reparieren. Neu ist außerdem, dass das Epoxidharz auch in Verbindung mit Kohlenfasern oder Kohlenfasermatten verwendet werden kann. Dadurch ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten im Flugzeugbau, bei Windkraftanlagen, Schiffs- und Bootsbau und in der Automobilindustrie.

Gewöhnliches Material mit ungewöhnlichem Zusatz

Epoxidharze gehören zu den Standard-Materialien, die in der Industrie für viele unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden – etwa um elektronische Bauteile zu isolieren, oder um mechanische Teile zu fixieren. Die Forschungsgruppe an der TU Wien entwickelt Zusatzstoffe, die man gewöhnlichem Epoxidharz hinzufügt, um seine Eigenschaften anzupassen und eine gezielte Aushärtung auf Knopfdruck zu ermöglichen.

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An der TU Wien wurde eine Spezialformel für ein Epoxidharz entwickelt. Es kann für faserverstärkte Komposite im Flugzeug-, Auto- oder Schiffsbau eingesetzt werden, oder ist sogar für Unterwassersanierungen geeignet.

»Wir entwickeln spezielle Verbindungen, bei denen Licht eine chemische Reaktion auslöst«, erklärt Robert Liska. »Das kann ein heller Blitz sichtbaren Lichts sein, wir haben auch Verbindungen, die nur auf UV-Licht reagieren.« An dem Punkt, an dem das Licht auf das Harz trifft, wird eine Reaktion gestartet, die Wärme freisetzt. Diese Wärme breitet sich aus und setzt die chemische Kaskade auch anderswo in Gang – bis schließlich das gesamte Harz in kurzer Zeit ausgehärtet ist. »Der entscheidende Vorteil dieser Methode ist, dass man nicht wie bei anderen lichthärtenden Materialien das gesamte Harz beleuchten muss«, erklärt Liska. »Es genügt, irgendeinen beliebigen Punkt mit Licht zu treffen. Der Rest härtet dann auch aus, wenn er sich tief in einem dunklen Spalt befindet, den man kitten möchte.« Bisher wurden für solche Einsatzbereiche meist Zweikomponenten-Formulierungen verwendet. 

Interesse aus der Industrie

Von Partnerunternehmen aus der Industrie kam die Anfrage, ob dieser Prozess auch in Gegenwart von „dunklen“ Füllstoffen oder Fasern möglich wäre, denn gerade für solche schwierigen Einsätze wäre selbsthärtendes Epoxidharz äußerst nützlich. »Oberflächlich betrachtet widerspricht diese Idee jeder Theorie«, meint Liska. »Das Licht wird durch die schwarzen Kohlefasern sehr gut absorbiert, kann also nicht weit in das Material eindringen«. Trotzdem konnte in Experimenten an der TU Wien eindrucksvoll gezeigt werden, dass dies sehr gut funktioniert.

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Neu ist außerdem, dass das Epoxidharz der TU Wien auch in Verbindung mit Kohlenfasern oder Kohlenfasermatten verwendet werden kann.

Auch das Aushärten unter Wasser widerspricht jeder Theorie. »Man würde erwarten, dass das Wasser einerseits mit den Komponenten des Harzes während der Härtung chemisch reagiert, und dass es andererseits die Wärme abtransportiert, die man zum Aufrechterhalten der Reaktion benötigt.« Erstaunlicherweise gelang es aber auch, die lichtgestartete Selbstaushärtung unter Wasser ablaufen zu lassen. »Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die chemische Reaktion das Wasser zum Kochen bringt«, erklärt Liska. »Es bildet sich also zwischen dem erhärtenden Harz und dem umgebenden Wasser eine dünne Schutzschicht aus Wasserdampf.«

Nun suchen die Forscher nach weiteren Anwendern aus der Industrie, um die Möglichkeiten des Spezialharzes auszuloten. »Möglichkeiten gibt es viele – wir hoffen auf möglichst interessante neue Ideen«, sagt Liska.