Kleine Kapseln duften und schmieren

01.03.2000 - (idw) Fraunhofer-Gesellschaft

Mikrokapseln eröffnen in der Galvanotechnik vielfältige Möglichkeiten: Mit neuen Verfahren können in Oberflächenschichten Schmiermittel, Parfüm oder Farbstoffe eingebaut werden. Auf der Hannover Messe (20.- 25. März, Halle 6 / Stand F04) zeigen Fraunhofer-Forscher, wie mit Hilfe von Mikrokapseln Verschleiß vermieden oder durch Sensoren rechtzeitig entdeckt werden kann.

Wenn der Rasierapparat plötzlich anfängt, intensiv nach Zitrone zu duften, ist das kein neuer Werbegag, sondern ein hilfreicher Hinweis: Der Geruch signalisiert dem Nutzer, dass die Scherfolie verbraucht ist und dringend ausgewechselt werden muss. Das raffinierte Warnsystem haben sich Forscher aus dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig einfallen lassen. Sobald die äußere Schicht der Scherfolie durch den täglichen Gebrauch abgenutzt ist, werden aus der verschleißanzeigenden Schicht Duftstoffe freigesetzt. Kleine Verletzungen beim Rasieren, die durch beschädigte Scherfolien verursacht werden, können so vermieden werden.

Wichtiger als für Rasierer sind solche verschleißanzeigenden Schichten jedoch für Werkzeuge. "Bei Umformwerkzeugen zum Beispiel ist der Verschleiß enorm. Bislang müssen diese Maschinen immer wieder angehalten und kontrolliert werden", erläutert Dr. Andreas Dietz, der für Galvanotechnologie zuständige Gruppenleiter des IST. "Wir haben nun ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, den Zustand von Verschleißschutzschichten zu überwachen, ohne die Maschinen stoppen zu müssen." Dazu wird unter die Schutzschicht eine Schicht mit Mikrokapseln aufgebracht. Die vom Fraunhofer-Institut für angewandte Polymerforschung IAP in Teltow hergestellten Kapseln sind mit Duftstoffen gefüllt. Sobald die Schutzschicht defekt ist, setzen die Mikrokapseln ihre Duftstoffe frei und Sensoren lösen Alarm aus.

Mikroverkapselung ist schon lange bekannt: Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase werden mit einer dünnen Kunststoffhülle umgeben - und können so unabhängig von Aggregatzustand und chemischer Reaktivität als trockenes Pulver verwendet werden. Der Durchmesser der Kapseln ist zwischen 0,3 und 5000 Mikrometer einstellbar. "Das bekannteste technische Produkt mit Mikrokapseln ist das Selbstdurchschreibepapier, wie es zum Beispiel für Überweisungsformulare benutzt wird", sagt Andreas Dietz. "Zwischen zwei Papierlagen werden auf eine Zwischenschicht farbstoffhaltige Mikrokapseln aufgebracht. Schreibt man jetzt auf der oberen Papierlage mit einem Stift, so werden die Mikrokapseln durch den Druck zerstört und die Farbstoffe auf der unteren Papierlage freigesetzt." Weitere Anwendungen von Mikrokapseln sind parfümiertes Duftpapier, die kontrollierte Abgabe von Dünger oder die "Geschmacksmaskierung" von Medikamenten.

Dass Mikrokapseln sich auch in galvanisch abgeschiedene Dispersionsschichten einbauen lassen, wurde Ende der 80er Jahre in Belgien entdeckt. "Das Projekt wurde aber nicht weiterverfolgt", erzählt Dietz, der vor zwei Jahren die belgischen Berichte zufällig entdeckte. "Ich hatte aber den Eindruck, dass da mehr Potenzial drinsteckt." Und so begann die Forschergruppe von Dietz mit den Mikrokapseln zu experimentieren. Schon bald setzten sie Duftstoffe ein, um so durch "elektronische Nasen" den Verschleiß von Schichten nachzuweisen. Mikrokapseln können Verschleiß aber nicht nur anzeigen, sondern auch vermindern. "Die Härte von Schichten läßt sich durch den Einbau von Diamant-, Aluminiumoxid- oder Siliciumcarbid-Partikeln erhöhen", erklärt Dietz. "Bisher müssen dem Elektrolyten beim Galvanisieren je nach Partikelart unterschiedliche chemische Zusätze beigemischt werden. Wenn man die Partikel jedoch verkapselt, haben alle die gleiche Oberfläche - dann genügen viel einfachere und kostengünstigere Badzusätze." Mikrokapseln können sogar die Reibeigenschaften von Schichten verbessern. Mit Öl als Wirkstoff kann man zum Beispiel selbstschmierende Oberflächen erzeugen. Wird statt Öl Molybdändisulfid (MoS2) verwendet, erhält man eine kosten- und umweltfreundliche Trockenreibung.

Ob Trockenreibung, selbstschmierende Schichten oder die Anzeige von Verschleiß - mit Mikrokapseln lassen sich Schichtfunktionen erzeugen, deren Herstellung mittels preiswerter galvanischer Verfahren bisher unvorstellbar war. "In der Galvanotechnik bieten Mikrokapseln ein Feuerwerk neuer Anwendungen", begeistert sich Andreas Dietz. "Die Vielfalt wird nur durch die Phantasie des Nutzers begrenzt."
Martin Ebner

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Dr. Andreas Dietz
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Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Bienroder Weg 54 E, 38108 Braunschweig
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