Nanopartikelfreisetzung aus Kunststoffen

REM-Aufnahme von TiN-Nanopulver (Titannitrid)

In der Kunststofftechnik werden heute vermehrt Nanopartikel eingesetzt, um die Materialeigenschaften der Kunststoffe zu verbessern. Dabei geht es zum Beispiel um die elektrische Leitfähigkeit, die mechanische Festigkeit oder eine geringere Durchlässigkeit für Sauerstoff oder Wasserdampf. Obwohl die Partikel meist vollständig im Kunststoff eingebettet sind, stellt sich immer die Frage, in welchen Mengen einzelne Partikel bei der Verarbeitung und beim Gebrauch freigesetzt werden und somit mit der Umwelt bzw. den Menschen in Kontakt treten können. Die Beantwortung dieser Frage ist dabei zunächst einmal unabhängig davon zu sehen, ob sich solche Partikel negativ auf Mensch und Umwelt auswirken.

Bisher sind zu dieser Frage sehr wenige Fakten bekannt. Das messtechnische Problem dabei ist, dass Nanopartikel sehr klein sind und deshalb selbst Millionen von Partikeln nur äußerst geringe Mengen ausmachen, die sich analytisch kaum nachweisen lassen. In den meisten seriösen Untersuchungen zu diesem Problem wird daher festgestellt, dass die Menge freigesetzter Partikel unterhalb der Messgrenze liegt. Da die Messgrenze trotzdem in der Größenordnung von Millionen Partikeln liegt, ist eine solche Aussage nicht zufriedenstellend.

Das Projekt soll dieses Problem mit folgender Methodik lösen:

Zunächst wird mit Hilfe ausgewählter, gut nachweisbarer Nanopartikel ein systematischer Zusammenhang zwischen deren Größe, deren Beweglichkeit im Kunststoff und der Temperatur aufgestellt. Dafür werden aus ausgewählten Kunststoffen mehrschichtige Aufbauten hergestellt, in denen einzelne Schichten gezielt mit Nanopartikeln versetzt sind. Das Einwandern der Partikel in die partikelfreien Schichten wird bei unterschiedlichen Temperaturen verfolgt.

Wenn aus den Experimenten der systematische Zusammenhang zwischen Partikelgröße, Beweglichkeit der Partikel und der Temperatur ermittelt werden kann, kann man für reale Partikel/Kunststoff-Systeme in konkreten Anwendungsfeldern die äußerst geringen Mengen an Partikeln berechnen, die höchstens freigesetzt werden können. Daraus lässt sich ableiten, ob Risiken für Mensch und Umwelt auftreten können. Dies ist insbesondere für die verbreitete Technik wichtig, bei der man als sogenannte funktionelle Barriere besonders reine Kunststoffe ohne kritische Bestandteile als äußere Schichten aufbringt, um die Freisetzung von möglicherweise schädlichen Substanzen aus dem Innern von Kunststoffartikeln zu verhindern. Die Projektergebnisse werden zeigen, ob dies für Nanopartikel mit der erforderlichen Sicherheit möglich ist.

Ansprechpartner

Julia Sterr