Werkstofftrends: Füllstoffe für Polymernanokomposite

Nanokomposite auf Polymerbasis sind seit ca. 25 Jahren Bestandteil der Werkstoffforschung. Von Anfang an wurde besonderes Augenmerk auf den Bottom-Up-Ansatz gelegt, der es im Prinzip erlaubt, Molekül für Molekül den für die jeweilige Anwendung idealen Werkstoff aufzubauen, Nanopartikel auf molekularer Ebene einzubinden, und so das volle Potential der Nanostrukturierung zu entfalten. Theoretische Überlegungen hatten sehr früh gezeigt, dass Komposite von Thermoplasten mit nanoskaligen Partikeln aus Tonmineralen in wichtigen Eigenschaften wie thermische Beständigkeit, mechanische Belastbarkeit (z.B. E-Modul, Streckgrenze) oder Diffusionswiderstand gegenüber Gasen um 50% bis 100% bessere Werte zeigen können als der polymere Basiswerkstoff alleine. Bereits Anfang der 1990er Jahre berichtete Toyota über die industrielle Verwendung eines solchen Tonmineral-Nanokomposites auf der Basis von Nylon. Andere nanopartikuläre Füllstoffe wie z.B. Metalle können weitere Eigenschaften verbessern oder neu hinzufügen, v.a. elektrische Leitfähigkeit, elektromagnetische Abschirmung, Wärmeleitfähigkeit, und magnetische, katalytische sowie antibakterielle Wirkung. Keramische Nanopartikel hingegen werden überwiegend zur Verbesserung mechanischer sowie tribologischer Eigenschaften und UV-Beständigkeit eingebracht. Darüber hinaus kann der Einbau spezieller keramischer Werkstoffe wie z.B. Titanate künftig zu neuen Anwendungen in Bereichen wie Medizintechnik, Sensorik und Optoelektronik führen. Analoges gilt für nanopartikelverstärkte Duroplaste, z.B. auf Basis von Epoxiden. Dieser Beitrag gibt eine kurze aktuelle Einführung zu Füllstoffen für Polymernanokomposite.