Neue Technologie: Kleine Kapseln duften und schmieren

Mikrokapseln eroeffnen in der Galvanotechnik vielfaeltige Moeglichkeiten: Mit neuen Verfahren koennen in Oberflaechenschichten Schmiermittel, Parfuem oder Farbstoffe eingebaut werden. Auf der Hannover Messe (20.- 25. Maerz, Halle 6 / Stand F04) zeigen Fraunhofer-Forscher, wie mit Hilfe von Mikrokapseln Verschleiss vermieden oder durch Sensoren rechtzeitig entdeckt werden kann. Wenn der Rasierapparat ploetzlich anfaengt, 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 fuer Schicht- und Oberflaechentechnik IST in Braunschweig einfallen lassen. Sobald die aeussere Schicht der Scherfolie durch den taeglichen Gebrauch abgenutzt ist, werden aus der verschleissanzeigenden Schicht Duftstoffe freigesetzt. Kleine Verletzungen beim Rasieren, die durch beschaedigte Scherfolien verursacht werden, koennen so vermieden werden. Wichtiger als fuer Rasierer sind solche verschleissanzeigenden Schichten jedoch fuer Werkzeuge. „Bei Umformwerkzeugen zum Beispiel ist der Verschleiss enorm. Bislang muessen diese Maschinen immer wieder angehalten und kontrolliert werden", erlaeutert Dr. Andreas Dietz, der fuer Galvanotechnologie zustaendige Gruppenleiter des IST. „Wir haben nun ein Verfahren entwickelt, das es ermoeglicht, den Zustand von Verschleissschutzschichten zu ueberwachen, ohne die Maschinen stoppen zu muessen." Dazu wird unter die Schutzschicht eine Schicht mit Mikrokapseln aufgebracht. Die vom Fraunhofer-Institut fuer angewandte Polymerforschung IAP in Teltow hergestellten Kapseln sind mit Duftstoffen gefuellt. Sobald die Schutzschicht defekt ist, setzen die Mikrokapseln ihre Duftstoffe frei und Sensoren loesen Alarm aus. Mikroverkapselung ist schon lange bekannt: Feststoffe, Fluessigkeiten oder Gase werden mit einer duennen Kunststoffhuelle umgeben - und koennen so unabhaengig von Aggregatzustand und chemischer Reaktivitaet 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 fuer Ueberweisungsformulare 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 zerstoert und die Farbstoffe auf der unteren Papierlage freigesetzt." Weitere Anwendungen von Mikrokapseln sind parfuemiertes Duftpapier, die kontrollierte Abgabe von Duenger 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", erzaehlt Dietz, der vor zwei Jahren die belgischen Berichte zufaellig 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 koennen Verschleiss aber nicht nur anzeigen, sondern auch vermindern. „Die Haerte von Schichten laesst sich durch den Einbau von Diamant-, Aluminiumoxid- oder Siliciumcarbid-Partikeln erhoehen", erklaert Dietz. „Bisher muessen dem Elektrolyten beim Galvanisieren je nach Partikelart unterschiedliche chemische Zusaetze beigemischt werden. Wenn man die Partikel jedoch verkapselt, haben alle die gleiche Oberflaeche - dann genuegen viel einfachere und kostenguenstigere Badzusaetze." Mikrokapseln koennen sogar die Reibeigenschaften von Schichten verbessern. Mit Oel als Wirkstoff kann man zum Beispiel selbstschmierende Oberflaechen erzeugen. Wird statt Oel Molybdaendisulfid (MoS2) verwendet, erhaelt 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."