CO2 als Lösungsmittel Forscher färben Kunststoff mit Kohlendioxid

Kohlendioxid heizt das Klima auf. Fraunhofer-Forscher jedoch nutzen das Gas, um die Natur zu schützen: Sie färben damit umweltschonend Kunststoffe oder beschichten Türklinken antibakteriell.

Lösungsmittel CO2: Dieser Propeller wurde bei 90 Grad Celsius und 200 bar gefärbt
Fraunhofer UMSICHT

Lösungsmittel CO2: Dieser Propeller wurde bei 90 Grad Celsius und 200 bar gefärbt


Kohlendioxid hat erstaunliche Eigenschaften. Die bekannteste ist mitentscheidend für das Klima auf der Erde. CO2-Moleküle absorbieren sehr gut Infrarotstrahlung und sind deshalb mitverantwortlich für den Treibhauseffekt in der Erdatmosphäre. Dank CO2 wird es warm. Wenn zuviel davon in der Luft ist, steigen die Temperaturen allerdings über jahrzehntelange Durchschnittswerte - das Klima verändert sich.

Wenn man CO2 unter starken Druck setzt, offenbart es noch eine ganz andere Fähigkeit. Es verhält sich ähnlich wie ein Lösungsmittel. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht in Oberhausen haben diese Eigenschaft genutzt, um Kunststoffe im Labor mithilfe von Kohlendioxid zu imprägnieren.

Bei ihren Experimenten haben die Forscher flüssiges Kohlendioxid in einen Hochdruckbehälter gepumpt, in dem sich die zu behandelnden Kunststoffteile befanden. Dann wurden Temperatur und Druck so lange erhöht, bis das Gas den überkritischen Zustand erreicht hatte und Eigenschaften eines Lösungsmittels bekam.

Bei 170 bar, dem etwa 170-fachen Normaldruck, löst sich dann beispielsweise pulverförmiger Farbstoff vollständig im CO2 auf. Mithilfe des Kohlendioxids kann der Farbstoff in die obersten Kunststoffschichten eingeschleust werden, erklärt Manfred Renner vom Fraunhofer-Institut Umsicht. "Dieser Vorgang dauert nur wenige Minuten." Beim Öffnen des Hochdruckbehälters entweiche das Gas aus der Oberfläche, die Farbe bleibe hingegen im Polymer. Sie lasse sich auch nachträglich nicht mehr abwischen.

In wenigen Minuten "lackiert"

Das Verfahren birgt nach Meinung der Forscher großes Potential, denn Kohlendioxid ist nicht brennbar, ungiftig und kostengünstig. Es verhalte sich zwar wie ein Lösungsmittel, habe aber nicht die gesundheits- und umweltschädigenden Nebenwirkungen gängiger Chemikalien, die beispielsweise beim Lackieren verwendet würden.

In Tests konnten die Forscher auch Polycarbonat mit Nanopartikeln imprägnieren. Auf die Oberfläche aufgebrachte E-Coli-Bakterien wurden so abgetötet. Eine mögliche Anwendung wären antibakterielle Türklinken. Ganz ähnlich funktionieren Farben und Textilien mit antibakterieller Wirkung.

Das Verfahren biete sich auch zum Färben von Kontaktlinsen an, sagt Renner. Die Sehhilfen könnten mit pharmazeutischen Wirkstoffen angereichert werden, die über den Tag verteilt kontinuierlich ans Auge abgegeben werden. Dies sei womöglich eine Alternative zur kurzfristigen Stoßtherapie mit Augentropfen, wie sie beim Grünen Star angewendet werde.

Allerdings funktioniert das Verfahren nicht mit allen Kunststoffen, sondern nur mit sogenannten teilkristallinen und amorphen Polymeren. Dazu zählen etwa Nylon, Thermoplastische Elastomere, Polypropylen und Polycarbonat.

hda

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