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Ein Forschungsteam des Korea Institute of Science and Technology (KIST) hat ein hoch temperaturbeständiges und flammhemmendes Einkomponenten-Epoxidharz entwickelt. Dank neuem Härter konnten sie die Lagerstabilität bei 60 °C auf über 180 Tage zu erhöhen.
Diese Lösung übertrifft herkömmliche Produkte durch außergewöhnliche Flammhemmung (V0-Klasse), erhöhte mechanische Festigkeit und verbesserte elektrische Leitfähigkeit.
Die neue Technologie ist besonders vielversprechend für Anwendungen in Klebstoffen, Beschichtungen und elektromagnetischen Abschirmmaterialien, mit Potenzial in der Telekommunikations-, Elektronik- und Bauindustrie.
Inhaltsverzeichnis
Vorteile der 1-K-Epoxidharze gegenüber 2-K-Epoxidharzen
Epoxidharze spielen eine zentrale Rolle in der Industrie, sei es in Klebstoffen, Beschichtungen oder Verbundwerkstoffen. Ein besonderes Problem herkömmlicher Zweikomponenten-Epoxidharze ist jedoch ihre komplexe Handhabung. Harz und Härter müssen exakt gemischt werden, was nicht nur Fehler beim Mischungsverhältnis begünstigt, sondern auch begrenzte Verarbeitungszeiten mit sich bringt. Hinzu kommt, dass die Materialien unmittelbar nach dem Anmischen verwendet werden müssen, was Restabfall erzeugt und die Effizienz mindert.
Einkomponenten-Epoxidharze, auch als 1-K-Epoxidharze bekannt, setzen genau hier an. Diese Harze sind bereits vorgemischt und bieten somit eine einfachere Handhabung und eine konstante Qualität. Ein großer Vorteil liegt in der Verwendung sogenannter latenter Härtungsmittel. Diese sorgen dafür, dass die Aushärtung des Materials nur unter bestimmten Bedingungen ausgelöst wird, beispielsweise durch Wärme oder UV-Licht. Dadurch können die Harze über einen längeren Zeitraum gelagert werden.
Trotz dieser Vorteile gibt es auch Einschränkungen. Viele der bisher verfügbaren 1-K-Epoxidharze sind nur bei Raumtemperatur stabil, also unterhalb von 25 °C. Bei höheren Temperaturen nehmen die Stabilität und Lagerfähigkeit drastisch ab, wodurch ihre Einsatzmöglichkeiten begrenzt werden. Zudem fehlt es oft an ausreichenden Flammhemmungseigenschaften, was die Sicherheit insbesondere in industriellen Anwendungen beeinträchtigt.
Die Lösung kommt aus Korea
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Jaewoo Kim vom Korea Institute of Science and Technology (KIST) und Professor Chongmin Koo von der Sungkyunkwan University hat eine innovative Lösung entwickelt, die diese Herausforderungen meistert. Die sogenannte „Epoxy/MXene One-Component Solution“ kombiniert Epoxidharz mit einem neuartigen, latenten Härter und dem zweidimensionalen Nanomaterial MXene.
Der latente Härter ist so konzipiert, dass er durch physikalische und chemische Anpassungen eine stark unterdrückte Reaktivität aufweist. Dadurch konnte eine Lagerstabilität von über 180 Tagen bei einer Temperatur von 60 °C erreicht werden. Zum Vergleich: Konventionelle Produkte sind bei Raumtemperatur nur etwa 40 Tage stabil. MXene trägt zudem erheblich zur Flammhemmung, elektrischen Leitfähigkeit und thermischen Stabilität bei.
Die Eigenschaften des neuen Materials
Das neue Epoxidharz besitzt laut Forschungsteam zahlreiche Vorteile:
- Erhöhte Flammhemmung: Der Sauerstoffgrenzwert (LOI) stieg um 12 %, während die maximale Wärmefreisetzungsrate (pHRR) um 85 % reduziert wurde. Dies ermöglichte die Einstufung in die höchste Flammschutzklasse V0.
- Mechanische Stabilität: Die Zugfestigkeit des Materials wurde um 46 % verbessert, während die Schlagfestigkeit um 158 % erhöht wurde.
- Lagerstabilität: Eine bisher unerreichte Stabilität bei hohen Temperaturen von bis zu 60 °C.
Vielseitige Anwendungen und Ausblick
Das neue Material besitzt ein enormes Potenzial für Anwendungen in verschiedenen Industrien, so die Forschenden aus Korea. Von Klebstoffen und Beschichtungen bis hin zu hochleistungsfähigen Verbundwerkstoffen bietet das Harz vielseitige Einsatzmöglichkeiten. Besonders hervorzuheben ist sein Nutzen in der Telekommunikations- und Elektronikindustrie sowie im Bauwesen.
Dr. Jaewoo Kim fasst zusammen: „Diese Technologie stellt ein innovatives Einkomponenten-Epoxidharz dar, das sowohl eine hohe Temperaturstabilität als auch Flammschutz bietet und somit in industriellen Umgebungen sehr gut einsetzbar ist.“
Professor Chongmin Koo ergänzt: „Die einzigartigen zweidimensionalen Nanomaterialeigenschaften von MXene machen es vielseitig einsetzbar für die Entwicklung von Verbundwerkstoffen mit Flammschutz und thermischer Stabilität.“
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