Neue Pigmente für fließlinienfreie Oberflächen
Seit Jahrzehnten wird an der Optimierung von Metalleffektpigmenten geforscht, denn die konventionell verwendeten Pigmentpartikel mit Plättchen- oder Flake-Geometrie, die in den Kunststoff für den Metalleffekt eingebracht werden, erzeugen bei der Spritzgussverarbeitung sichtbare Fließlinien. Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelte der Wissenschaftler Nils Demski an der TU Berlin tetraederförmige Partikel. Diese Geometrie bietet die Möglichkeit, den Grad der Partikelausrichtung in der Kunststoffschmelze gezielt zu steuern. Darüber hinaus lassen sich sowohl die Ausbildung von Fließlinien als auch der Helligkeitsflop, also Änderung der Helligkeit je nach Betrachtungswinkel, beeinflussen. Die Herstellung dieser Vollaluminiumpigmente mit Tetraedergeometrie ist jedoch aufwändig und mit einer hohen Ausschussrate verbunden.
Effiziente Herstellung durch UV-Imprint-Lithografie
Nils Demski, inzwischen Projektleiter am Forschungsbereich Polymercomposite PYCO des Fraunhofer IAP, wählte deshalb mit seinem Team einen neuen Ansatz: die Herstellung tetraedrischer Metallic-Pigmentpartikel auf Basis der UV-Imprint-Lithographie. Ihr Ziel: Pigmentausschuss möglichst vermeiden und zugleich eine hohe Automatisierbarkeit durch Rolle-zu-Rolle-Prozesse erreichen. Statt aus Aluminium bestehen die Pigmentpartikel aus einem UV-ausgehärteten, anschließend metallisierten Duroplast, der die thermischen und mechanischen Anforderungen erfüllt, um im Spritzguss seine Form und optischen Eigenschaften zu behalten. Das neue Verfahren reduziert den Materialverbrauch und senkt die Ausschussrate gegenüber herkömmlichen Produktionsmethoden erheblich. Das zugehörige Patent steht zur Übernahme bereit.
»Mit dem neuen Prozess, auf dessen Basis wir gerade eine Versuchsanlage zur automatisierten Pigmentfertigung aufbauen, können wir Metalleffektpigmente mit hoher Formgenauigkeit und gleichbleibender Qualität herstellen. Außerdem kann die Größe und in Grenzen auch die Geometrie der Pigmentpartikel im Prozess eingestellt werden«, erklärt Demski.
Darüber hinaus streben die Forschenden ein monodisperses Pigment mit neuartiger Tetraederpartikelform an, bei dem alle Partikel hinsichtlich Geometrie und Größe übereinstimmen. Dies ermöglicht sehr präzise einstellbare optische Effekte. Die Fertigungskosten sind dabei vergleichbar mit denen von PVD-Pigmenten, also sehr dünnen Flake-Pigmenten. In einem gemeinsamen Projekt mit BMW konnte zudem die Anhaftung der metallischen Partikelbeschichtung verbessert werden. Dadurch wurde eine erhöhte Beständigkeit der Pigmente gegenüber mechanischer Beanspruchung erreicht.
Gleichmäßige Effekte bei reduzierter Umweltbelastung
Während des Spritzgießprozesses weisen die neuartigen Pigmentpartikel im Kunststoff eine über das gesamte Bauteil hinweg gleichartige, statistisch isotrope Orientierung auf. Dadurch entstehen fließlinienfreie und gleichmäßig metallisch glänzende Oberflächen, die sich, im Gegensatz zu herkömmlichen plättchenförmigen Pigmenten, fließrichtungsabhängig orientieren. Gleichzeitig werden Energie und Rohstoffe eingespart, da die Pigmente ressourcenschonender herstellbar sind als konventionell durch Metallverdüsung und anschließendes Mahlen und Sieben hergestellte Aluminiumflakes.
Die neue Herstellungsmethode für Metalleffektpigmente verbindet ansprechende Optik mit stabilen und umweltfreundlichen Prozessen. Sie eignet sich überall dort, wo Oberflächenqualität, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit gleichermaßen zählen.