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Wissenswertes rund um Kunststoff und Kautschuk

Kunststoff und Kautschuk begegnen uns überall im Alltag. Entdecken Sie spannende Geschichten, überraschende Fakten und interessante Hintergründe – von historischen Entwicklungen und bekannten Produkten bis hin zu wichtigen Persönlichkeiten und Innovationen der Branche.

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  • Wenn Kunststoff Herzen macht

    Thema des Monats Polymerforschung in der Medizin Von Guido Deußing Quelle: istockphoto / yodiyim Für Menschen mit einer ausgeprägten Herzinsuffizienz oder einem gravierenden Herzfehler erweist sich die Transplantation eines gesunden Organs als lebensrettend. Wenn es nur nicht allenthalben an Spenderherzen mangelte; und die Bereitschaft zur Organspende ist hierzulande und auch anderenorts einfach zu gering. Im Zweifel braucht man künstliche Herzen, die das Kreislaufsystem im Fluss zu halten. Bislang sind die verwendeten Kunstherzen eher Surrogate, sprich kein wirklicher Ersatz für das Original, ein Notbehelf, das mehr einer technischen Pumpe gleicht als einem Organ. Daran etwas zu ändern, haben sich Forscher auf die Fahne geschrieben. Ihr Ziel ist es, ein Kunstherz aus lebendem Gewebe herzustellen. Im Labor haben sie funktionierende Herzmuskelfasern erzeugt. Als Basis dient ein Gerüst aus versponnenem Kunststoff. Wer aufgrund einer ausgeprägten Herzinsuffizienz – in Industrienationen sind das ein bis zwei Prozent der erwachsenen Bevölkerung, EU-weit rund zehn Millionen Menschen – oder einer anderen erheblichen Herzerkrankung auf die Transplantation eines neuen Organs angewiesen ist, kann bislang nur darauf hoffen, schnellstmöglich ein passendes Spenderorgan zu erhalten. Das ist jedoch alles andere als einfach, und zwar nicht nur, weil die Zahl potenzieller Organspender partiell rückläufig ist: Organe lassen sich nicht einfach von einem Menschen auf den anderen übertragen. Weist das Gewebe des Spenderorgans gravierende Unterschiede zu dem des Patienten auf, ist die Gefahr recht groß, dass dessen Immunsystem das implantierte körperfremde Organ umgehend abstößt. Diese Antwort des Immunsystems zielgerichtet zu beeinflussen und dessen Abstoßungsreaktion zu drosseln, wird durch Gabe sogenannter Immunsuppressiva versucht. Diese Medikamente beeinflussen die Effizienz des Immunsystems – und damit auch seine Funktion als Schutzwall gegen schädliche Keine und Erreger. Patienten mit einem transplantierten Organ leben oft mit einer erhöhten Infektionsgefahr. Ausdauertraining hilft bei Herzinsuffizienz Attraktive Alternative: Das künstliche Herz Das Kunstherz imitiert ein menschliches Herz so gut wie möglich. (Bild: Zurich Heart) Die Alternative zum Transplantat bietet bislang der Anschluss an ein Kunstherz , also an eine Apparatur, die die Pumpfunktion des Herzens in Teilen oder vollständig übernimmt. Bestehende System sind zwar bereits weitentwickelt, erweisen sich allerdings noch weit vom dem was möglich scheint. Die Entwicklung eines neuartigen „Kunstherzen“ steht im Fokus des Projekts „ Zurich Heart “ des Forschungsverbundes der Hochschulmedizin Zürich mit der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa). Dieser Forschungsverbund strebt an, bestehende Systemkomponenten bei Kunstherzen zu verbessern, „um die Schwachstellen der heute verwendeten Systeme bezüglich Energietransfer, Regelungstechnik und Oberflächeneigenschaften zu beheben“, heißt es auf der Homepage des Forschungsverbunds. Ein erster Schritt in diese Richtung wurde mit dem einen weichen Kunstherz aus Silikon erreicht [s. Apropos K ]. Tarnkappen für Kunstherzen Herstellung von Muskelfasern mittels "Tissue Engineering": Zellen werden in Schutzkapseln verpackt und in mehreren Schichten über ein gesponnenes Polymergerüst gesprüht. An ihrem Bestimmungsort werfen die Zellen die gallertartige Beschichtung ab und entwickeln sich zu reifen Muskelzellen. Damit die neue Pumpe aus dem Syntheselabor vom Körper des Patienten angenommen wird, soll sie – einer Tarnkappe gleich – in menschliches Gewebe gehüllt werden. Bisher erweist sich das Züchten von mehrschichtigen funktionsfähigen Geweben jedoch als Herausforderung, mit dem sich das sogenannte „ Tissue Engineering “ beschäftigt. Einen wichtigen Schritt auf dem Weg zum Erfolg hat Empa-Forscher genommen, in dem es ihnen gelungen ist, Zellen in einem dreidimensionalen Kunststoffgerüst zu Muskelfasern heranwachsen zu lassen. „Das menschliche Herz ist natürlicherweise aus mehreren Lagen unterschiedlicher Gewebe aufgebaut“, erklärt Lukas Weidenbacher von der Empa-Abteilung Biomimetic Membranes and Textiles in St. Gallen. Muskelfasern in der Auskleidung spielen hier eine entscheidende Rolle, weil sie für die Stabilität und Flexibilität des stetig schlagenden Herzens sorgen.“ Mehrschichtig wachsende Muskelfasern zu züchten, seit jedoch schwierig, da die Zellen zunächst in ein räumliches Gerüst eingebracht werden müssen. „Zwar ist es möglich, dreidimensionale Gebilde aus Kunststoff zu erzeugen, die dem menschlichen Gewebe stark ähneln, etwa durch das sogenannte Elektrospinning“, erklärt Weidenbacher. Bei diesem Prozess werden flüssige Polymere als hauchzarte Fäden in der Form natürlicher Gewebe versponnen. Schädliche Lösemittel, die für die Methode erforderlichen sind, seien jedoch Gift für die empfindlichen Zellen, die es zu schützen gilt. "Schlabberiger" aber wirksamer Schutz Der Natur nachgeahmt: Ein Geflecht aus Muskelfasern wächst auf einem Gerüst auf gesponnenem Kunststoff. Unter dem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop erscheinen Muskelfasern rot und Zellkerne blau. Bild: Lukas Weidenbacher Die Empa-Forscher haben daher die eingesetzten Muskelfaserzellen verpackt: Jeweils zwei Zellen steckten sie in ein Kapsel aus Gelatine. Die Gelatine bildet einen Schutzwall, den das Lösemittel nicht durchdringen kann. Die Zellen sind vor den Lösemitteln geschützt. Um die Zellen an den Ort ihrer Mission zu bringen, nutzen die Wissenschaftler ein spezielles Sprühverfahren, das Elektrospraying, das es ermöglicht, die Kapseln in die Poren des gesponnenen Gerüsts einbringen. „Das Sprayen überstehen die derart geschützten Zellen sehr gut“, sagt Weidenbacher. Sobald sich die Zellen an ihrem Zielort eingenistet haben, löst sich die gallertige Gelatinekapsel innerhalb von Minuten auf. Dass es den Zellen in ihrem Kunststoff-Nest gefällt, zeigen Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop: Sobald die Kapseln aufgelöst sind, beginnen die unreifen Vorläuferzellen miteinander zu verschmelzen und zu länglichen Muskelfasern auszureifen. Am Schluss soll eine Struktur entstehen, die natürlichem Muskelgewebe möglichst ähnlich ist. Dabei müssen die Organarchitekten wirklich an alles denken, etwa das Risiko, das besteht, wenn sich Blut in einem Kreislaufsystem bewegt. Weidenbacher: „Alle Oberflächen sie so zu gestalten, dass an keiner Stelle ein Blutgerinnsel entsteht, dass, so es sich später im Organismus lösen sollte, Gefäße blockieren und zum Beispiel eine Schlaganfall hervorrufen kann. Unsichtbar für die Körperabwehr Bereits nach 7 Tagen verschmelzen die Zellen im Gerüst (weiss) miteinander und entwickeln sich zu länglichen Muskelfasern (gelb), wie diese eingefärbte elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt. Bild: Lukas Weidenbacher Bislang deuten alle Versuche daraufhin, dass Weidenbacher und seine Kollegen auf einem guten Weg sind. Für ihre Versuchsreihe haben sie unreife Muskelzellen einer Mäuse-Zelllinie verwendet. Die Vorläuferzellen differenzierten sich im Gerüst aus und produzierten Proteine, die typischerweise in Muskeln vorkommen. Sobald sich der Einsatz in der klinischen Praxis abzeichnet, soll das implantierbare Kunstherz mit Zellen bestückt werden, die vom Patienten selbst stammen. Dann lässt sich auf einem vorgegebenen Kunststoffgerüst für jeden Betroffenen ein Herz züchten, das vom Körper mehr oder weniger als Eigengewächs erkannt und nicht abgestoßen wird… Apropos: Kunststoffe spielen eine große Rolle im Bereich der Medizin, Medizintechnik und Hygiene. Einen guten Einblick über das Einsatzspektrum von Kunststoffen in diesen Anwendungsfeldern bietet die MEDICA 2017, die Weltmesse der Medizinbranche, vom 13. bis 16. November 2017. Für alle, die mehr erfahren wollen L. Weidenbacher, A. Abrishamkar, M. Rottmar, A. G. Guex, K. Maniura-Weber, A. J. deMello, S. J. Ferguson, R. M. Rossi, G. Fortunato; Electrospraying of microfluidic encapsulated cells for the fabrication of cell-laden electrospun hybrid tissue constructs ; Acta Biomaterialia (2017); doi: 10.1016/j.actbio.2017.10.012

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  • Kunststoffe kunstvoll in Szene gesetzt

    Plakat zur Sonderausstellung Plastic::Fantastic (Grafik/Foto: Museum und Forum Schloss Homburg). Die Sonderausstellung „Plastic::Fantastic“ im Museum und Forum Schloss Homburg präsentiert noch bis zum 3. Dezember 2017 Design-Ikonen aus dem Deutschen Kunststoff-Museum in Düsseldorf. Die Messe Düsseldorf feierte kürzlich den 65. Geburtstag der K. Und als hätte man sich abgestimmt, präsentiert die Sonderausstellung „Plastic::Fantastic“ im Museum und Forum Schloss Homburg im Oberbergischen Kreis Design-Ikonen aus dem Deutschen Kunststoff-Museum in Düsseldorf. Die Sammlung des Deutschen Kunststoff-Museum umfasst rund 20.000 Objekte. Ein Teil davon präsentiert die Sonderausstellung „Plastic::Fantastic“. Dargestellt wird der Zusammenhang von Kunststoff mit Sitzen, Fahren, Sprechen, Hören, Sehen, Schreiben, Essen, Trocknen und Anziehen. Die Ausstellung zeigt Design-Ikonen, vom Panton-Stuhl über Nylonstrümpfe bis zum Bobby-Car, die in fast jeder Designgeschichte auftauchen und im Laufe der Zeit Teil des kollektiven Gedächtnisses wurden. GD Weitere Informationen Zur Sonderausstellung Plastic::Fantastic Link zum Deutschen Kunststoff-Museum

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  • CitizenLab Mikroplastik nimmt Arbeit auf

    Plastikmüll zerlegt sich mit der Zeit in Millionen von Mikroplastikteilchen und verschmutzt so Umwelt und Nahrungsketten. Foto: Martin Koch Beim CitizenLab Mikroplastik können Bürgerinnen und Bürger eigene Forschungsarbeiten durchführen und so einen Beitrag zum Umweltschutz leisten. Unter Leitung von Prof. Dr. Martin Koch werden sie gemeinsam mit einem wissenschaftlichen Team der Philipps-Universität Marburg eigene Proben nehmen, diese analysieren und so eine systematische Kartierung von Mikroplastik durchführen. Mikroplastik – das sind Kunststoffbruchstücke, die kleiner als fünf Millimeter sind und zunehmend Gewässer und Strände verunreinigen und in die Nahrungskette gelangen. Ein Teil stammt aus Shampoos, Duschgelen, Haarfärbemitteln, Peelings, Lippenstiften und vielen weiteren Kosmetikartikeln. Der überwiegende Teil resultiert jedoch aus Plastikmüll. In Deutschland wird Plastikmüll zwar größtenteils recycelt oder verbrannt, doch dieser Standard gilt in vielen anderen Ländern nicht. Durch verschiedene Umwelteinflüsse zerfällt der Plastikmüll mit der Zeit in immer kleinere Partikel. Die mikroskopisch kleinen Kunststoffteilchen verschmutzen die Umwelt und können zum Beispiel durch den Verzehr von Fisch auch in die Nahrungskette gelangen. Durch den Anstieg der Kunststoffproduktion in den kommenden Jahren wird sich das Problem nach Auffassung von Forscherinnen und Forschern in den kommenden Jahrzehnten verschärfen. „Es gibt zwar bereits einige wissenschaftliche Veröffentlichungen, die über die Verschmutzung durch Mikroplastik berichten, allerdings werden unterschiedliche Messverfahren verwendet und oftmals keine quantitativen Angaben zum Verschmutzungsgrad gemacht“, sagt Prof. Dr. Martin Koch, der das Projekt CitizenLab Mikroplastik ins Leben gerufen hat. „Es fehlt eine systematische Kartierung des Problems mit standardisierten Verfahren.“ Einen ersten großen Schritt in diese Richtung will das CitizenLab Mikroplastik gehen. Die Bürgerinnen und Bürger sollen sowohl die Probennahme als auch die Analyse der Proben selbst organisieren und vornehmen. Dafür stehen Aufreinigungsmaschinen und Mikroskope zur Verfügung. Das Anlegen einer Datenbank und die Öffentlichkeitsarbeit werden weitere Tätigkeitsschwerpunkte sein. Unterstützt werden die Bürgerinnen und Bürger dabei von Prof. Martin Koch vom Fachbereich Physik und seinem Team. Finanziert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Bürgerbeteiligung und Wissenschaftskommunikation: Citizen Science“, das interessierte Freiwillige in die Forschung einbindet. Teilnahme Interessierte Bürgerinnen und Bürger aus Marburg und Umgebung können sich ab sofort bewerben unter: citizenlab@uni-marburg.de. Die Forschungsarbeit des CitizenLab startet voraussichtlich im Januar 2018. Quelle und weitere Informationen Philipps-Universität Marburg

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  • Eine kurze Geschichte des Gummistiefels

    Thema des Monats Von Guido Deußing Quelle: istock / damedeeso Der Sommer meldet sich ab, der Herbst ist da. Die Tage werden spürbar kürzer, die Temperaturen sinken vor allem des Nachts, und jeder Zeit ist mit Regen zu rechnen. Den besten Schutz vor Wassereinbrüchen an den unteren Extremitäten bieten wasserdichte Treter aus Kunststoff mit Schaft: Gummistiefel. Hier erzählen wir ihre Geschichte. Wenn zum Jahresende hin die Temperaturen sinken, ist Regen, wenn er vom Himmel hoch herniederfällt, nicht mehr schön und erfrischend, sondern nass und kalt. Typisches Erkältungswetter. Den besten Schutz vor Wassereinbrüchen an den empfindlichen unteren Extremitäten bieten wasserdichte Treter aus Kunststoff mit Schaft: Gummistiefel sind nicht allein des Bauers Fußbewehrung Nummer eins auf dem Feld wie bei der Stallarbeit oder des Jägers treue Begleiter auf der Pirsch. Gummistiefel setzen zunehmend klare Akzente in Richtung schick und modern: Zu den führenden Mode bewussten Nationen zählt schon in früher Zeit die Französische Republik. Wie kaum sonst jemand prägten die in Paris ansässigen Schneider und Designer das internationale Modegeschehen – mit Anziehsachen und Begrifflichkeiten à la „Haute Couture“ und „Prêt-à-porter“. So unterschiedlich beide Moderichtungen auch sein mögen, die eine für den Laufsteg und ganz besondere Gelegenheiten gedacht, die andere straßentauglich und bezahlbar, eines ist beiden gemein: Irgendwie wollen sie immer „très chic“, todschick, sein. Über Geschmack lässt sich bekanntlich nicht streiten, wohl aber über die Funktionalität eines Bekleidungsstücks. In diesem Punkt kam den Franzosen, die nicht nur Ästheten, sondern auch praktisch veranlagt sind, Mitte des 19. Jahrhunderts ein Ausländer zuvor. Vom Leben auf dem Lande und einem visionären Unternehmensgründer Das Gros der Franzosen arbeitete seinerzeit in der Landwirtschaft. Bei Wind und Wetter draußen zu sein bedeutete für sie nicht allein Verbundenheit mit Mutter Natur, die sie nährte – und deren Unbilden sie nahezu schutzlos ausgesetzt waren. Mal brannte die Sonne vom Himmel hernieder, dann regnete es über Tage und Wochen; von Erschwernissen durch Eis und Schnee ganz zu schweigen. Aus urbarem Boden wurde, bei hinreichender Berieselung, in null Komma nichts ein Sumpf, den zu durchwaten alles andere als angenehm war, vor allem in der nasskalten Jahreszeit. Nicht selten blieben die damals als Fußbekleidung üblichen und weitverbreiteten Holzpantinen im Schlamm stecken oder verschwanden gar auf Nimmerwiedersehen im morastigen Untergrund. Kurz: Die hölzernen Pantoffeln erwiesen sich für die Landbevölkerung als brauchbare Lösung, nicht aber als die beste. Das rief den US-amerikanischen Ingenieur Hiram Hutchinson (1808-1869) auf den Plan. Um 1839 hatte sein Landsmann Charles Goodyear (1800-1860) (zeitgleich mit dem Engländer Thomas Hancock, 1786-1865) das Verfahren der Vulkanisation entwickelt, mit dem sich aus plastischem Kautschuk elastisches Gummi herstellen ließ. (Am Rande bemerkt: Die Geschichte des Kautschuks reicht selbstredend sehr viel weiter zurück in die Vergangenheit. Sie führt in exotische Gefilde und in ein blutiges, wenig ruhmvolles Kapitel der Menschheitsgeschichte. Mehr dazu im Thema des Monats "Von Blutgummi bis Buna: Der Weltkrieg um Kautschuk" Teil I-1 , Teil II-2 ) Goodyears und Hancocks Entdeckung erwies sich, wie wir heute wissen, als Meilenstein der Kunststoffforschung. Zwecks Vulkanisation wird eine Kautschukmischung, bestehend aus Rohkautschuk, Schwefel oder schwefeligen Stoffen wie Dischwefeldichlorid (S2Cl2), Katalysatoren zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit und Füllstoffen, erhitzt. Im Verlauf dieses Prozesses bilden sich Schwefelbrücken, über die sich die langkettigen Kautschukmoleküle vernetzen. Während dieser Reaktion verliert der Kautschuk seine Plastizität. Das hierbei entstehende Material wiederum hat gegenüber dem Ausgangsprodukt dauerelastische Eigenschaften, kehrt bei mechanischer Beanspruchung jeweils wieder in seine Ursprungslage zurück, ist reißfester, dehnbarer und nicht zuletzt beständiger gegenüber Alterung und Witterungseinflüssen. Hiram Hutchinson muss elektrisiert gewesen sein, als er dieses beeindruckend elastische, wasserdichte Material namens Gummi kennenlernte. Dessen Neuheit mitsamt den vielfältigen, bislang bei keinem Material festgestellten Eigenschaften beflügelte die Fantasie des visionären Ingenieurs mit Hang zum Unternehmer. Was sich nicht alles aus Gummi herstellen ließ! Zum Beispiel strapazierfähiges Schuhwerk. Eben dies tat Hutchinson, nachdem er von Goodyear die Lizenz zur Herstellung von Stiefeln aus Gummi erworben hatte. Damit trat er in Konkurrenz zu den bekannten Holzpantinen. Von einer wachsenden Nachfrage nach seinen Gummistiefel ausgehend, siedelte Hutchinson Mitte des 19. Jahrhunderts nach Frankreich über und gründete dort 1853 im rund 100 Kilometer von Paris entfernten Montargis ein Werk zur industriellen Verarbeitung von Kautschuk ( Aigle ), sieben Jahre später dann auch im badischen Mannheim. Das von Hiram Hutchinson ins Leben gerufene Unternehmen expandierte im Zuge des industriellen Aufschwungs der Gründerzeit sehr rasch (Meilensteine des Unternehmens). Die Familie eröffnete in Frankreich weitere Firmen sowie Niederlassungen in Spanien und Italien. Im Jahr 1903 wurde das Unternehmen in eine Aktiengesellschaft umgewandelt und der Geschäftssitz auf die Champs-Élysées in Paris verlegt. Seit 1974 gehört die Hutchinson S. A. zur Chemical Division des französischen TOTAL-Konzerns. Hutchinson selbst zählt heute zu den weltweit führenden Herstellern und Verarbeitern qualitativ hochwertiger Elastomerprodukte und ist auf vielen Gebieten Marktführer. Die Hutchinson-Gruppe umfasst weltweit rund 120 Produktions- und Vertriebsstätten mit mehr als 25.000 Mitarbeitern. Der Umsatz (im Jahr 2009 rund 2,3 Mrd. Euro) wird in den Märkten Automobil, Industrie und Konsumgüter erwirtschaftet. Die Erfolgsgesichte des Gummistiefels in Großbritannien Hiram Hutchinson war nicht der einzige Amerikaner, der mit Goodyear einen Vertrag schloss. Gleiches tat auch Henry Lee Norris (1813-1881), ein Unternehmer aus New Jersey, der sich 1856 auf den Weg nach Schottland machte, um im britischen Empire sein Glück mit Kautschuk und Gummistiefeln zu versuchen. Im Gegensatz zu Hutchinson hatte Norris nicht die von Arbeitern und Bauern geprägte Bevölkerungsschicht zur Zielgruppe erklärt. Seinen Markt fand er vor allem bei den Bessergestellten, den adligen Gentlemen und den Offizieren. Zupass kamen Norris eine bereits bestehende Infrastruktur und ein glücklicher Umstand. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts machte sich Großbritannien in aller Welt einen Namen als Militärmacht. Nicht nur in Europa, auch im fernen Indien marschierten die königlichen Truppen und verteidigten wichtige Bastionen des britischen Empires. Es ging um imperiale Hegemonie, Ansehen und Ressourcen. Währenddessen erlebte die Herrenmode im eigenen Land einen gewaltige Revolution: Die Kniebundhose wurde abgelöst von längeren, eng anliegenden Beinkleidern. Von diese Trendwende betroffen war auch das Schuhwerk, das zum damaligen Zeitpunkt dominiert war von den sogenannten Hessenstiefeln, die, kniehoch, weitgeschnitten und, versehen mit diesem und jenem ornamentalen Schnickschnack, mit den Kniebundhosen eine passgenaue Einheit bildeten. Die neuen Beinkleider harmonierten aus damaliger Sicht in keiner Weise mit den Hessenstiefeln. Im Jahr 1817 beauftragte Sir Arthur Wellesley (1769-1852) , erster Herzog von Wellington und hochdekorierter, erfolgreicher Militärführer u.a. im Kampf gegen Napoleon, seinen Schuster mit der Lösung der Misere: Ein anderer Stiefel musste her! Ein Stiefel, der bequem und zugleich so eng geschnitten sein sollte, dass er sich problemlos unter Hosen tragen ließ. Das Ergebnis des Londoner Schusters konnte sich sehen lassen: Hergestellt aus weichem Kalbsleder und eng am Mannesbeine anliegend, war der neue Stiefel nicht nur strapazierfähig und für militärische Kampfhandlungen durchaus geeignet, sondern auch komfortabel und schick genug für die Abend- und Ausgehgarderobe des gestandenen Herren. In Anerkennung für diesen Wurf wurden die neuen Stiefel zu Ehren des Auftraggebers fortan als Wellingtonstiefel bezeichnet. Zurück zum Ausgangspunkt unserer kleinen Exkursion: Im Jahr 1856 erwarb Henry Lee Norris Gebäude in Edinburgh und gründete die North British Rubber Company als Gesellschaft mit beschränkter Haftung. In Ermangelung fachkundiger Kräfte und Maschinen vor Ort ließ er das Benötigte aus Übersee nach Schottland bringen. Ein aufwendiges Prozedere, das letztlich aber von Erfolg gekrönt wurde. Das Unternehmen produziert nicht alleine Gummistiefel nach dem Vorbild der Wellington-Modelle, sondern zudem auch eine breite Palette anderer Gummiartikel für den englischen Markt wie Reifen, Förderbänder, Kämme, Golfbälle, Wärmflaschen und Gummibeläge. Mit Ausbruch des Ersten Weltkriegs erfuhr das Unternehmen einen wirtschaftlichen Boom, wie es ihn bislang nicht gekannt hatte. Die kriegsführenden Parteien standen sich in Frankreich in einem überaus zermürbenden Stellungskrieg gegenüber. Die Soldaten litten hüben wie drüben an den Folgen regen- und grundwasserüberfluteter morastiger Gräben. Die ständig feuchten beziehungsweise nassen Schuhe zogen Krankheiten nach sich. Die Moral der Truppe litt. Die North British Rubber Company wurde daher von der Regierung beauftragt, kriegstaugliche Gummistiefel zu produzieren. Die Maschinerie lief Tag und Nacht und produzierte insgesamt 1.185.036 Stiefelpaare Mit Ausbruch des Zweiten Weltkrieges erlebte das Unternehmen abermals einen wirtschaftlichen Aufschwung; die Produktion im Jahr 1939 belief sich zu 80 Prozent auf kriegsrelevante Güter, unter anderem Rettungsringe, Abdeckungen für Bomben, Gasmasken und Gummistiefel sowie „Overknee-Stiefel“, die der britischen Armee dienlich waren, die überschwemmten Regionen der Niederlande trockenen Fußes zu passieren. (Heute werden Stiefel, die weit über die Knie reichen, vor allem zum Angeln und in der Fischerei genutzt.) In den darauffolgenden Jahren erfreuten sich die Stiefel des Unternehmens eines hohen Bekanntheitsgrades und zunehmender Beliebtheit vor allem in der arbeitenden und jagenden Bevölkerung. 1958 landete die North British Rubber Company mit Einführung der hochpreisigen Hunter- und Royal-Hunter-Stiefel einen weiteren imagefördernden Coup. Auch später erfuhr das Unternehmen mehrfach Struktur- und Namensänderungen, heute firmiert es unter der Bezeichnung Hunter Rubber Co. Ltd. – Hoflieferant des englischen Königshauses. Vom nützlichen Schuhwerk zum modischen Accessoire Jäger, die nahezu das ganze Jahr über Gummistiefel tragen, stellen hohe Ansprüche an ihr Schuhwerk. Nur selten, vielleicht an heißen Sommertagen, greifen sie zu einer anderen Fußbewehrung. Die Anforderungen, die Jagdstiefel zu erfüllen haben, beschränken sich daher nicht allein auf die grüne Farbe des Materials, um des Waidmanns Tarnung in Feld, Wald und Wiese perfekt zu machen. Der Stiefel muss vor allen Dingen robust und zugleich bequem sein. Für lange Märsche sind Stiefel und Sohle zwar nicht ausgelegt und ebenso wenig dafür, im Sommer Schweiß abzuleiten oder im Winter Bodenfrost zu trotzen – in für Schuhe üblichen Wandstärken ist Gummi dazu einfach nicht geeignet. Das Stiefelinnere zu klimatisieren obliegt vor allem dem Innenfutter, das maßgeblich auch den Preis einen Stiefels beeinflusst und auf das man auch während sommerlicher Exkursionen in die Natur hin nicht verzichten sollte, raten Experten. Qualität und Verarbeitung des Außenmaterials, sprich: des verwendeten Kunststoffs, spielen allerdings eine gewichtige Rolle: Gummistiefel ist eben nicht gleich Gummistiefel. Wirklich sehr gute, hochwertige Gummistiefel halten in der Regel das, was der Name verspricht: Sie werden aus Gummi respektive Kautschuk beziehungsweise sogar Naturkautschuk in reiner Handarbeit hergestellt. Wie bei der Fertigung von Lederstiefeln werden zugeschnittene Stücke aus Naturkautschuk um einen Leisten gearbeitet. Der Stiefelrohling wird dann in einem Latex-Tauchverfahren verstärkt und anschließend im Ganzen im Ofen vulkanisiert. Zunehmend finden auch andere Materialien Verwendung in der Stiefelproduktion, vor allem hochwertiges, leistungsfähiges Polyurethan sowie Polyvinylchlorid (PVC). Was die vielen Exemplare unterscheidet, erschließt sich für Laien nicht auf Anhieb, zumal die Angebotsfülle nahezu unüberschaubar ist, wie der Blick auf die Homepage eines namhaften Online-Schuhversandhandels lehrt: Es gibt Gummistiefel für Damen, Herren und Kinder; für Hobby, Beruf oder Freizeit; zum Reiten, Angeln und Waten; für Sommer, Herbst und Winter – und zwar in allen nur erdenklichen Designs: in den Farben des Regenbogens, geblümt, kariert oder gestreift; mit glatter oder Profilsohle; in Glanz- oder Lederimitatausführung; mit Schnallen und anderen Applikationen in Knöchel- oder Wadenhöhe; zum Hineinschlüpfen und zum Schnüren. Eines vor allem ist mehr als offensichtlich: Das Einsatzspektrum des Gummistiefels hat sich grundlegend gewandelt und erweitert. Diente er einstmals vornehmlich funktionalen Zwecken, vor allem um Fuß und Wade französischer oder deutscher Bauersleute trocken zu halten, gilt der Gummistiefel heute als modisch schick und ist auch diesseits von Maloche oder Freizeitsport als kleidsames Schuhwerk gesellschaftlich akzeptiert. Gummistiefel liegen einfach voll im Trend!

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  • Mehr über das Leben von Kunststoffen lernen

    „Kunststoff kann’s“ – da sind sich der Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie e. V. (GKV) und PlasticsEurope Deutschland e.V. sicher. Passend zur gleichnamigen, im vergangenen Jahr erstmals aufgelegten Broschüre gibt es jetzt auch die Webseite „kunststoffkanns.de“. Dort präsentieren die Verbände jetzt in allgemeinverständlicher Form die wichtigsten positiven Eigenschaften von Kunststoffprodukten im Verlauf ihres Lebenszyklus aus Erzeugung, Verarbeitung, Gebrauch und Verwertung. Auch der Kampf gegen Müll in der Umwelt und im Meer wird thematisiert. Die Webseite ist ein zusätzliches Informationsangebot neben den bekannten, etablierten Verbandsseiten gkv.de und plasticseurope.org. Darüber hinaus startet parallel zum Launch der Webseite auch der neue Twitterkanal @kunststoffkanns, der Verbraucher und Interessierte regelmäßig über Neuigkeiten rund um das Thema Kunststoffe und Kunststoffprodukte informiert.

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  • Wenn aus "Pipi" Plastik wird

    Irgendwann werden Astronauten in der Lage sein, aus biologischen Abfällen wie Urin Lebensmittel und Kunststoffe an Bord ihres Raumschiffs oder auf fernen Planeten herzustellen. Der Hefe sei dank. Foto: Amercian Chemical Society Stellen Sie sich vor, Sie sind auf dem Weg zum Mars und Sie verlieren ein entscheidendes Werkzeug während eines Spaziergangs im All. Kein Problem! Sie gehen einfach zurück an Bord Ihres Raumschiffs und verwenden einige Mikroorganismen, um aus Urin und Kohlendioxid (CO2) all das herzustellen, was auf einer langen Reise durch das All erforderlich ist, unter anderem auch Nahrung und Kunststoff. Das zumindest ist das ultimative Ziel von Weltraumforschern. Wer sich auf den Weg durchs All zum Mars oder anderen fernen Planeten macht, kann, nach dem gegenwärtigen Stand der Technik, damit rechnen, Monate, Jahre oder gar Jahrzehnte unterwegs zu sein. Je länger eine Reise dauert, desto größer ist der Bedarf an Reiseproviant und Material. Noch mehr als beim Reisen mit dem Flugzeug gilt in der Raumfahrt: Die Mengen an Gepäck ist arg begrenzt. Und nicht alles, was man auf der Reise braucht, lässt sich im Stauraum der Rakete unterbringen. Nicht zuletzt sind nicht alle fürs Leben notwendigen Mittel unbegrenzt haltbar. Da es unterwegs weder einen Supermarkt, noch einen Baustoff- oder Werkzeughandel oder eine Apotheke gibt, heißt es: selbst ist der Astronaut. Was benötigt wird, ist an Bord oder auf einem fernen Planeten in Eigenregie zu erzeugen oder herzustellen. Die einzige Ressource, die auch in galaktisch weiter Ferne in hinreichender Menge vorhanden zu sein scheint ist auf natürliche Weise angefallener menschlicher Biomüll. Der Mensch isst, trinkt, atmet – und scheidet aus. Seine festen, flüssigen und gasförmigen Ausscheidungen sind es, die im Weltall letztlich das Überleben des Astronauten sicherstellen. Auf der 254. Tagung der American Chemical Society (ACS) in den USA präsentierte der Wissenschaftler Dr. Mark A. Blenner seine Vorstellung vom Überleben im Weltraum. Gemeinsam mit seinem Team studierte der Assistant Professor am Department of Chemical and Biomolecular Engineering der Clemson University im US-Bundesstaat South Carolina, wie sich an Bord eines Raumschiffs wichtige chemische Ausgangsstoffe gewinnen und aus ihnen für Astronauten lebensnotwendige Produkte, wie Nähr- und Kunststoffe herstellen lassen. Für die Herstellung der Ausgangsstoffe nutzen Blenner und sein Team ein biologisches System, dass sich zu jeder Zeit aus einem Ruhezustand aktivieren lässt. Es basiert auf dem Zusammenwirken vor allem von Mikroorganismen, unter anderem einer Vielzahl unterschiedlicher Stämme der Hefe Yarrowia lipolytica. Diese Hefe besitzt aus biotechnologischer Sicht interessante Eigenschaften, da sie in der Lage ist, unter bestimmten Kulturvierungsbedingungen unter anderem große Mengen organischer Säuren zu bilden, die für die Herstellung und Gewinnung höherer Produkte erforderlich sind. Yarrowia lipolytica benötigt zum Wachsen sowohl Stickstoff (N) als auch Kohlenstoff (C). Wie Blenners Team herausfand, kann sie diese beiden Komponenten dem in unbehandeltem Urin enthaltenen Harnstoff ziehen. Ebenso nutzt die Hefe den Kohlenstoff aus dem Kohlendioxid (CO2), der in der ausgeatmeten Luft der Astronauten enthalten ist oder etwa der Marsatmosphäre entstammt. Um allerdings CO2 als Kohlenstoffquelle verwenden zu können, bedarf es einer Überführung des Kohlenstoffs in eine für die Hefe nutzbaren Form. Diesen Zwischenschritt übernehmen von den Wissenschaftlern eingesetzte photosynthetische Cyanobakterien oder Algen. Eine der von Blenners verwendeten Hefestämme produziert zum Beispiel Omega-3-Fettsäuren, die wichtig sind für die Gesunderhaltung von Herz, Augen und Gehirn. Eine andere bildet Monomere aus, die sich zu Kunststoffen wie Polyester polymerisieren und in einem 3D-Drucker zu wichtigen Kunststoffteilen verarbeiten lassen. Blenners Team arbeitet derzeit daran, mit Hilfe von Yarrowia lipolytica viele unterschiedliche Monomere zu gewinnen, um eine größere Zahl unterschiedlicher Polymeren für unterschiedliche Anwendungen herstellen zu können. Bislang liefern die entwickelten und getesteten Hefestämme nur geringe Mengen an Polyestern oder Nährstoffen. Doch die Wissenschaftler arbeiten an einer Steigerung der Produktionsmenge – nicht allein mit dem Fokus auf die Anwendung in der Raumfahrt. Einen sinnvollen Einsatz ihrer biotechnologischen Hefeproduktionsstätten sehen sie zum Beispiel auch im Bereich von Fischzuchten: Omega-3-Fettsäuren erweisen sich nicht nur für uns Menschen als wichtig. Auch Zuchtfischen sind sie eine wertvollen Nahrungsergänzung. Blenner und sein Team sind nicht die einzigen Wissenschaftler, die mit biotechnologisch veränderten Hefestämmen arbeiten, um mit ihrer Hilfe etwa die Grundbausteine von Polymeren zu gewinnen. Andere Gruppen nutzen indes offenkundig keine „biologischen Abfälle“, sondern raffinierten Zucker als Nährlösung für ihre Hefestämme. Hier liege der große Unterschied, schreiben die Wissenschaftler. Zudem habe nicht jeder es verstanden, die Hefe anwendungsorientiert in vergleichbarer Weise zu optimieren. GD Weitere Informationen Film zum Beitrag: http://bit.ly/acsmars

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  • Häuser im Polymer-Gewand

    Illustration einer fertigen Gebäudefassade. (Bild: Professur für Entwerfen und Gebäudehülle / TUM) Architekten der Technischen Universität München (TUM) haben ein multifunktionales und lichtdurchlässiges Fassadenelement entwickelt, das mit dem 3D-Drucker produziert werden kann. Die Technik erlaubt eine völlig freie architektonische Gestaltung, und innovative Design-Konzepte lassen sich problemlos realisieren. Außerdem sind in der neuen Fassade Funktionen wie Lüftung, Dämmung oder Verschattung bereits integriert. Das 60 Zentimeter breite und einen Meter hohe Muster-Bauteil aus Kunststoff ist schneeweiß und wirkt sehr filigran. Licht scheint diffus durch die Oberfläche. Kaum zu glauben, dass dieses Material ein Gebäude vor Wind und Wetter schützen kann. Bei dem Bauteil handelt es sich um ein funktionsintegriertes Fassadenelement aus dem 3D-Drucker. Moritz Mungenast, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Entwerfen und Gebäudehülle der TUM hat das Projekt initiiert und es gemeinsam mit seinem Team umgesetzt. „Tatsächlich ist das Fassadenelement nicht nur sehr stabil, sondern auch lichtdurchlässig und multifunktional“, sagt Mungenast. Zellen im Inneren sorgen beispielsweise für Stabilität und schaffen gleichzeitig luftgefüllte Hohlräume für eine optimale Dämmung. Wölbungen des Materials spenden Schatten. Eingelagerte, dünne Röhren lassen die Luft von einer Seite zur anderen zirkulieren – optimale Belüftung ist damit garantiert. Und eine mikrostrukturierte Oberfläche sorgt für optimale Akustik. All diese Funktionen sind skalierbar und lassen sich ohne extra Kosten individuell an verschiedene Anforderungen anpassen. Das Geheimnis der Welle Moritz Mungenast am 3D-Drucker. (Foto: Andreas Heddergott / TUM) „Der 3D-Druck gibt uns nie dagewesene Gestaltungsmöglichkeiten. Wir können diese Freiheit nutzen, um Funktionen wie Lüftung, Verschattung und Klimatisierung zu integrieren. Das macht teure Sensoren, Steuerungsprogramme und Motoren, die man bisher benötigt, überflüssig“, erklärt der Architekt. Die Designstudie, die sein Team erstellt hat, zeigt, wie ein Gebäude mit der neuen Lowtech-Fassade aussehen könnte: Kunststoff umhüllt das Bauwerk wie ein luftiges, weiches Tuch. Die Wirkung wird verstärkt durch die gewellte Oberfläche, die dem Fassaden-Konzept seinen Namen gab: Fluid Morphology. Wie Wasserwellen, die entstehen, wenn mehrere Steine in einen windstillen See geworfen werden, überlagern sich die Strukturen: Die Fassade hat große Ausbuchtungen, tritt an einigen Stellen vor, an anderen zurück. Sie ist zudem nicht überall gleich dick – die Variationen erzeugen ein weiteres Wellenmuster. „Design und Funktion hängen eng zusammen“, erklärt Mungenast. „Wir können beispielsweise die Wellen so anordnen, dass sie die Fassade im Sommer vor Hitze schützten und im Winter möglichst viel Licht durchlassen.“ Langzeittests unter Realbedingungen Die Elemente sollen auf der Solarstation auf dem Dach des TUM-Hauptgebäudes getestet werden. (Foto: Professur für Entwerfen und Gebäudehülle / TUM) Doch wie viel Licht dringt wann und wo durch die neuen, gedruckten Fassaden-Elemente? Wie gut halten sie UV-Strahlung, Windbelastung, Regen und Schnee stand? Wie effizient ist die Dämmung? Eine Langzeitmessung eines kompletten Fassadenelements von 1,6 x 2,8m Größe auf der Solarstation, einem Versuchsstand auf dem Hauptgebäude der TUM in der Münchner Arcisstraße, soll Antworten liefern. Ein Jahr lang werden Sensoren Daten sammeln, mit deren Hilfe die Architekten dann ihr Design noch verbessern wollen, bevor sie einen weiteren Prototyp aus Polycarbonat, einem zugelassenen Fassadenmaterial, fertigen. Zukünftige Einsatzmöglichkeiten sieht Mungenast zunächst bei Sonderbauten wie Museen, Bibliotheken, Einkaufzentren oder Versammlungsräumen: „Spezielle Lösungen sind hier besonders gefragt, und es spielt keine Rolle, dass die Kunststofffassaden aus dem 3D-Drucker nicht gänzlich transparent sind wie Glasscheiben, sondern transluzent. Das durchscheinende Licht erzeugt eine ganz eigene, durchaus reizvolle Atmosphäre.“ Video zum Projekt Film: Individuelle Gebäudehülle aus dem Drucker

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  • Neue Wege in der Verwertung von Altreifen

    Thema des Monats Von Guido Deußing Berge aus alten Lkw-Reifen, Fa. MRH Mülsen. Foto: Stefan Hoyer Jedes Jahr fallen weltweit über 1,5 Milliarden Altautoreifen an. Würde man sie aufeinanderstapeln, ließe sich mit dem Reifenturm die Entfernung von der Erde bis zum Mond überbrücken, rund 380.000 Kilometer. Bislang wird in Deutschland ein Drittel der Altreifen thermisch verwertet, sprich: sie werden verbrannt. Wissenschaftler der Technischen Universität Chemnitz haben sie auf die Suche nach einer ökologisch wertvolleren Verwertung von Elastomeren aus Altreifen gemacht. Wohin nur mit all den vielen Altreifen? Runderneuern lässt sich ein Pneu nicht unbegrenzt, irgendwann ist die Verschleißgrenze erreicht und dann heißt es bislang oft: rein in den Ofen. Zumindest gestaltet sich so das Schicksal der meisten Altreifen. Dabei wäre den einstigen Hochleistungsträgern eine höherwertige Verwendung zu wünschen. Der Reaktruder vermahlt die Elastomer-Reste. Dr. Stefan Hoyer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Strukturleichtbau der TU Chemnitz, begutachtet das Feinmehl. Foto: Hendrik Schmidt Apropos Leistungsträger: Ein konventioneller Autoreifen hat unterschiedlichsten Belastungen standzuhalten. Es soll auf lockerem Schotter wie auch auf heißem oder regennassen Asphalt sicher und zuverlässig greifen; er soll unter größter Hitze und eisigster Kälte sein Rolle sicher ausführen, ohne zu viel Substanz zu verlieren oder Lärm zu produzieren, und nicht zuletzt hat er die Schockbehandlung beim Auffahren auf harte Bordsteinkanten oder auch waghalsige Bremsmanöver möglichst unbeschadet zu überstehen. Ein moderner Autoreifen ist – mag man es ihm auch nicht auf Anhieb ansehen – fürwahr ein Hightech-Produkt, das sich, der Vollständigkeit halber, in keiner Weise mit den ersten seiner Art vergleichen lässt. Ein Autoreifen ist eine Komposition aus Gummi – sprich vulkanisiertem Kautschuk –, Textilien und Stahl. Zur Herstellung des Gummi werden heute vorwiegend Naturkautschuk (NR) sowie Synthasekautschuke wie Styrol-Butadien (SBR) und Polybutadien (PB) verwendet, die durch den Zusatz von bis zu 200 unterschiedlichen Füllstoffen und Additiven hochveredelt und straßentauglich gemacht werden (LINK). Während die Hauptbestandteile eines Reifengummis allgemein wohlbekannt sind, hüllen sich die Reifenhersteller über die Reifenrezeptur und das Herstellungsverfahren in tiefes Schweigen. Schließlich will man dem Mitbewerber nicht das Geheimnis seines Erfolges verraten. Da der praktische Einsatz eines Reifens auf der Straße den Einsatz einer Komposition aus so vielen verschiedenen Materialien und Stoffen verlang, existiert eine Vielfallt hersteller- und modellspezifischer Rezepturen. Dies führt zu großen Problemen für das werkstoffliche Recycling, da eine sortenreine Auftrennung nicht möglich ist. Elastomere sind ein sensibel reagierendes Ergebnis der Mischungszusammensetzung. Artfremde Mischungsbestandteile können leicht zu ungewollten Wechselwirkungen führen. Daher werden, wenn überhaupt, meist nur sehr geringe Mengen Rezyklat zur Herstellung neuer Reifen verwendet und auch nur für unkritische Komponenten wie etwa die Lauffläche. Altreifen zu deponieren ist jedoch wenig sinnstiftend und in der EU zudem seit 2006 verboten – wie hoch soll der Reifenberg denn werden? Bleibt also die thermische Verwertung, die sinnvoll ist, nicht aber der Weisheit letzter Schluss. Hinzu kommt, dass durch den Entfall der sogenannten „Heizwertklausel“ des Kreislaufwirtschaftsgesetztes (§ 8, Abs. 3) zum 01.06.2017 auch eine Verbrennung nicht mehr ohne weiteres möglich ist. Denken wir daher noch einmal intensiv über die Möglichkeiten einer werkstofflichen Verwertung nach. Genau das haben Wissenschaftler vom Institut für Strukturleichtbau der Technischen Universität in Chemnitz getan und sind dabei auf ganz interessante Lösungsansätze gestoßen. Die Experten aus dem Bereich Extrusionstechnologien und Recycling sprechen bei ihrem Ansatz von einer gleichsam intelligenten wie effizienten Lösung: Granulat aus Lkw-Reifen 2–5 mm (links) und daraus im Warmmahlextruder hergestelltes Gummimehlrezyklat ≤ 800 µm (rechts). Foto: Stefan Hoyer Bisher wurden Altreifen – so sie denn in die werkstoffliche Verwertung gehen, was mit etwa jedem dritten Altreifen passiert – meist zu relativ groben Granulaten zerkleinert und mit Bindemitteln zu Boden- und Fallschutzmatten oder Gummischichtungen für den Automobilbau gepresst. Ebenso gut können diese Granulate zur Herstellung von Kunstrasen für Sport- und Spielplätze verwendet werden. Das war es dann auch schon. Den Wissenschaftlern an der der TU Chemnitz reichte das nicht, sie haben neue Werkstoffe mit hoher Qualität und Leistungsfähigkeit im Fokus. Sozusagen eher feinere Sachen, und die erfordern eine andere Behandlung. Der Schlüssel ist die Größe und Feinheit des Granulats. Ziel der Wissenschaftler um Dr. Stefan Hoyer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Strukturleichtbau der TU Chemnitz, war es daher, das Altreifengummi zu feinstem Gummi-Mehl zu zermahlen und es dann, mit thermoplastischen Kunststoffen gemischt, weiterzuverarbeiten. Wie sich zeigt, lassen sich die in diesem Prozess erzeugten Thermoplast-Elastomer-Compounds einschmelzen und im Spritzgießverfahren zu komplexen Bauteilen verarbeiten. Den Produkten, die dabei entstehen, sei nicht anzusehen, dass sie früher einmal Reifen waren, schreibt die TU Chemnitz in einer Presseerklärung. Gummimehl, hergestellt aus Altreifen. Foto: Stefan Hoyer Für ihre Art der Wiederverwertung entwickelten Stefan Hoyer und Kollegen eine ganz neue Verarbeitungstechnologie: die einstufige Direkt-Extrusion. Der Clou dabei ist, die Compoundierung und die Profilextrusion, also das Mischen der Ausgangsstoffe und das Formgeben, zu kombinieren. „Wir sparen einen Prozessschritt, reduzieren den Energieverbrauch und schützen das Material vor thermischen Schäden“, sagt Stefan Hoyer. Auf diese Weise ließen sich endloslange hochwertige Matten für Verschleiß- und Schallschutz hergestellt. Hoyer und seine Kollegen sind derart guter Dinge, was die Qualität und Zukunftsfähigkeit ihrer Forschung anbelangt, dass sie bereits darüber nachdenken, in die Serienfertigung zu gehen: „Aktuell sind wir noch in der Phase der Markteinführung, kooperieren aber bereits mit einer Firma aus der Region.“ Nach dem Motto, eine Lösung ist keine Lösung, haben sich die Chemnitzer Wissenschaftler an einen zweiten Ansatz herangewagt. Dabei hatten Stefan Hoyer und Kollegen die Verbesserung einer Technologie im Blick, die sich nun bereits international im Einsatz befindet: Es ginge darum, die Wiederverwertung technischer Elastomeren zu optimieren, sagt Stefan Hoyer. Werfen wir einen Blick auf die Details: Technische Elastomere sind Gummimaterialien, die vielfach zum Einsatz kommen, etwa in Form von Dichtungsringen. Bei deren Herstellung fällt meist viel Ausschuss an, der kostspiel zu entsorgen sei. Ihre Methode zielt darauf an, diese Reststoffe so aufzubereiten, dass sie sehr leicht in den Herstellungsprozess zurückgeführt werden können, schildert Hoyer. Das in der Regel sortenreine Rezyklat wird einfach wieder unter die Ausgangsstoffe gemischt und in den Prozess gegeben. Der Reaktruder - Maschine zur sortenreinen Warmvermahlung von technischen Elastomeren. Foto: Stefan Hoyer Als Rezyklat wird das Feinmehl bezeichnet, das aus den Produktionsresten erzeugt wird und in der Regel zwischen 600 und 200 µm groß ist. Es wird im sogenannten „Reaktruder“ unter hoher mechanischer Belastung vermahlen. Dabei wird ein Effekt genutzt, der in der Formel 1 als „Graining“ bekannt ist: Graining oder Körnen ist eine Folge der Überlastung von Rennreifen. Der Reifengummi, insbesondere bei Slick, kann durch Antriebs- und/oder Seitenführungskräfte seine Struktur nicht mehr aufrechterhalten und „schält“ sich. Die dabei entstehenden Gummischnipsel verklumpen sich und kleben an der Lauffläche des Reifens. Das Graining reduziert die Reifenauflagefläche und verändert damit die Oberflächentemperatur des Reifens. Die Temperatur des Reifens ist entscheidend für das Grip-Niveau. Zwar ist die Warmmahlextrusions-Technologie nicht neu, Hoyer und Kollegen haben sie aber weiterentwickelt und optimiert. Ziel sei es unter anderem gewesen, die Prozessstabilität zu verbessern, die Reinigung zu vereinfachen, die Baugröße kompakter zu gestalten und der Verschleiß zu reduzieren. Und ihr Verfahren ermöglicht es erstmals auch kleinste Chargen wirtschaftlich sortenrein zu recycelen, ist Stefan Hoyer überzeugt. Und ganz nebenbei habe man den Energieverbrauch des Prozesses um etwa 60 Prozent vermindern können. Reaktruder - Technikumsanlage des Fraunhofer IWU Chemnitz. Foto: Stefan Hoyer Hoyer und Kollegen hatten bei ihrer Arbeit potenzielle Interessenten im Blick: Ihre Technologie biete insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen (KMUs) die Chance, im eigenen Betrieb anfallende Reststoffe eigenständig zu verwerten. Ihre Methode stelle ein effizientes Werkzeug zum Recycling von Elastomeren dar, sagt Stefan Hoyer, mit dem sich Ausgangsrohstoffe nachhaltig nutzen und wiederverwertet lassen. Einsparungen in Sachen Energiebedarf, Entsorgungskosten, Ressourcen und CO2-Ausstoß sind weitere positive Effekte. Damit ist das Ende der Fahnenstange jedoch noch nicht erreicht, sagt Stefan Hoyer: „Wir haben noch viel vor.“ Unter anderem hoffen die Wissenschaftler der TU Chemnitz auf Fördermittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), um im Rahmen des Bundesexzellenzclusters MERGE unter anderem die Rezepturen von Thermoplast-Elastomer-Compounds weiter zu verbessern. Darüber hinaus richtet sich der Blick der Wissenschaftler auch auf die die Arbeit an Duroplasten und anderen Elastomer-Kompositionen. Um das Thema Nachhaltigkeit im Bereich der Kautschukverarbeitung auch in die Praxis zu bringen, wurde auf Initiative der Chemnitzer Forscher außerdem das Unternehmensnetzwerk „ ElastoTech “, nachhaltige Technologien für hochelastische Polymerkomposite, gegründet. Damit untermauert Stefan Hoyer das Ziel der der Wissenschaftler des Instituts für Strukturleichtbau der TU Chemnitz: „Neue Werkstoffe zu entwickeln, zu charakterisieren und effiziente Verarbeitungstechnologien für die Praxis zu entwickeln.“ K-Online wünscht viel Erfolg. Referenzen [1] Hoyer S., Kroll L., Nendel, W. et al.: Werkstoffliches Recycling von Elastomeren in Theorie und Praxis. In: GAK Gummi Fasern Kunststoff, 67. Jahrgang (2014), Nr. 12, S. 752–761 [2] Hoyer, S.: Neuartige Warmmahltechnologie zum Recycling von Elastomeren und Analyse prozessbedingter Eigenschaften. Chemnitz, Technische Universität Chemnitz, Institut für Strukturleichtbau, Dissertation, 2014. Dr. Hut Verlag, München, 2015; ISBN 9783843921275

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  • Ein Auto vom Rübenacker

    Die Studierenden der Technischen Universität Eindhoven mit "Lina". Bild: Bart van Overbeeke Wenn Autos nicht mehr vom Industrieband liefen, sondern auf Feldern wüchsen. Das wäre aus verschiedenen Gründen schön, ist und bleibt aber eine Utopie. Dessen ungeachtet gibt es gute Ansätze, Autos zu einem großen Teil aus nachhaltig hergestellten, agrarbasierten Werkstoffen zu produzieren. Studierende der Technischen Universität in Eindhoven zeigen am Beispiel von „Lina“, was mit Feldfrüchten vom Rübenacker möglich ist. Studierende der Technischen Universität Eindhoven haben nach eigenen Angaben das weltweit erste Auto aus rein biobasierten Verbundwerkstoffen hergestellt. Fahrgestell, Karosserie und Innenausstattung von „Lina“, so der Name ihres Fahrzeugs, seien vollständig aus natürlichen Materialien gefertigt. Bei einem Eigengewicht von nur 300 Kilogramm bietet Lina vier Personen Platz und garantiere einen supereffizienten Betrieb bei minimiertem Treibstoffverbrauch. Die niederländische Fahrzeugbehörde attestiert Lina uneingeschränkte Verkehrstüchtigkeit. Die Leichtigkeit und gleichsam hohe Stabilität des Fahrzeugs basiere auf der Wabenstruktur des biobasierten Kunststoffverbunds, hergestellt aus Polymilchsäure (Polyactide, PLA), zu einhundert Prozent aus Zuckerrüben gewonnen. Eingehüllt ist diese Kernstruktur mit Bioverbundplatten auf Basis von Flachsfasern; aus Flachs ist auch die Karosserie gefertigt. Die Nutzpflanze Fachs wird unter anderem in den Niederlanden angebaut und dort verarbeitet. Die Werkstoffverbünde Werkstoffverbund seien in puncto relevanter Materialeigenschaften vergleichbar mit konventionellen Glasfaserverbünden, jedoch deutlich nachhaltiger. GDeussing

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  • Die ungeahnte Kraft von Brustimplantaten

    Brustimplantat. Bild: istock / LockieCurrie Können Brustimplantate Kugeln stoppen? Das gerade nicht. Jedoch scheint es, als könnten implantiere Silikonkissen die Schusswirkung erheblich vermindern … Der Schuss wurde aus nächster Nähe abgefeuert. Das Projektil traf die Frau von vorn in die Brustwarze und trat seitlich in Höhe der Achselhöhle wieder aus dem Körper. Die Frau überlebte wie durch ein Wunder – oder weil sie sich die Brust mit einem 370 Kubikzentimeter voluminösem Kochsalzlösung gefülltem Implantat aus Silikon hatte vergrößern lassen? Der Befund machte Christopher Pannucci stutzig und inspirierte den Facharzt für plastische und wiederherstellende Chirurgie an der Universität in Utha, USA, zu einem Experiment. Ist ein mit Kochsalzlösung gefülltes Brustimplantat aus Silikon in der Lage ist, die Wundballistik, also das Verhalten eines Geschosses nach seinem Eindringen in einen menschlichen Körper, zu beeinflussen? Das war die alles entscheidende Frage. Was der Wissenschaftler und seine Kollegen herausfanden, darüber berichten sie im Journal of Forensic Sciences (DOI: 10.1111/1556-4029.13589). Blick auf das Versuchsdesign Auf der Suche nach einer Antwort, griffen die Wissenschaftler zur Schusswaffe und legten an und zwar auf Brustimplantate. Zugrunde legten sie dabei ein besonderes Versuchsdesign, wobei sie auf in der kriminaltechnischen und forensischen Ballistik übliche Hilfsmittel stützen. Insbesondere verwendeten Sie zur Auswertung ihrer Schussergebnisse transparente ballistische Gelantine, mit der man das Eindringen von Projektilen in weiche Körper simulieren kann. Ihre Transparenz macht es möglich, einen Schusskanal (temporäre Wundhöhle) eines Projektils sowie die die Wirkung von Splittern besonders gut nachvollziehen. Obendrein lassen sich bei der Herstellung der Gelatineblöcke Gegenstände in die Gelatine einbetten, Tierknochen oder synthetische Körper etwa, um möglichst realitätsnahe Aussagen über das Verhalten von Geschossen, Klingen und anderen wundbildenden Gegenständen im Körper eines Tieres oder eines Menschen treffen zu können. In der Kriminalistik wird ballistische Gelatine auch dazu verwendet, um Projektile aus sichergestellten Waffen nach dem Abfeuern auf schonende Weise aufzufangen, um sie mit Tatprojektilen vergleichen zu können. Diese Vorgehensweise basiert auf der Erkenntnis, dass jeder Waffentyp charakteristische Schleifspuren auf einem Projektilen hinterlässt. Diese Spuren bilden mehr oder weniger das Analogon zum menschlichen Fingerabdruck. Feuer frei Christopher Pannucci und Kollegen feuerten aus zweieinhalb Metern Entfernung auf einen Block aus ballistischer Gelantine. Das Projektil durchschlug die Oberfläche und drang, der Schusskanal war deutlich sichtbar, in den transparenten Block ein. Die Wissenschaftler befestigten daraufhin an einem anderen Gelantineblock und zwar dort, wo die Gelantine vom Projektil getroffen wird, ein Brustimplantat. Dann wiederholten sie das Schussexperiment. Das Projektil brachte das Implantat beim Auftreffen zum Platzen und drang ebenfalls in die ballistische Gelantine. Die Wissenschaftler griffen zum Maßband und verglichen die beiden Eindringtiefen – mit und ohne Implantatkissen. Das Resultat war eindeutig: Laut Pannucci et al. wies das Projektil, das das Silikonkissen durchschlug eine um mehr als 20 Prozent geringere Eindringtiefe in den Block aus ballistischer Gelantine auf. Auch bei mehrfacher Wiederholung des Versuchs. Also, folgern die Wissenschaftler, können Brustimplantate die Einschlagsenergie und damit die Eindringtiefe sowie auch die Bewegungsverlauf durch menschliches Gewebe beeinflussen und reduzieren. Pannucci et al. spekulieren, dass nicht allein Schusswirkungen abgemildert werden, sondern dass auch andere Art von Gewaltwirkung, wie sie bei einem Schlag, Sturz oder Aufprall entsteht, abgemildert werden können. Ungeachtet dieser Erkenntnis und der schützenden Wirkung des Kunststoffkissens aus Silikon und dessen Füllung raten die Wissenschaftler davon ab, aus ihren Ergebnissen vorschnell falsche Schlüsse zu ziehen. Wer glaubt, ein Implantat ersetze die kugelsichere Weste, der irrt. Obendrein führe die Einwirkung von Gewalt eben auch nicht selten zur vollständigen Zerstörung des Implantats. Dessen Inhalt kann austreten und unter anderem Entzündungen hervorrufen. Im schlimmsten Fall könne ein zerstörtes Brustimplantat die Entfernung der Brust (Mastektomie) zur Folge haben. GD

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  • Zitruskraft für bessere Polycarbonate

    Spanische Forscher haben sich mit der Frage beschäftigt, wie sich Bisphenol A, etwa bei der Herstellung von Polycarbonaten, durch eine unbedenkliche natürliche Zutat ersetzen lässt. Sie sind auf eine Lösung gestoßen, die nur in einem Land gedeihen konnte, das bekannt ist für den Anbau von Zitrusfrüchten ... Es gibt Anwendungen, die verlangen nicht nur dem Menschen einiges ab, sondern auch den eingesetzten Materialien. Kampfpiloten etwa, die mit Überschallgeschwindigkeit durch den Luftraum donnern, überschreiten häufig körperlich Leistungsgrenzen, an die kein "Otto-Normalo" je heranreicht. Ähnlich verhält es sich mit den Fenstern, durch die der Pilot in seinem Düsenjet schaut, sofern er nicht zum Blindflug ansetzt: Einfaches Glas würde unter dem Druck, der auf den Scheiben lastet, in Windeseile bersten. Nicht aber spezielle transparente Kunststoffscheiben aus Polycarbonat. Leistungsträger Polycarbonat Quelle: istock / PerWilhelmsson Polycarbonate sind Hochleistungswerkstoffe. CDs, DVDs und Blue-ray-Disketten werden aus Polycarbonat gefertigt, ebenso einbruchsichere Verglasung, Solarpaneelen, Schutzhelme, Visiere und vieles mehr – wenn zentrale Aspekte wie Sicherheit oder spezielle Lösungen gefragt sind, braucht es eben Werkstoffe mit Pfiff! Nur kriegt man werkstoffliche Hochleistungsträger selten ohne den Einsatz von entsprechendem Know-how und einer ausgeklügelten Technik. Im Fall der Polycarbonate spielen zudem die Zutaten eine gewisse Rolle. Um Polycarbonate herstellen zu können, brauchte es Bisphenol A, das ist eine chemische Verbindung, die von einigen Ländern der Welt als gefährlich eingestuft wurde. Was der russische Chemiker Alexander Dianin zum Beispiel nicht wusste, als er Bisphenol A 1891 erstmals im Labor synthetisierte: Bishenol A hat nämlich, wie Untersuchungen ergaben, eine ähnliche Wirkung wie das weibliche Geschlechtshormon Östrogen. "Vitamin C" führt zur Lösung Gelangt Bisphenol A also in die Umwelt, was sich nur in begrenztem Umfang vermeiden lässt, kann es sich anreichern und über den Nahrungs- und Wasserkreislauf in den menschlichen und tierischen Organismus gelangen. Dort angekommen, wäre Bisphenol A in der Lage, den Hormonhaushalt zu beeinflussen – mit möglicherweise fatalen Folgen für die Gesundheit. Wissenschaftler am Institut für chemische Forschung von Katalonien im spanischen Barcelona haben nun aber eine interessante Entdeckung gemacht. Sie sind überzeugt: Ja, man kann Bisphenol A durch eine natürliche, ungefährliche Substanz ersetzen. Die Idee, sie konnte nur in einem der weltweit führenden Länder im Anbau von Zitrusfrüchte entstehen, sieht vor, Bisphenol A durch Limonen, das in Orangen und Zitronen enthalten ist, zu substituieren und damit nicht nur ein umweltfreundlicheres Polymer herzustellen, sondern auch eines, das – man höre und staune – über bessere thermische Eigenschaften verfügt als klassische Polycarbonate. Das haben die Wissenschaftler herausgefunden. Allerdings stehen sie ganz am Anfang ihrer Arbeit und viele Fragen sind noch nicht geklärt. Ungeachtet dessen sehen die Experten einer schrittweisen Substitution von Bisphenol A durch Limonen, das, am Rande bemerkt, in Reaktion mit Kohlendioxid (!) zu Polycarbonat umgewandelt wird, entgegen. Die Zukunft wird es bringen: Derzeit verhandeln die Wissenschaftler mit Partner aus der Wirtschaft über eine industrielle Herstellung von Limonen-Biomaterialien. GD Literatur Nicole Kindermann, Àöex Cristòfòl undArjan W. Kleij, Access to Biorenewable Polycarbonates with unusual Glas-Transition Temperature (Tg) Maulation, ACS Catalysis 7 (2017) 3260-3863

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  • Weiches Kunststoffherz auf dem Prüfstand

    Quelle: istock / yodiyim Das Kunstherz imitiert ein menschliches Herz so gut wie möglich. (Bild: Zurich Heart) ETH-Forschende aus der Gruppe für Funktionelles Material-Engineering haben ein Silikonherz entwickelt, das sehr ähnlich pumpt wie ein menschliches Herz. Gemeinsam mit Kollegen von der Professur für Produktentwicklung und Konstruktion haben sie geprüft, wie gut es funktioniert. Unverkennbar – was da schlägt, sieht aus wie ein echtes Herz. Und dies ist auch das Ziel des ersten weichen Kunstherzens: möglichst nah am natürlichen Vorbild zu sein. Entwickelt hat dieses Silikonherz Nicholas Cohrs. Er ist Doktorand in der Gruppe von Wendelin Stark, Professor für Funktionelles Material-Engineering an der ETH Zürich. Der Grund, warum die Natur hier Vorbild sein sollte, ist einleuchtend: Heute existierende Kunstherzen haben viele Nachteile. Die Mechanik ist anfällig auf Störungen. Zudem kommen die derzeitig verwendeten Kunstherzen ohne Puls aus, wobei noch unklar ist, welche Folgen dies für den Körper haben könnte. "Ziel muss also sein, ein Herz zu entwickeln, das ungefähr die gleiche Grösse hat, wie das eines Patienten und welches das menschliche Herz in Form und Funktion so gut wie möglich imitiert", sagt Cohrs. Ein gut funktionierendes Kunstherz zu haben, wäre indes mehr als nötig: Rund 26 Millionen Menschen weltweit leben mit einer Herzinsuffizienz und Spenderherzen sind Mangelware. Mit mechanischen Kunstherzen und Herzunterstützungssystemen werden die Wartezeiten von schwerkranken Patientinnen und Patienten überbrückt, bis sie ein Spenderherz erhalten oder das Herz sich von selber wieder erholt. Hintergrund: Silikone Silikone (auch Silicone; Einzahl: das Silikon oder Silicon), chemisch genauer Poly(organo)siloxane, ist eine Bezeichnung für eine Gruppe synthetischer Polymere, bei denen Siliciumatome über Sauerstoffatome verknüpft sind. Die Bezeichnung „Silikone“ wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von dem englischen Chemiker Frederic Stanley Kipping (1863–1949) eingeführt. Lesen Sie weiter bei WIKIPEDIA Das weiche Kunstherz wurde mittels 3D-Drucker aus Silikon hergestellt, wiegt 390 Gramm und hat ein Volumen von 679 cm3. "Es handelt sich um einen Silikon-Monoblock, der ein kompliziertes Innenleben hat", erläutert Cohrs. Wie ein echtes Menschenherz besteht auch dieses Kunstherz aus einer rechten und einer linken Herzhälfte. Anders als beim menschlichen Herzen werden diese aber nicht durch eine Scheidewand sondern durch eine zusätzliche Kammer getrennt. Diese wird durch Luftdruck bewegt und ist nötig, um die Flüssigkeit aus den Blutkammern zu pumpen und ersetzt so die Muskelkontraktion des menschlichen Herzens. Video zu "Kunstherz auf dem Prüfstand" In eine neue Richtung denken Ob dieses Kunstherz auch funktioniert, hat Anastasios Petrou getestet. Er ist Doktorand bei der Professur für Produktentwicklung und Konstruktion von ETH-Professor Mirko Meboldt. Die Resultate des Versuchs publizierten die jungen Forscher soeben im Fachmagazin "Artifical Organs". Die Forscher konnten beweisen, dass das weiche Kunstherz grundsätzlich funktioniert und sich sehr ähnlich bewegt wie das menschliche Pendant. Ein Problem hat das künstliche Herz aber: Bis jetzt steht es nur rund 3000 Schläge durch, was einer Laufdauer von etwa einer halben bis einer dreiviertel Stunde entspricht. Danach hielt das Material der Belastung nicht mehr Stand. Cohrs erklärt: "Es handelt sich bei diesem Versuch klar um einen Machbarkeitstest. Unser Ziel war nicht, ein implantierbares Herz vorzustellen, sondern bei der Entwicklung von künstlichen Herzen in eine neue Richtung zu denken." Natürlich müssten noch die Reissfestigkeit des Materials und die Leistung entscheidend erhöht werden. "Zurich Heart" bringt Forschende zusammen Die ETH-Forscher entwickelten eine spezielle Versuchsanordnung, um ihr Kunststoffherz auf Funktionalität zu prüfen. Foto: Zurich Heart Kennengelernt haben sich Cohrs und Petrou im Rahmen des Zurich Heart, einem Flagship Projekt der Hochschulmedizin Zürich. Dieses Projekt bringt Forschende aus rund 20 Forschungsgruppen aus verschiedenen Fachgebieten und Institutionen zusammen. Während die einen an Verbesserungen für Herzpumpen arbeiten, wie zum Beispiel die Blutschädigung durch die mechanische Einwirkung der Pumpe reduziert werden kann, erforschen die andern extrem elastische Membranen oder biologisch besonders verträgliche Oberflächen. Dies geschieht in sehr engem Austausch mit den Klinikern in Zürich und Berlin. Der rege Austausch unter den Forschenden kam auch diesem Teilprojekt des Zurich Heart zu Gute. Die Maschinenbauingenieure der ETH Zürich, welche die Herzpumpen verbessern, haben ein Modul entwickelt, mit dem sie den menschlichen Herzkreislauf nahezu perfekt simulieren können. Für ihre Tests schlossen die Forscher das Silikonherz an dieses System, in dem eine Flüssigkeit mit vergleichbarer Viskosität wie Blut zirkuliert, an. "Vermutlich ist unser System momentan eines der Besten der Welt", sagt Petrou nicht ohne Stolz. Am Herzen zu forschen, ist eine reizvolle Aufgabe. Cohrs und Petrou möchten diesem Forschungsgebiet jedenfalls treu bleiben. "Ich hätte nie gedacht, dass ich als Maschinenbauer je ein weiches Herz in Händen halte. Nun bin ich so fasziniert von dieser Forschung, dass ich gerne an der Entwicklung von Kunstherzen weiterarbeiten möchte", sagt Petrou. Literatur Nicholas H. Cohrs, Anastasios Petrou, Michael Loepfe, Maria Yliruka, Christoph M. Schumacher, A. Xavier Kohll, Christoph T. Starck, Marianne Schmid Daners, Mirko Meboldt, Volkmar Falk, Wendelin J. Stark, A Soft Total Artificial Heart – First Concept Evaluation on a Hybrid Mock Circulation, Artificial Organs, 10. Juli 2017, DOI: 10.1111/aor.12956

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