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Die Chemie des Lichts

Mit Photopolymeren haben wir jeden Tag zu tun, oft ohne es zu wissen. An der TU Wien forscht ein großes, erfolgreiches Team an den Chemikalien, die bei Bestrahlung mit Licht ihre Eigenschaften ändern. Die internationale Photopolymer-Community trifft sich nun bei einer Konferenz in Wien.

Licht der richtigen Wellenlänge ändert die Eigenschaften von Photopolymeren.

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Licht der richtigen Wellenlänge ändert die Eigenschaften von Photopolymeren.

Licht der richtigen Wellenlänge ändert die Eigenschaften von Photopolymeren.

Licht der richtigen Wellenlänge ändert die Eigenschaften von Photopolymeren.

© TU Wien

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Wenn Sie einen Gartenzaun streichen, dann können Sie in aller Ruhe warten, bis die Farbe trocken wird. Wenn in einer Druckerei jede Sekunde meterweise Hochglanzzeitschriften aus den Walzen rasen oder wenn am Fließband Getränkedosen lackiert werden, dann muss das schneller gehen. Fast jeden Tag haben wir Produkte in der Hand, die mit Hilfe von Photopolymeren hergestellt wurden. Sie werden in flüssigem oder gelartigem Zustand aufgetragen, durch die Bestrahlung mit Licht verbinden sich die Moleküle miteinander und formen eine feste Matrix. Die TU Wien ist heute ein wichtiges Zentrum dieses Forschungsbereichs. Von 9. bis 12. September findet hier das European Symposium of Polymer Science 2014 (ESPS) statt.

Vernetzung von Molekülen
„Photopolymere bestehen normalerweise aus verschiedenen Komponenten“, erklärt Prof. Robert Liska vom Institut für Angewandte Synthesechemie. „Sogenannte Photoinitiator-Moleküle werden durch die Bestrahlung mit Licht eines bestimmten Wellenlängebereichs verändert und lösen dann eine Reaktion aus, bei denen sich die verschiedenen Moleküle zu einem netzartigen Polymer verbinden.“

Man verwendet diese Technologie heute beispielsweise, um schützende Lackschichten auf Hochglanzzeitschriften aufzubringen. Auch die Druckfarbe selbst kann ein Photopolymer sein, das gleich nach dem Druck mit Licht ausgehärtet wird.

Mit Photopolymeren wird heute Papier genauso bedruckt wie Holzdekor oder Duschwände, aber In den letzten Jahren hat sich das Interesse der Forschungscommunity ausgeweitet: Ein ganz großes Thema sind heute bioverträgliche Materialien. „In speziellen 3D-Druckverfahren lassen sich heute winzige Strukturen mit einer Auflösung von deutlich unter einem Mikrometer herstellen“, sagt Prof. Jürgen Stampfl vom Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie. So kann man etwa ein maßgeschneidertes Gerüst bauen, auf dem sich dann lebende Zellen ansiedeln.

Man hofft, mit 3D-Druck-Techniken eines Tages auch Blutgefäße oder Knochenersatzmaterial herstellen zu können. Doch das ist freilich nicht mit jedem beliebigen Kunststoff möglich: „Das Polymer muss zum einen je nach Einsatzzweck ganz bestimmte physikalische Eigenschaften haben, zum anderen muss er bioverträglich sein und darf im Körper nicht zu unerwünschten Reaktionen führen“, erklärt Liska. Deshalb entwickelt er mit seinem Team an der TU Wien ganz unterschiedliche Photopolymere für unterschiedliche Anwendungen.

Ein wichtiges Gebiet ist für Liska und sein Team auch die Zahnmedizin: Wer eine Zahnfüllung bekommt, möchte nach Möglichkeit nicht lange auf das Aushärten warten. In im Christian Doppler Labor „Photopolymers in digital and restorative dentistry“ wird an der TU Wien mit Unterstützung der Firma Ivoclar Vivadent an neuen Verbindungen geforscht, die noch rascher mit Licht ausgehärtet werden können. Die Firma Lithoz wiederum, ein Spin-off der TU Wien, stellt mit Hilfe von Photopolymeren maßgeschneiderte technische Bauteile aus Keramik im 3D-Drucker her.

Große Konferenz an der TU Wien
Vom 9. bis 14. September versammelt sich die weltweite Photopolymer-Community in Wien: Bei der Konferenz ESPS geht es um neue Techniken, neue Materialien und neue Anwendungsideen aus dem Bereich Photopolymerisation und 3D-Druck. Über 250 Personen werden erwartet. „Materials and Matter“ ist einer der fünf Forschungsschwerpunkte der TU Wien, mehrere Forschungsgruppen des Hauses arbeiten im Bereich der Photopolymerisation zusammen. Speziell für hochpräzisen 3D-Druck ist nicht nur chemische Forschung sondern auch Kompetenz im Maschinenbau, Mechatronik und Lasertechnologie wichtig.