Nachhaltiges Materialdesign – in Kunststoff integrierte Elektronik kann wiederverwertet werden
Bei der Entwicklung und Fertigung innovativer Produkte spielt deren Nachhaltigkeit eine immer größere Rolle. Innovation bedeutet nicht mehr nur schneller, besser, günstiger, sondern auch energieeffizient, umweltfreundlich und vor allem recycelbar. Vom 17. bis 21. April stellt das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien auf der Hannover Messe neuartige Materialien und Methoden vor, die es ermöglichen, in Kunststoff eingebettete elektronische Komponenten bei Bedarf aus diesen zu lösen. Anschließend können Elektronik und Kunststoff separat wiederverwertet werden.
Moderne Anwendungen von Elektronik erfordern eine immer weitere Miniaturisierung. Dies betrifft nicht nur die Elektronik selbst, sondern auch ihre Kombination mit den Materialien, die sie halten und schützen. Konventionelle Bauteile sind oftmals zu sperrig und zu unflexibel. So ist es nicht verwunderlich, dass die Industrie immer mehr auf platzsparende Lösungen setzt. Der Gedanke, die Elektronikelemente direkt in ein Trägermaterial zu integrieren oder darauf zu drucken, liegt da auf der Hand. Sogenannte In-Mould- und Printed-Electronics-Technologien sind wirtschaftlich, ermöglichen neue Designs und sparen Platz, Gewicht und Material. Dies sind beste Voraussetzungen für ihren Einsatz in Fahrzeugen oder Haushaltsgeräten. Doch was passiert mit den Bauteilen, wenn sie ausgedient haben? Schon bei herkömmlichen Metall-Kunststoff-Bauteilen sind Materialtrennung und anschließendes Recycling schwierig, bei polymerintegrierter Elektronik war dies bislang nahezu unmöglich.
Im Projekt ReIn-E forscht das INM an recyclinggerechten Designs und nachhaltigen Materialien, die das Wiederverwerten der Komponenten ermöglichen. Ein Team um Prof. Tobias Kraus hat dazu eine Schicht entwickelt, die zwischen Polymer und Metall aufgebracht wird. Diese Trennschicht ist so beschaffen, dass sie während der Verwendung des Bauteils eine optimale Haftung der beiden Komponenten gewährleistet, bei Bedarf aber ermöglicht, Kunststoff und Metall wieder voneinander zu trennen.
Projektmitarbeiter Dr. Yannic Brasse erläutert das Vorgehen: „Kunststoffe, in welche leitfähige Materialien integriert werden sollen, werden zunächst mit einer dünnen Trennschicht versehen. Diese ist dabei nicht nur mit den üblichen Verarbeitungsmethoden kompatibel, sondern erhöht auch die Stabilität der Leiterbahnen. Das Material ist unbedenklich und kommt zum Beispiel in Lebensmittelverpackungen und Medikamenten bereits zum Einsatz. Im Projekt konnten wir zeigen, dass die Zuverlässigkeit der Bauteile nicht unter der Trennschicht leidet. Nach dem Ende eines Produktzyklus kann die Schicht gelöst werden; so lassen sich die Komponenten voneinander separieren und können anschließend recycelt werden.“
Neben der Entwicklung der Trennschicht widmet sich das INM im Projekt der Formulierung spezieller Pasten und Tinten für den Sieb- und Tintenstrahldruck. Es ergänzt damit die Projekt-Aufgaben der Partner aus Belgien und Deutschland: Die Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung druckt Elektronik und testet Leistung sowie Stabilität der gedruckten und integrierten Materialien. Dabei stellt das Technologieforschungszentrum Sirris die integrierten Bauteile auf der Grundlage der entwickelten Designs und Materialien her. Zuletzt entwickelt das auf „Urban Mining“ spezialisierte Centre Terre et Pierre neue Verfahren zur Rückgewinnung der Metalle und Polymere.
Das INM stellt seine nachhaltigen Materialien und Methoden in Halle 2 am Gemeinschaftsstand Saarland (B34) vor.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. Tobias Kraus
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien
Leiter Programmbereich Strukturbildung
Tel.: 0681 9300 389
E-Mail: tobias.kraus@leibniz-inm.de
Dr. Yannic Brasse
Programmbereich Strukturbildung
Tel.: 0681 9300 329
E-Mail: yannic.brasse@leibniz-inm.de
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