Materialforschung: Selbstheilender Kunststoff stopft Löcher

Vorbild Blutgerinnung: US-Forscher haben einen neuartigen, selbstheilenden Kunststoff entwickelt. Der bügelt nicht nur einige Kratzer aus, sondern kann sogar Löcher wieder füllen.

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Selbstheilender Kunststoff: Flüssigkeiten zu Gel zu Strukturmaterial
Selbstheilender Kunststoff: Flüssigkeiten zu Gel zu Strukturmaterial (Bild: Ryan Gergely/ University of Illinois)

Ein Stein oder ein Projektil durchschlägt eine Oberfläche - und nach einigen Stunden ist das Material fast wieder so stabil wie zuvor: Forscher von der Universität des US-Bundesstaates Illinois in Urbana-Champaign haben einen selbstheilenden Kunststoff entwickelt, der auch Löcher stopfen kann.

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Der Kunststoff wird von nebeneinander liegenden Kapillaren durchgezogen, in denen sich jeweils eine chemische Substanz befindet. Werden die Kapillaren verletzt, laufen die Flüssigkeiten aus und kommen miteinander in Kontakt. Sie bilden zunächst ein Gel. Das wiederum härtet in ein Polymer aus und stellt die Stabilität des Materials wieder her.

Auslaufen verhindern

Es sei eine Art nachgebaute Blutgerinnung, sagt Projektleiter Scott White. Wie bei dieser gelte es, die Schwerkraft zu bezwingen. Das erreichen die Forscher durch eine Gelbildung. "Die reaktiven Flüssigkeiten, die wir nutzen, bilden relativ schnell ein Gel, das sofort auszuhärten anfängt." Das sei nötig, damit die Chemikalien nicht einfach ausliefen.

Da sich aber zuerst ein Gel und noch nicht gleich Strukturmaterial bilde, könnten die Flüssigkeiten an dem Gel entlangfließen. Durch das Nachführen von mehr Flüssigkeit könne das ganze Loch geschlossen werden.

Schnelle und langsame Gelbildung

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Die Reaktionen ließen sich zudem steuern, sagen die Forscher: die Geschwindigkeit der Gelbildung ebenso wie die des Aushärtens. Das ermögliche es, unterschiedliche Arten von Beschädigungen zu heilen. Durchschlägt beispielsweise ein Projektil eine Scheibe, reißt es ein Loch, von dem sternförmig Risse ausgehen: In dem Loch muss die Gelbildung schnell ablaufen, sonst laufen die Chemikalien aus. In den Rissen hingegen muss sich das Gel langsamer bilden, sonst wird es nicht möglich, die Risse zu füllen.

Sie hätten Löcher mit einem Durchmesser von mehr als 3,5 Zentimetern reparieren können, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Science. Nach etwa 20 Minuten sei das Loch gefüllt gewesen, nach etwa drei Stunden sei das Füllmaterial komplett ausgehärtet. Die Füllung habe noch etwa zwei Drittel der Stabilität des ursprünglichen Materials. Ausprobiert haben sie es mit Duroplasten und Thermoplasten - den am häufigsten genutzten Kunststoffen.

Smartphone mit selbstheilender Beschichtung

Ganz neu sind selbstheilende Materialien nicht. Einige sind auch schon in kommerziellen Produkte verbaut: Der südkoreanische Hersteller LG etwa hat das Gehäuse seines Smartphones G Flex mit einer selbstheilenden Beschichtung überzogen, die Kratzer wieder schließt.

Solche Materialien könnten aber nur kleine Risse füllen, erklärt White. Ihr Material hingegen könne auch größere Schäden reparieren und Löcher schließen. Ziel sei ein Material, das sich ständig selbst erneuere. Daraus sollen sich Gegenstände oder Strukturen mit einer sehr langen Lebensdauer herstellen lassen.

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