Dienstag, September 28

Alterung von Polymeren

von Simon Schöpf
Lesezeit: ca. 5 Min.

Wir haben uns mit Martin Wieser vom Arbeitsbereich für Materialtechnologie getroffen, um mehr über seine Forschung zu erfahren. Martin Wieser studierte Chemie sowie Material- und Nanowissenschaften und arbeitet nun an seinem PhD am genannten Institut.

Bitumen

Seine Forschung beschäftigt sich mit Alterungsprozessen von Polymeren und Bitumen. Die meisten von euch werden Bitumen als das „schwarze Zeug“ im Asphalt, bei Dachschindeln oder in Zugsalben kennen. Doch im Bitumen steckt mehr als man glauben möchte! Martin Wieser arbeitet u.a. mit mechanischen Charakterisierungen von Bitumen. Sein Hauptaugenmerk liegt aber auf spektroskopischen Untersuchungsmethoden. Vereinfacht gesagt arbeitet er mit Licht, welches auf das Bitumen gestrahlt wird, und je nachdem wie viel die Substanz vom Licht absorbiert bzw. reflektiert, kann auf die Eigenschaften und die Alterung geschlossen werden. Die Alterung erfolgt dabei künstlich, indem das Material in einem Ofen erhitzt wird, um so eine längere Verwendung zu simulieren. Je höher die Temperatur, desto schneller altert das Material.

Bitumen ist ein in aus Erdöl gewonnenes Material. Es ist ein klebriges und abdichtendes erdölstämmiges Produkt mit temperaturabhängigem Verhalten. Es ist in Wasser praktisch unlöslich und wird daher verwendet, um empfindliche Stoffe und Bauteile gegen Wasser zu schützen.

Vom Militär in die Landwirtschaft und Forschung: Hyperspectral Imaging

Methodisch arbeitet Martin Wieser mit Infrarotspektroskopie und „Hyperspectral Imaging“. Bei letzterem wird eine spezielle Kamera benötigt, welche ein Bild des zu untersuchenden Objekts erstellt. Das Besondere dabei: Jedes Pixel enthält ein Spektrum der Probe. Der Vorteil dieser Methode ist u.a. die Schnelligkeit der Bildaufnahme (wenige Sekunden im Vergleich zu mehreren Stunden bei anderen Raster-Methoden).

Diese Methode wurde für das Militär entwickelt, um Satelliten oder Drohnen eine bessere Überwachung zu ermöglichen. In den letzten fünf bis zehn Jahren kam es auch im zivilen Bereich zum Einsatz. Dazu gehört auch die finanzielle Komponente: eine Kamera mit 10 mal 10 Pixel konnte mehrere €100.000 kosten – nun kann diese, mit erheblich höheren Auflösungen, bereits für „erschwingliche“ €40-60.000 erworben werden. Das Spektrum, das von jedem Pixel aufgenommen werden kann, liegt bei der von Martin Wieser verwendeten Kameras im VNIR-Bereich („visible and near-infrared“: 470–900nm; also ungefähr im Bereich sichtbaren Lichts des menschlichen Auges) und im SWIR-Bereich („short-wave infrared“: 1000–2400nm).

„Hyperspectral Imaging“ kommt bereits in der Landwirtschaft in z.B. in den Niederlanden zum Einsatz. Eine Drohne mit dieser neuen Kameraausstattung kann gezielt feststellen, wo auf einem Feld Wassermangel herrscht oder wo eine Krankheit ausgebrochen ist. Eines der größten Probleme dieser neuen Technik sind die riesigen Datenmengen, die bei jedem Bild entstehen: Bei der von Martin Wieser eingesetzten Kamera hat jedes Pixel über 150 Werte, d.h. ein Bild hat die Größe von ca. vier Gigabyte.

Martin Wieser mit dem „Hyperspectral Imaging“ und Bitumen-Proben

Up- und Downcycling

Zukünftige Anwendungsbereiche sind z.B. im Recycling denkbar. Derzeit werden „nur“ die verschiedenen Polymere voneinander getrennt und recycelt, also z.B. PET-Flaschen von den PP-Deckeln getrennt und dann separat weiterverarbeitet. Mit „Hyperspectral Imaging“ könnten nun sogar verschieden „alte“ PET-Flaschen erkannt, voneinander getrennt und dementsprechend anders wiederverwendet werden.

Hier kommt das eingangs erwähnte Bitumen wieder ins Spiel. So können nicht mehr „upcyclebare“ Polymere dem Bitumen hinzugefügt werden, um dessen Eigenschaften zu verändern. Kunststoffe werden in Bitumen eingebracht, um z.B. die Elastizität zu erhöhen. Das ist besonders interessant für Asphalt, der im Sommer bis zu 70°C erreichen kann; bei dieser Temperatur kann sich das enthaltene Bitumen verflüssigen.

„Man kennt das von Früher: Bitumen wird weich und wenn es sich einmal verformt hat, nimmt es nicht mehr seine alte Form an. Das konnte man auf den Autobahnen im Sommer gut beobachten in den Spurrillen. Mit modernem Polymerbitumen, also dem Hinzufügen von Kunststoffen, können auch bei höheren Temperaturen diese Verformungen noch elastisch aufgenommen werden“ hält Martin Wieser fest.

Mit „Hyperspectral Imaging“ wir auch die Alterung von Gletschervlies bestimmt – vergleiche dazu unseren Artikel „Anthropogener Einfluss auf Gletscher und Polarregionen“ .

Link zu den Publikationen von Martin Wieser:
https://www.mdpi.com/1996-1944/14/5/1273
https://www.mdpi.com/2071-1050/13/6/3284

Arbeitsbereich für Materialtechnologie:
https://www.uibk.ac.at/mti/

Bitumen:
https://www.chemie.de/lexikon/Bitumen.html

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.