Härten auf Knopfdruck: Kohlenstoff-Faser-Verbundwerkstoffe und Unterwasser-Kleber

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Presseaussendung der TU Wien vom 04.06.2018

An der TU Wien wurde eine Spezialformel für ein Epoxidharz entwickelt. Es kann für faserverstärkte Komposite im Flugzeug-, Auto- oder Schiffsbau eingesetzt werden, oder ist sogar für Unterwassersanierungen geeignet.

Innerhalb von Sekunden kann sich das neue Material völlig verändern: Am Anfang ist es transparent, es kann flüssig oder pastos sein. Bestrahlt man es an irgendeinem Punkt mit dem passenden Licht, beginnt sich das gesamte Spezialharz zu verfestigen und nimmt dabei eine dunkle Farbe an. Die spezielle Epoxidharz-Formel, die das möglich macht, wurde von der TU Wien patentiert. Nun gelang es, diesen Prozess sogar unter Wasser ablaufen zu lassen. Damit kann das neue Epoxidharz für Aufgaben verwendet werden, die bisher nur sehr schwer zu lösen waren – etwa um unter Wasser Risse in Brückenpfeilern oder Dämmen zu verkitten, oder um im laufenden Betrieb Rohre zu reparieren.

Neu ist auch, dass dieses spezielle Epoxidharz auch in Verbindung mit Kohlenfasern oder Kohlenfasermatten verwendet werden kann. Dadurch ergeben sich breite Anwendungsmöglichkeiten im Flugzeugbau, bei Windkraftanlagen, Schiffs- und Bootsbau oder in der Automobilindustrie – überall dort wo man höchste mechanische Eigenschaften mit besonders leichter Bauweise kombinieren möchte.

Gewöhnliches Material mit ungewöhnlichem Zusatz

Epoxidharze gehören zu den Standard-Materialien, die in der Industrie für viele unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden – etwa um elektronische Bauteile zu isolieren, oder um mechanische Teile zu fixieren. Die Forschungsgruppe von Prof. Robert Liska (Institut für Angewandte Synthesechemie, TU Wien) entwickelt Zusatzstoffe, die man gewöhnlichem Epoxidharz hinzufügt, um seine Eigenschaften anzupassen und eine gezielte Aushärtung auf Knopfdruck zu ermöglichen.

„Wir entwickeln spezielle Verbindungen, bei denen durch Licht eine chemische Reaktion ausgelöst wird“, erklärt Robert Liska. „Das kann ein heller Blitz sichtbaren Lichts sein, wir haben auch Verbindungen, die nur auf UV-Licht reagieren.“ An dem Punkt, an dem das Licht auf das Harz trifft, wird eine Reaktion gestartet, die Wärme freisetzt. Diese Wärme breitet sich aus und setzt die chemische Kaskade auch anderswo in Gang – bis schließlich das gesamte Harz in kurzer Zeit ausgehärtet ist.

„Der entscheidende Vorteil dieser Methode ist, dass man nicht wie bei anderen lichthärtenden Materialien das gesamte Harz beleuchten muss“, erklärt Liska. „Es genügt, irgendeinen beliebigen Punkt mit Licht zu treffen. Der Rest härtet dann auch aus, wenn er sich tief in einem dunklen Spalt befindet, den man kitten möchte.“ Bisher hat man für solche Einsatzbereiche meist Zweikomponenten-Formulierungen verwendet. Sie werden zunächst direkt vor Ort mühsam zusammengemischt und müssen dann sehr schnell verarbeitet werden, bevor sie von alleine aushärten.

Interesse aus der Industrie

Von Partnerunternehmen aus der Industrie kam die Anfrage, ob dieser Prozess auch in Gegenwart von „dunklen“ Füllstoffen oder Fasern möglich wäre, denn gerade für solche schwierigen Einsätze wäre selbsthärtendes Epoxidharz äußerst nützlich. „Oberflächlich betrachtet widerspricht diese Idee jeder Theorie“, meint Liska. „Das Licht wird durch die schwarzen Kohlefasern sehr gut absorbiert, kann also nicht weit in das Material eindringen“,  Trotzdem konnte in Experimenten an der TU Wien eindrucksvoll gezeigt werden, dass dies sehr gut funktioniert.

Auch das Aushärten unter Wasser widerspricht jeder Theorie. „Man würde erwarten, dass das Wasser einerseits mit den Komponenten des Harzes während der Härtung chemisch reagiert, und dass es andererseits die Wärme abtransportiert, die man zum Aufrechterhalten der Reaktion benötigt.“ Erstaunlicherweise gelang es aber auch, die lichtgestartete Selbstaushärtung unter Wasser ablaufen zu lassen. „Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass die chemische Reaktion das Wasser zum Kochen bringt“, erklärt Robert Liska. „Es bildet sich also zwischen dem erhärtenden Harz und dem umgebenden Wasser eine dünne Schutzschicht aus Wasserdampf.“

Nun wird nach weiteren Anwendern aus der Industrie gesucht, um die Möglichkeiten des Spezialharzes auszuloten. Neben dem Einsatz als Glas- und Kohlefaserkomposite im Bereich vom Flugzeug-, Schiffs- und Automobilbau liegt ein besonders interessanter Bereich in der Sanierung von Bauwerken. Man könnte etwa Risse in Gebäuden, die im Wasser errichtet sind, mit zähflüssigem Harz verkleben und dann mit einem Lichtblitz aushärten. Auch die Sanierung von Rohrleitungen ist eine Aufgabe, die oft sehr schwer zu lösen ist – auch hier würde sich der Einsatz des neuen Harzes anbieten. „Möglichkeiten gibt es viele – wir hoffen auf möglichst interessante neue Ideen“, sagt Robert Liska. (Florian Aigner)

Externer Link: www.tuwien.ac.at

technologiewerte.de – MOOCblick Juni 2018

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Spannende Themen, herausragende Dozenten und flexible Lernmöglichkeiten tragen zum wachsenden Erfolg der Massively Open Online Courses (MOOCs) bei – offene, internetgestützte Kurse mit einer Vielzahl an Teilnehmern rund um den Globus.

Folgender Kurs – zu finden auf der MOOC-Plattform edX – sollte einen Blick wert sein:

Industry 4.0: How to Revolutionize your Business
Eric Tsui (The Hong Kong Polytechnic University) et al.
Start: 12.06.2018 / Arbeitsaufwand: 36-48 Stunden

Externer Link: www.edx.org

Multiresistente Erreger schnell identifizieren

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Presseinformation (Forschung Kompakt) der Fraunhofer-Gesellschaft vom 01.06.2018

Diagnostizieren Ärzte bei einem Patienten eine Blutvergiftung, so erhält er sofort ein Breitbandantibiotikum. Doch oftmals wirkt das Medikament nicht. Multiresistente Erreger sind häufig der Grund dafür, dass eine Sepsis eskaliert und der Betroffene stirbt. Bislang dauert die Untersuchung auf Antibiotika-resistenzen mehrere Tage. Im Projekt PathoSept entwickeln Fraunhofer-Forschende gemeinsam mit Partnern ein modulares Komplettsystem, mit dem sich die Zeitspanne, um den Erreger zu identifizieren, auf neun Stunden verkürzen lässt.

Infektionen mit multiresistenten Erregern gehören laut WHO zu einer der größten Bedrohungen der Gesundheit. Vor allem in Krankenhäusern sind diese Keime auf dem Vormarsch. Eine der schwersten Infektionen ist die Blutvergiftung. In Deutschland sterben jährlich mehr als 56 000 Menschen an einer Sepsis. Wer daran erkrankt, muss so schnell wie möglich behandelt werden, jede Stunde zählt. Doch das verabreichte Breitbandantibiotikum wirkt oftmals nicht, da die Bakterien resistent gegen das ver-abreichte Medikament sind. Derzeit kann die Zeitspanne zwischen Verdachtsdiagnose und zielgerichteter Therapie bis zu fünf Tage dauern. Das Problem: Die Diagnostik von resistenten Bakterien beruht auf zeitaufwändigen Kulturverfahren, bei denen nach der Blutentnahme Bakterien vermehrt werden müssen, bevor die Analyse starten kann.

Zielgerichtete Therapie nach neun Stunden einleiten

Ein neues modulares System soll diese Dauer erheblich verkürzen. Erste erfolgreiche Tests belegen, dass Ärzte künftig bereits nach neun Stunden eine zielgerichtete Therapie einleiten können, da sich sowohl das die Infektion auslösende Bakterium sowie jenes Antibiotikum identifizieren lassen, das dagegen wirkt. Im Projekt PathoSept entwickeln Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT gemeinsam mit Partnern einen Chip, auf dem sich das Wachstumsverhalten von Bakterien unter dem Einfluss von Antibiotika analysieren lässt. Die Besonderheit: Die Projektpartner kombinieren verschiedene Verfahren, um die Dauer der Analyse zu minimieren und gleichzeitig die Kosteneffizienz zu meistern. »Aufgrund der phänotypischen und genotypischen Variabilität ist heutzutage kein einzelnes diagnostisches Verfahren in der Lage, durchweg verlässliche Ergebnisse zu liefern«, sagt Fouad Bitti, Wissenschaftler am Fraunhofer FIT.

Das System, mit dem sich multiresistente Keime detektieren lassen, besteht aus vier Modulen: Neben einem Anzuchtmodul zur kontrollierten Vermehrung von Erregern umfasst es Protokolle zum Separieren der Erreger sowie hochsensitive Assays, mit denen die Erreger per qPCR identifiziert werden – einer Vervielfältigungsmethode für Nukleinsäuren, die auf dem Prinzip der herkömmlichen Polymerase-Kettenreaktion (PCR) basiert. Herzstück des Systems ist ein Wachstumsmonitor zur schnellen Quantifizierung der Resistenzen, eine Entwicklung des Fraunhofer FIT. Auch das Anzuchtmodul wurde von den Forschenden am FIT entwickelt.

Software-unterstützte Resistenzdiagnostik

Im Projekt PathoSept werden die Erreger im Anzuchtmodul auf eine kritische Menge vermehrt und anschließend in 96 Töpfchen mit Antibiotikum und Nährmedium gegeben. Der Wachstumsmonitor samt nötiger Analyse-Software beobachtet und dokumentiert in Echtzeit, wie sich die Erreger entwickeln. Algorithmen werten die aufgenommenen Bilder der Bakterien aus und extrapolieren die Wachstumskurve. So lässt sich bereits nach einigen Stunden ermitteln, ob das jeweils eingesetzte Medikament wirkt oder ob die Bakterien dagegen resistent sind und sich ausbreiten. Der Wachstumsmonitor berechnet mit seiner flexibel integrierbaren Software, wie sich die Erreger längerfristig entwickeln werden. Dabei analysiert das Programm sowohl die Größe des Bakterienteppichs – woraus man eins zu eins auf die Anzahl der Bakterien schließen kann – als auch das Verhältnis von lebenden zu abgetöteten Keimen. Die Forscher erhalten somit den Hinweis, welches Antibiotikum die Erreger am schnellsten abtötet, welche Konzentrationen erforderlich sind und welches Bakterium Resistenzen ausgebildet hat. »Damit ist eine gezielte Therapie möglich – ein großer Vorteil, wenn man bedenkt, dass Ärzte derzeit einen Cocktail an Antibiotika verabreichen, in der Hoffnung, dass eines davon wirkt«, so Bitti.

Das System in Form eines Benchtop-Geräts eignet sich für den Einsatz in allen medizinischen Laboren. Aufgrund seiner Standardprotokolle und -schnittstellen lässt es sich problemlos in bestehende Systeme integrieren. Der Wachstumsmonitor befindet sich zur klinischen Testung in den Unikliniken Aachen und Bonn. Nach der Evaluation wird ein erster Demonstrator konstruiert. Auch das Anzuchtmodul wird derzeit klinisch getestet. »Mit unserem modularen diagnostischen Komplettsystem werden wir künftig die Sterberate von Patienten mit einer Sepsis deutlich verringern können«, sagt Bitti.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Unternehmergeist an der Uni Innsbruck zu Hause

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Medieninformation der Universität Innsbruck vom 16.05.2018

Das Wissenschaftsministerium unterstützt drei junge NachwuchsforscherInnen der Universität Innsbruck bei der Unternehmensgründung mit jeweils bis zu 500.000 Euro. Österreichweit wurden acht Spin-off-Fellowships verliehen. In Innsbruck werden innovative Ideen aus den Technischen Wissenschaften und der Chemie nutzbar gemacht. Einmal mehr wird damit die erfolgreiche Spin-off-Strategie der Uni Innsbruck bestätigt.

Mit den neuen Spin-off-Fellowships will das Wissenschaftsministerium die Verwertung innovativer Ideen gezielt stärken und den Unternehmergeist an österreichischen Hochschulen und in Forschungseinrichtungen fördern. Besonders gute Ideen kommen von der Universität Innsbruck, an die drei der acht verliehenen Fellowships gehen. Gefördert werden der Aufbau eines Unternehmens im Bereich Textilbetonbau, die Kommerzialisierung einer an der Universität Innsbruck entwickelten Fischschutzeinrichtung für Wasserkraftanlagen und die Weiterentwicklung von neuen anorganischen Farb-und Funktionspigmenten. „Die Universität Innsbruck verfolgt seit Jahren konsequent eine aktive Verwertungsstrategie, die Ideen und Wissen aus der Universität möglichst unmittelbar für Wirtschaft und Gesellschaft verfügbar macht“, sagt Rektor Tilmann Märk. „Deshalb freut es mich sehr, dass nun drei weitere, sehr vielversprechende Projekte mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und der FFG weiter vorangetrieben werden können.“ Laut einer IHS-Studie nimmt die Universität Innsbruck mit ihrer Spin-off-Strategie samt Beteiligungsportfolio eine Sonderstellung unter den österreichischen Universitäten ein.

Bauen mit Textilbeton

Matthias Egger vom Arbeitsbereich für Massivbau und Brückenbau am Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften entwickelt gestickte textile Bewehrungen für den breiten Einsatz im Betonbau. Für die wirtschaftliche Verwertung wird der Einsatz bei der Verstärkung von bestehenden Brückenbauten und die Anwendung im Fertigteilbau anvisiert. Nun werden Kleinversuche, Bauteilversuche, Produktmuster und Prototypen produziert, um die Machbarkeit zu demonstrieren. Schon jetzt gibt es konkretes Interesse, die neue Technologie zur Verstärkung einer bestehenden Brücke einzusetzen.

Fische effektiv schützen

Barbara Brinkmeier vom Arbeitsbereich Wasserbau am Institut für Infrastruktur wird mit der Förderung einen Elektro-Fischschutzseilrechen weiterentwickeln und marktfähig machen. Im Zuge der Umsetzung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie müssen an allen Wasserkraftanlagen geeignete Fischschutzeinrichtungen errichtet werden. Nun wird die an der Universität Innsbruck entwickelte Fischschutzeinrichtung an Demonstrationsanlagen umgesetzt. Mit den gesammelten Betriebserfahrungen und dem entsprechenden unternehmerischen Know-how soll die Technologie dann kommerziell vermarktet werden.

Neue Farbpigmente

Der Chemiker Daniel Schildhammer hat an der Universität Innsbruck anorganische Farb-und Funktionspigmente weiterentwickelt. Diese werden nun für den Einsatz in Farben, Lacken, Kunststoffen und Baumaterialien getestet, um sie anschließend im Rahmen eines eigenen Unternehmens zu verwerten. Im Gegensatz zu den aktuellen kommerziellen Pigmenten zeichnen sich die in Innsbruck weiterentwickelten Pigmente dadurch aus, dass sie aus unbedenklichen Materialien bestehen, meist kostengünstiger sind und gleichzeitig die für industrielle Anwendungen benötigten optischen Eigenschaften aufweisen.

Mit Förderung zu Unternehmensgründungen

Mit Hilfe eines Spin-off-Fellowships soll zu einem sehr frühen Zeitpunkt die Verwertung von vorhandenem und neu entwickeltem geistigen Eigentum an Hochschulen bzw. Forschungseinrichtungen so unterstützt werden, dass nach Abschluss des Fellowships eine Unternehmensgründung erfolgen kann. Während der Laufzeit des Spin-off-Fellowships muss der Fellow sich zu 100 Prozent auf diese Aufgabe konzentrieren und darf keine Lehre oder andere Forschungsaufgaben durchführen. Begleitend erhalten die Fellows Weiterbildungsmaßnahmen, Coaching und Mentoring über das Netzwerk der Wissenstransferzentren, um bereits sehr früh unternehmerisches Denken und Handeln vermittelt zu bekommen.

Externer Link: www.uibk.ac.at