• Skip to main content
  • Skip to secondary menu
  • Skip to primary sidebar

Lebensmittel- & Biotechnologie

Das Fachportal für Lebensmittelindustrie und Biotechnologie

  • Abonnement
  • Impressum
  • Welkin Media Verlag
Startseite » Schellack Tinte für nachhaltig gedruckte Elektronik

Schellack Tinte für nachhaltig gedruckte Elektronik

3. Januar 2022 von Birgit Fischer

Intelligente Verpackungen mit Sensoren, die etwa Nahrungsmittel wie Gemüse auf langen Transportwegen überwachen, sind ein Zukunftstrend. Doch solche „Einweg-Elektronik“, die in Massen gedruckt wird, macht auch Probleme: Metalle in Drucktinten sind teuer – und ihre umweltgerechte Entsorgung ist aufwändig und verschärft das Problem des Elektroschrotts. Flexible Schellack Tinte – eine neue Lösung von Empa-Forschern soll hier Abhilfe schaffen.

Schellack Neuartiger Werkstoff für gedruckte Schaltungen: Zwei Testquader von einem Zentimeter Breite aus dem 3D-Drucker. Im Hintergrund sieht man die gedruckten elektronischen Sensoren. | Foto: Empa
Neuartiger Werkstoff für gedruckte Schaltungen: Zwei Testquader von einem Zentimeter Breite aus dem 3D-Drucker. Im Hintergrund sieht man die gedruckten elektronischen Sensoren. | Foto: Empa

Präziser, schneller, günstiger: Forschende in aller Welt arbeiten seit Jahren daran, elektrische Schaltungen mit additiven Verfahren wie Roboter-3-Druck („Robocasting“) herzustellen – mit grossem Erfolg, der mittlerweile allerdings zum Problem wird. Die Metallpartikel, die solche „Tinten“ elektrisch leitfähig machen, verschärfen das Problem des Elektroschrotts. Zumal die Masse angesichts von neuartigen „Einweg-Sensoren“, die teilweise nur einige Tage im Einsatz sind, künftig weiter steigen dürfte.

Unnötige Verschwendung, findet Gustav Nyström, Leiter der Empa-Abteilung „Cellulose & Wood Materials“: „Es besteht dringend Bedarf an Materialien, die ein Gleichgewicht zwischen elektronischer Leistung, Kosten und Nachhaltigkeit herstellen.“ Um eine umweltfreundliche Tinte zu entwickeln, setzte sich das Team um Nyström deshalb ehrgeizige Ziele: metallfrei, ungiftig, biologisch abbaubar. Und mit Blick auf praktische Anwendungen: gut verformbar und stabil gegenüber Feuchtigkeit und moderater Hitze.

Mit Kohlenstoff und Schellack

Als leitfähiges Material wählten die Forscher preiswerten Kohlenstoff, wie sie vor kurzem im Online-Wissenschaftsmagazin „scientific reports“ berichteten. Genauer: längliche Graphitplättchen, vermengt mit winzigen Russpartikeln, die den elektrischen Kontakt zwischen diesen Plättchen herstellen – das alles in einer Matrix aus einem altbekannten Biowerkstoff: Schellack, der aus Ausscheidungen von Schildläusen gewonnen wird. Früher wurde er für die Herstellung von Schallplatten verwendet; heute kommt er unter anderem als Lack für Holzinstrumente und Fingernägel zum Einsatz. Seine Vorzüge entsprechen exakt dem Wunschprofil der Empa-Forscher. Und obendrein ist er in Alkohol löslich – ein kostengünstiges Lösungsmittel also, das nach dem Auftragen der Tinte verdampft, damit sie trocknet.

Ein Schellack Testquader von einem Zentimeter Breite aus dem 3D-Drucker. | Foto: Empa
Ein Testquader von einem Zentimeter Breite aus dem 3D-Drucker. | Foto: Empa

Trotz dieser Zutaten erwies sich die Aufgabe als anspruchsvoll. Denn gleich, ob beim einfachen Siebdruck oder mit modernen 3D-Druckern, muss die Tinte ein „scherverdünnendes“ Verhalten aufweisen: Im „Ruhezustand“ ist die Tinte eher zähflüssig. Doch im Moment des Druckens, bei dem sie einer seitlichen „Scherkraft“ ausgesetzt ist, wird sie etwas flüssiger – so wie eine nicht-tropfende Wandfarbe, die erst beim Auftrag durch die Kraft der Rolle eine weichere Konsistenz bekommt.

Beim Einsatz in der additiven Fertigung wie dem 3D-Druck mit einem Roboterarm ist das jedoch besonders heikel: Eine zu viskose Tinte wäre zu zäh – wird sie beim Drucken aber allzu flüssig, könnten sich die festen Bestandteile abtrennen und die winzige Düse des Druckers verstopfen.

Tests mit realen Anwendungen

Um die Anforderungen zu erfüllen, tüftelten die Forscher intensiv an der Rezeptur für ihre Tinte. Sie testeten zwei Grössen von Graphitplättchen: mit 40 Mikrometern und mit 7 bis zu 10 Mikrometern Länge. Auch beim Mischungsverhältnis von Graphit und Russ waren viele Varianten nötig, weil zu viel Russ den Werkstoff spröde macht – mit der Gefahr von Rissen beim Trocknen der Tinte. Durch die Optimierung der Formulierung und der relativen Zusammensetzung der Komponenten konnte das Team mehrere Varianten der Tinte entwickeln, die in unterschiedlichen 2D- und 3D-Druckverfahren verwendet werden können.

„Die grösste Herausforderung bestand darin, eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu erreichen“, sagt der beteiligte Forscher Xavier Aeby, „und gleichzeitig ein gelartiges Netzwerk aus Kohlenstoff, Graphit und Schellack zu bilden.“ Wie sich dieses Material in der Praxis verhält, untersuchte das Team in mehreren Schritten. Zum Beispiel mit einem winzigen Testquader: 15 übereinanderliegende Gitter aus dem 3D-Drucker – aus feinen Strängen mit nur 0,4 Millimetern Durchmesser. Das zeigte, dass die Tinte auch anspruchsvollen Verfahren wie dem Robocasting genügt.

Unebener Druck: Die flexible Schellack-Tinte koennte auch auf Formen wie PET-Flaschen zum Einsatz kommen. | Foto: Empa

Um die Eignung für reale Bauteile nachzuweisen, konstruierten die Forscher unter anderem einen Sensor für Verformungen: ein dünner PET-Streifen mit aufgedruckter Tintenstruktur, deren elektrischer Widerstand sich bei unterschiedlich starken Biegungen präzise änderte. Daneben zeigten Tests auf Zugfestigkeit, Stabilität unter Wasser und andere Eigenschaften vielversprechende Resultate – und so ist das Forscherteam zuversichtlich, dass sich der neue Werkstoff, der bereits patentiert ist, in der Praxis bewähren könnte.

„Wir hoffen, dass dieses Tintensystem für Anwendungen in der nachhaltigen gedruckten Elektronik verwendet werden kann“, sagt Gustav Nyström, „zum Beispiel für Leiterbahnen und Sensorelemente in intelligenten Verpackungen und biomedizinische Geräte oder im Bereich Lebensmittel und Umweltsensorik.“

Filed Under: Forschung, News Tagged With: Elektronik, Nachhaltigkeit, Schellack, Sensorik, Tinte

Weitere Nachrichten

Re-Maxigel Eiscreme-Box aus Styropor Ccycled von BASF

Der italienische Verpackungshersteller Imballaggi Alimentari hat die Re-Maxigel Box aus Styropor® Ccycled™ von BASF auf den Markt gebracht. Diese Boxen aus expandierbarem Polystyrol (EPS) sind extrem leistungsstark und wurden ursprünglich für … [Weiterlesen...] about Re-Maxigel Eiscreme-Box aus Styropor Ccycled von BASF

Robotics Day an der FH Technikum Wien

Die FH Technikum Wien bietet am 26. Januar 2023 beim Robotics Day auf ihrem Campus Einblick in die vielfältige Welt der Robotik. Aktuelle Errungenschaften werden im Rahmen des Robotics Talks der österreichischen Gesellschaft für Mess-, … [Weiterlesen...] about Robotics Day an der FH Technikum Wien

ARA optimiert Stoffkreislauf von Kaffeekapseln

Die ARA optimiert mit dem Österreichischen Kaffeeverband und führenden Kaffeeherstellern den Stoffkreislauf von Kaffeekapseln. Kaffeekapseln aus Aluminium und Kunststoff sind wertvolle Sekundärrohstoffe, die durch modernster Recyclingtechnologien im … [Weiterlesen...] about ARA optimiert Stoffkreislauf von Kaffeekapseln

Pharmaverpackung: Auf die Sicherheit kommt es an

Der erste Fachartikel zur interpack (04.-10. Mai 2023) dreht sich um Herstellung, Verpackung und Logistik von Pharmaprodukten. Thematisiert werden unter anderem Themen wie Sicherheit, Produktpiraterie, Nachhaltigkeit, Automation und … [Weiterlesen...] about Pharmaverpackung: Auf die Sicherheit kommt es an

Primary Sidebar

Aktuelle Ausgabe

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Österreichische Chemie Zeitschrift und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • Herbert Taucher ist Leiter des Siemens Technologiefeld ICE
    on 27. Januar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Herbert Taucher leitet seit 01.01.2023 ICE und die zugehörigen global verteilten Forschungsgruppen für den gesamten Siemens-Konzern. ICE hat zum Ziel, Technologien und Werkzeuge für leistungsstarke, nachhaltige, sichere und kosteneffiziente […]

  • Biobasierte Flammschutzmittel für Bio-Kunststoffe
    on 27. Januar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Die Fraunhofer Institute WKI und IAP verzeichnen erste Erfolge in der Entwicklung von biobasierten Flammschutzmitteln in Biokunststoffen. Flammgeschützter Biokunststoff könnte zu Bauteilen für Elektrotechnik und Elektronik verarbeitet werden, […]

  • BASF Monomers mit zirkulären Alternativen
    on 25. Januar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Der BASF Unternehmensbereich Monomers will bis 2025 für alle großen Produktlinien mindestens eine zirkuläre Alternative anbieten. Gleichzeitig wird der Unternehmensbereich technische Optimierungsmaßnahmen priorisieren, um CO₂ -Emissionen in […]

  • Ecoplast erhält ISCC PLUS Zertifizierung
    on 25. Januar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Ecoplast, eine Tochtergesellschaft von Borealis, ist als erster mechanischer Polyolefinrecycler Österreichs ISCC PLUS-zertifiziert. Das mechanische Recycling, wie es am Ecoplast-Standort durchgeführt wird, ist eine Schlüsselkomponente des […]

  • KKT erweitert die Expertise des Fraunhofer IKTS
    on 23. Januar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Das Fraunhofer IKTS hat mit 01. Jänner 2023 die Freiberger Forschungsgruppe Kohlenstoff-Kreislauftechnologien KKT integriert. Am neuen Standort in Freiberg werden chemische Recyclingverfahren wie die Pyrolyse oder Gasifizierung optimiert und im […]

  • Achim Sties ist neuer Leiter der BASF-Geschäfts­einheit Plastic Additives
    on 23. Januar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    BASF hat mit Wirkung zum 01. Jänner 2023 Dr. Achim Sties zum Leiter der globalen Geschäftseinheit Plastic Additives ernannt. Bereits in seiner vorherigen Funktion leitete Achim Sties das Plastic Additives Geschäft von BASF in Europa. Das […]

  • Austrotherm erweitert XPS-Dämmstoff-Produktion
    on 20. Januar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Austrotherm hat seinen XPS-Dämmstoff-Produktionsstandort in Purbach am Neusiedler See um 20 Millionen Euro ausgebaut. Die neue Produktionshalle punktet mit modernster Extruder-Technologie, Energieeffizienz und nachhaltiger Gestaltung. The post […]

  • Biozirkuläres Styrol auf Basis von Tallöl
    on 20. Januar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    LANXESS und TotalEnergies kooperieren bei der Belieferung mit nachhaltigem biozirkulärem Styrol auf Basis von Tallöl. Die Herkunft des Styrols wird nach dem Massenbilanzansatz des ISCC PLUS Standards („International Sustainability and Carbon […]

  • RecycleMe und Reclay Systems in Österreich mit neuer Führung
    on 19. Januar 2023 by Kerstin Sochor (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Laut einer Statistik[1] der Arbeiterkammer Österreich lag der Frauenanteil in der Geschäftsführung der 200 umsatzstärksten Unternehmen Österreichs lediglich bei 8,9 Prozent. Im Global Gender Gap Report 2021[2] des Weltwirtschaftsforums (WEF) […]

  • MDI-Expansions­projekt von BASF in Geismar in letzter Phase
    on 18. Januar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    BASF hat mit der Erweiterung der Produktionsanlage für Methylendiphenylisocyanate (MDI) in Geismar im US-Bundestaat Louisiana begonnen. In der dritten Erweiterungsphase werden neue Upstream-Einheiten und ein Splitter hinzugefügt, die Investition […]

Copyright © 2023 · Welkin Media Verlag