Metalleffektpigmente in Tetraederform erzeugen einen gleichmäßig metallischen Glanz auf spritzgegossenen Kunststoffteilen, ohne die sonst üblichen Fließlinien und ohne zusätzliche Beschichtung. Entwickelt wurde diese Partikelform von Nils Demski an der Technischen Universität Berlin, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP treibt die Fertigung nun weiter voran.
Möglich wird der fließlinienfreie Effekt durch die tetraederförmige Geometrie der Partikel, die sich in der Kunststoffschmelze gleichmäßig ausrichten. Am Fraunhofer IAP werden die Pigmente inzwischen über UV-Imprint-Lithographie hergestellt, ein Verfahren, das den Materialeinsatz senkt und sich für automatisierte Rolle-zu-Rolle-Prozesse eignet.
Wie die Tetraederform Fließlinien im Spritzguss verhindert
Metallisch glänzende Oberflächen sind bei Automobilteilen im Innen- und Außenbereich ebenso gefragt wie bei Spielwaren oder Haushaltsgeräten. Werden solche Teile im Spritzguss gefertigt, zeigen sich auf ihnen jedoch häufig Fließlinien, also sichtbare Streifen und Linien. Verursacht werden sie von den herkömmlich eingesetzten Pigmentpartikeln mit Plättchen- oder Flake-Geometrie, die sich beim Einspritzen entlang der Fließrichtung ausrichten und dadurch das Erscheinungsbild stören. An der Optimierung solcher Metalleffektpigmente wird bereits seit Jahrzehnten geforscht.
Nils Demski verfolgte an der Technischen Universität Berlin einen anderen Weg und entwickelte tetraederförmige Partikel. Über diese Geometrie lässt sich der Grad der Partikelausrichtung in der Kunststoffschmelze gezielt steuern und damit sowohl die Ausbildung von Fließlinien als auch der Helligkeitsflop beeinflussen, also die Änderung der Helligkeit je nach Betrachtungswinkel. Im Bauteil ordnen sich die neuen Partikel über das gesamte Volumen hinweg gleichartig und statistisch isotrop an, während sich plättchenförmige Pigmente fließrichtungsabhängig ausrichten. So entstehen fließlinienfreie und gleichmäßig metallisch glänzende Oberflächen.
Metalleffektpigmente aus metallisiertem Duroplast statt Aluminium
Die Herstellung der tetraederförmigen Vollaluminiumpigmente erwies sich als aufwändig und ging mit einer hohen Ausschussrate einher. Nils Demski, inzwischen Projektleiter im Forschungsbereich Polymercomposite PYCO des Fraunhofer IAP, wählte mit seinem Team deshalb einen neuen Ansatz und stellt die Metalleffektpigmente auf Basis der UV-Imprint-Lithographie her. Die Partikel bestehen dabei nicht aus Aluminium, sondern aus einem UV-ausgehärteten und anschließend metallisierten Duroplast, der den thermischen und mechanischen Anforderungen des Spritzgusses standhält und dabei Form wie optische Eigenschaften behält.
Ziel des Verfahrens ist es, Ausschuss weitgehend zu vermeiden und über Rolle-zu-Rolle-Prozesse eine hohe Automatisierbarkeit zu erreichen. Gegenüber herkömmlichen Produktionsmethoden senkt der Ansatz den Materialverbrauch und die Ausschussrate erheblich, das zugehörige Patent steht zur Übernahme bereit. „Mit dem neuen Prozess, auf dessen Basis wir gerade eine Versuchsanlage zur automatisierten Pigmentfertigung aufbauen, können wir Metalleffektpigmente mit hoher Formgenauigkeit und gleichbleibender Qualität herstellen. Außerdem kann die Größe und in Grenzen auch die Geometrie der Pigmentpartikel im Prozess eingestellt werden“, erklärt Demski.
Darüber hinaus streben die Forscher ein monodisperses Pigment an, bei dem alle Partikel in Geometrie und Größe übereinstimmen und sich dadurch sehr präzise optische Effekte einstellen lassen. Die Fertigungskosten liegen dabei im Bereich von PVD-Pigmenten, also sehr dünnen Flake-Pigmenten. In einem gemeinsamen Projekt mit BMW verbesserten die Beteiligten zudem die Anhaftung der metallischen Partikelbeschichtung und erreichten so eine höhere Beständigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung.
Ressourcenschonende Fertigung für glänzende Bauteile
Die neuen Metalleffektpigmente lassen sich ressourcenschonender fertigen als herkömmliche Aluminiumflakes, die durch Metallverdüsung und anschließendes Mahlen und Sieben entstehen. Weil dieser materialintensive Weg entfällt, werden bei der Produktion Energie und Rohstoffe eingespart.
Damit verbindet die Herstellungsmethode eine gleichmäßige metallische Optik mit stabilen und umweltfreundlichen Prozessen. Sie eignet sich für Anwendungen, bei denen Oberflächenqualität, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit zugleich zählen.
Originalpublikation: Demski, N. M., Seidlitz, H., Kuke, F., Dorn, O. N., Zoglauer, J., Hückstaedt, T., Kamm, P. H., García-Moreno, F., Kremp, N., Dreyer, C., & Oberschmidt, D. (2025). Flow-Line-Reducing Tetrahedral Metal Effect Pigments for Injection Molding: A Yield-Rate-Improved Particle Manufacturing Method Based on Soft UVImprint Lithography. Polymers, 17(19), 2708. https://doi.org/10.3390/polym17192708
