Kuraray MOWITAL® Technology Scouting
Polyvinylbutyral-Harze (PVB) machen auf immer mehr Anwendungsfeldern von sich reden. Nicht zuletzt bei der Fertigung von Hightech-Keramik spielt PVB seine Stärken aus. Bei Kuraray, dem europäischen Marktführer für PVB-Harze, trägt die entsprechende Produktlinie den Namen MOWITAL®. Herausragende Eigenschaften von MOWITAL® sind seine exzellente Adhäsion und Filmbildung, die hohe Bindekraft und die außergewöhnliche optische Transparenz. Bei Kuraray gibt es ein „Technology Scouting Team“, das Unternehmen bei MOWITAL®-Einsatzszenarien unterstützt und ihre Anwendungen gemeinsam mit ihnen entwickelt. Zwei Mitglieder dieses Scouting Teams unterhalten sich in unserem Beitrag über etablierte und über neue Einsatzfelder für PVB-Harze: Dr. Florian Mummy, Senior Manager Research & Development, sowie Gurshranjit Singh, Technical Sales & Business Development Manager für MOWITAL® bei Kuraray Europe. Sie sprechen unter anderem über den Nutzen von PVB bei der Herstellung immer kleinerer Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCC) und über die Möglichkeiten, die PVB als Bestandteil von Keramik-Filamenten bzw. -Kompositen für die additive Fertigung eröffnet.
Hightech-Keramik dank PVB
Dr. Florian Mummy: „Man muss sehen, dass sich mit dem Einsatz von Polyvinylbutyral-Harzen heute die Grenzen des Möglichen bei der Produktion von Hightech-Keramik immer weiter ausdehnen. Ein Beispiel ist die Mikroelektronik: Hersteller von Mehrschicht-Keramikkondensatoren konnten im Laufe der vergangenen Jahrzehnte dank PVB die Miniaturisierung immer weiter vorantreiben. Vor zehn Jahren haben wir bei MLCCs noch von keramischen Schichtdicken von mehreren Mikrometern gesprochen. Heute ist 1 Mikrometer schon fast zum Standard geworden. Das ist nicht einmal ein Zwanzigstel der Dicke eines menschlichen Haars. Für die Zukunft peilen die MLCC-Hersteller schon die Miniaturisierung im Highend-Bereich an, mit einer Dicke von unter 100 Nanometer! Denn die Kapazität von MLCCs hängt stark von der Dicke der keramischen Einzelschicht ab – MLCCs bestehen heute ja aus einem Mehrschichtaufbau mit mehr als 1000 einzelnen Schichten. Unzählige Devices, vom Smartphone bis zum IoT-Gerät, wären ohne die winzigen Bauteile gar nicht denkbar. Und unbestreitbar haben Mowital® und PVB allgemein an den Miniaturisierungserfolgen einen großen Anteil.“
Gurshranjit Singh: „Absolut, diese Fortschritte bei der Miniaturisierung sind eindrucksvoll. Und es ist ja wirklich ein kontinuierlicher Prozess. Schon seit vielen Jahren wird dem keramischen Schlicker für das Tape Casting bei Mehrschichtkondensatoren PVB als Bindemittel zugegeben. Mowital® ist in den Produktionsprozessen etabliert und bewährt. 100 Prozent RoHS-konform ist es sowieso. Und die Nachfrage der Hersteller ist ungebrochen, der PVB-Boom hält an. Nur sind die Ansprüche an die Performance jetzt noch höher, wenn es darum geht, die nächste Hürde zu nehmen und mit den MLCCs in die Region unter einem Mikrometer Schichtdicke vorzustoßen.
Darum ist es auch so wichtig, zusammen mit unseren Kunden genau zu überlegen, welcher Mowital®-Typ für den konkreten Einsatzzweck der richtige ist. Als Technology Scouting Team stellen wir unser fundiertes wissenschaftliches Know-how und unsere Erfahrung bei der Entwicklung von Produkten, Verfahren und Technologien zur Verfügung, um sie schneller, intelligenter und innovativer zu machen. Grundsätzlich stimmt natürlich, dass besonders die hochmolekularen PVB-Typen noch bessere mechanische Eigenschaften haben, wie Zugfestigkeit und Dehnbarkeit der Grünfolie. Darüber hinaus bieten die hochmolekularen Mowital®-Typen eine hohe Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel, die typischerweise für leitfähige Pasten in der MLCC-Herstellung verwendet werden. Aber letztlich ist immer eins entscheidend: Es geht für uns darum, das für den individuellen Anwendungsfall richtige Verhältnis zwischen den verschiedenen Eigenschaften des PVB zu finden. Zum Beispiel zwischen der Fließfähigkeit des keramischen Schlickers einerseits und der mechanischen Stabilität der entsprechenden Grünfolie andererseits.
Neben der Weiterentwicklung der keramischen Schlicker für die MLCC-Produktion gibt es in jüngerer Zeit noch andere spannende Einsatzgebiete für Mowital® – zum Beispiel als Bestandteil von keramischen Filamenten bzw. keramischen Kompositen für die additive Fertigung.“
Dr. Florian Mummy: „Stimmt, auch da tut sich gerade sehr viel. Prinzipiell ließe sich für den 3D-Druck von technischer Keramik ja auch Polymethylmethacrylat (PMMA) als Bindemittel einsetzen. Ein wichtiger Vorzug von PVB ist, dass das Makromolekül die richtige Menge an Sauerstoff, die für das Ausbrennen notwendig ist, selbst zur Verfügung stellt. Das verhindert, dass beim Ausbrennen Hotspots entstehen, weil dies eben nicht bei einer hohen O2-Konzentration geschehen muss. Zudem kann das Ausbrennen von PVB bei niedrigerer Temperatur erfolgen. Der große Vorteil von PVB: Sein Zusatz als Bindemittel gewährleistet, dass die mechanische und Dimensionsstabilität beim Ausbrennen erhalten bleibt. Man könnte eigentlich sagen, dass sich der PVB-Zusatz bei der additiven Fertigung fast wie ein Kunststoffkleber verhält. Und für den Fall, dass das Bindemittel nicht ausgebrannt werden soll: Nach dem 3D-Druck mit PVB-haltigen Filamenten braucht es für das Oberflächen-Polishing keine mechanische Glättung. Zur Nachbearbeitung genügt dann ein nicht-thermisches Aufschmelzen der Oberfläche.“
Gurshranjit Singh: „MLCC-Tape Casting und Keramik-Filamente bzw. -Komposite für den 3D-Druck – das sind nur zwei aktuelle Anwendungsfelder für Mowital®. Vielleicht lohnt noch ein kurzer Ausblick auf unser jüngstes Anwendungsszenario.“
Dr. Florian Mummy: „Das wäre die Verwendung von PVB-Harzen bei der additiven Fertigung von Katalysatoren. Die Forschung beschäftigt sich derzeit damit, Keramik-Katalysatoren per 3D-Druck herzustellen. Für die Katalysator-Technologie bedeutet das einen Quantensprung. Denn per additiver Fertigung könnten sich keramische Stützstrukturen sehr gezielt erzeugen lassen – so ließe sich die katalytisch aktive Oberfläche drastisch vergrößern. Eine gezielt konstruierte, sehr große Oberfläche würde natürlich viel höhere Umsatzraten versprechen und die Effizienz des Katalysators deutlich steigern. Sogar die Nachhaltigkeit in der Katalysator-Fertigung könnte sich so verbessern, denn ein 3D-gedruckter Kat braucht für dieselbe Performance weniger seltene Erden bzw. Edelmetalle.“
Gurshranjit Singh: „Ich bin überzeugt: Noch haben wir gar nicht alle Anwendungsfelder von Polyvinylbutyral in den diversen Branchen erschlossen. Da stehen wir noch vor etlichen neuen, ungeahnten Möglichkeiten. Die additive Fertigung technischer Keramik ist ja ein ganz junges Feld. Und ich denke, wir freuen uns beide schon darauf, all diese Potenziale gemeinsam mit unseren Kunden auszuloten. Da gibt es noch viel zu entdecken.“
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