Eine vollkommen neuartige Werkstoffgruppe ist auf dem Weg, wichtige Aufgaben bei der Lösung zahlreicher technischer und ökologischer Probleme wahrzunehmen - die organischen Metalle. Der erste Vertreter dieser Art, das Poly-phenylenamin, wird derzeit von einem mittelständischen Chemieunternehmen, der Ormecon Chemie GmbH & Co. KG (einer Tochter der Zipperling Kessler & Co.) aus Ammersbek bei Hamburg nach nunmehr über 15 Jahren Grundlagenforschung unter dem Handelsnamen ORMECON in den Weltmarkt eingeführt. Erste kleine kommerzielle Anwendungen wurden in den letzten Jahren entwickelt und wurden seit 1995 erstmalig regelmäßig praktiziert.

Organische Metalle (die man früher mehr als „intrinsisch leitfähige Polymere" bezeichnet hat) sind organische Verbindungen mit hohem Molekulargewicht (Polymere), die einige für Metalle charakteristische Eigenschaften aufweisen. Im Rahmen der Effizienzrevolution „Faktor 10" sind besonders hervorzuheben:

Poly-phenylenamin ist aufgrund seiner Stellung in der Spannungsreihe eines der edleren Metalle (es steht zwischen Kupfer und Silber)

- im Gegensatz zu allen anderen Metallen kann es nicht nur oxidiert, sondern auch reduziert werden

- im Gegensatz zu den bekannten Metallen verliert es dabei aber nicht seine Form, sondern ändert nur seinen Oxidationszustand und verliert natürlich (wie auch Kupfer oder Eisen) seine metallischen Eigenschaften.

Das Problem der organischen Metalle besteht darin, daß sie nicht schmelzbar und nicht löslich sind, also mit metallurgischen oder Kunststoffverarbeitungsverfahren nicht verarbeitbar sind. Zipperling’s Forschungs-Beitrag zu diesem Problem bestand darin, auf chemischem Wege eine dispergierbare Form des Poly-phenylenamins herstellbar zu machen sowie Dispersionsmethoden und Formulierungen zur Applikation des neuen Stoffs zu finden.

Inzwischen ist das mittelständische Unternehmen als erstes Unternehmen weltweit in der Lage, eine ganze Reihe unterschiedlicher Produkte kommerziell anzubieten. In 2 Bereichen scheint es möglich zu sein, einen „Faktor 10" zu ermöglichen:

Leiterplattenfertigung

Leiterplatten müssen nach ihrer Herstellung mindestens 1 Jahr lötfähig sein. Hierzu wird in der aufwendigen, ca 170 Arbeitsschritte umfassenden Leiterplattenherstellung heute weltweit ein Fertigungsschritt praktiziert, bei dem ca 30 g Zinn pro Quadratmeter erforderlich sind. Das hier verwendete Zink enthält normalerweise ca 37% Blei. Der weltweite Verbrauch dieser Legierung beläuft sich für diese Anwendung schätzungsweise auf 750 Tonnen pro Jahr, darin über 250 t Blei.

Nach Vorbehandlung des Kupfers mit einer extrem feinen Dispersion des organischen Metalls konnte die Aufbringung des Zinns extrem verbessert werden. Hierdurch werden weitere deutliche Verkleinerungen der Leiterplatten möglich. Zusätzlich können die Aufbringungsverluste nun praktisch vollständig vermieden werden, so daß nur noch etwa 5% der Zinnmenge für die gleiche Fläche erforderlich sind. Dies entspräche einer Reduktion des Zinn/Blei-Verbrauchs um über 700 Tonnen pro Jahr. Hinzu kommt eine sehr nennenswerte Energieeinsparung

Diese Effizienzsteigerung wird mit einem vergleichsweise geringen Aufwand des neuartigen metallischen Kunststoffs Polyanilin erreicht. Mit einem Liter der Polyanilin-Dispersion können ca 10 m² produziert werden, wobei die Polyanilin-Belegung bei nur ca 15 mg pro m² liegt. Als Dispersionsmittel dient Wasser.

Die Effizienzsteigerung beträgt hier also deutlich mehr als einen Faktor 10, nämlich bis 20.

Derzeit wird diese neue Technologie bereits kontinuierlich in einigen Leiterplattenwerken bei einem Teil der Produktion angewendet, die produzierten Platten werden in kommerziellen Geräten eingesetzt. Man erwartet, daß diese Technologie bald aus dem Teststadium heraustritt und schnell weltweit angewendet wird.

Wenn auch der Gesamtverbrauch an Zinn/Blei in diesem Fertigungsschritt im ökologischen Maßstab vernachlässigbar erscheint, so zeigt das Beispiel doch, daß mit vollkommen neuartigen technologischen Ansätzen durchaus enorme Effizienzsteigerungen realisierbar sind. Auch in der Leiterplattenfertigung wird das organische Metall noch weitere Verbesserungen ermöglichen.

Der gleiche Stoff kann aber ebenso - wie das folgende Beispiel zeigt - technische Lösungen ermöglichen, die auch im Weltmaßstab aus ökologischer und wirtschaftlicher Sicht nicht mehr vernachlässigbar sind:

Korrosionsschutz

Das vielleicht am wenigsten naheliegende und sowohl wissenschaftlich wie technisch aufwendigste Anwendungsgebiet ist der Korrosionsschutz. Bereits 1987 machte Zipperling (Ormecon) Entdeckungen, wonach eine polyanilinhaltige Beschichtung auf Metallen einen gewissen gesteigerten Korrosionsschutzeffekt zeigte.

Trotz jahrelanger Forschung und Weiterentwicklung der Beschichtungen gelang der Durchbruch erst 1993, als das Prinzip des Effektes erkannt wurde: Polyanilin verhält sich praktisch wie ein Edelmetall (mit einem Redoxpotential nahe beim Silber), veredelt also die Oberfläche konventioneller Metalle. Zusätzlich wandelt es die Oberfläche des zu schützenden Metalls in eine hauchdünne, dichte Metalloxidschicht um.

Beim Eisen oder Stahl entsteht in einer komplizierten Reaktionsfolge, die wir inzwischen aufklären konnten, Fe₂0₃, ganz analog zum Al₂0₃ beim Aluminium, das sich bekanntlich an Luft selbst passiviert. "Rost" ist im Gegensatz zum Fe₂0₃ aber eine wilde Mischung aus verschiedensten Eisenoxiden und -Hydroxiden, so daß Eisen oder Stahl für den Korrosionsangriff immer weitere neue Oberflächen bilden. Die im Rost angesammelten Salze und Eisenionen verstärken autokatalytisch die Korrosionsgeschwindigkeit.

Nicht mehr so nach der Beschichtung mit dem neuen organischen Edelmetall: nunmehr ist das Korrosionspotential (bei Stahl) um bis zu 800 mV verschoben (bei Kupfer sogar um mehr als 2 V), auch verzinkte Bleche und Stähle lassen sich hervorragend schützen. Denn bei einem gegebenen Potential, das sich aus dem korrosiven Medium ergibt, ist nach der "Veredelung" nur noch ein Bruchteil, z.B. deutlich unter 1% der vorherigen Korrosionsgeschwindigkeit meßbar. Hinzu kommt die Passivschicht Fe₂0₃, die allfälligem Rostfraß eine zusätzliche chemische und physikalische Barriere entgegensetzt.

Die neuen Beschichtungen, die nur als Primer (Grundierung) angeboten werden, stellen also einen aktiven, und zwar einen anodischen, Schutz dar. Hier ist Polyanilin das edlere Metall, das das zu schützende Metall oxidiert - glücklicherweise "frißt" es dieses aber nicht auf, sondern erlaubt mit Hilfe seines komplizierten Redox-Mechanismus' eine gezielte Oxidation zum stabilen zweiwertigen Oxid.

Effizienzsteigerung um Faktor 5 - 10