Nanotechnologie bei der BASF

Große Zukunft für kleinste Teilchen

Kratzfeste Lacke, Farbe ohne Farbstoff und Zahnreparatur aus der Tube

Selten hat eine neue Technologie innerhalb weniger Jahre so viel Interesse geweckt. Kaum ein Medium, das nicht über die neuesten Forschungsergebnisse berichtet. Und auch die Wirtschafts- und Finanzwelt setzt große Hoffnungen in ihre Innovationskraft. Die Rede ist von der Nanotechnologie. Sie gilt als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Auch bei der BASF spielen die winzigen Teilchen eine große Rolle. „Wir nutzen die Nanotechnologie, um unser Angebot an die Kunden zu verbessern, um neue Produkte zu schaffen oder bestehende weiterzuentwickeln“, so Dr. Stefan Marcinowski, Vorstandsmitglied der BASF Aktiengesellschaft und Sprecher der Forschung. „Die neuen Erkenntnisse und Entwicklungen der Nanotechnologie sind für uns ein weiterer Baustein für profitables Wachstum durch Innovation.“

Nanotechnologie ist eine echte Querschnittstechnologie. Das gilt sowohl aus Sicht der Wissenschaft als auch in Bezug auf die Vielzahl der möglichen Anwendungsfelder – in der Chemie und darüber hinaus. Es ist die Größe oder besser gesagt die Winzigkeit, die alle Nanoprodukte verbindet. Sie liegt im Bereich von einem bis zu mehreren hundert Nanometern. Ein Nanometer ist der Millionste Teil eines Millimeters und damit immer noch rund 50000mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares.

Die BASF forscht an der Charakterisierung und der gezielten Herstellung neuer Nanomaterialien. Diese Materialien werden dann in der Regel in Produkte eingebracht, um deren Leistungsprofil zu verbessern oder um völlig neue Eigenschaften zu erzeugen. Der Umgang mit den Teilchen aus der „Zwergenwelt“ – im Griechischen bedeutet „nanos“ Zwerg – ist für die BASF nichts Neues. Denn schon seit Jahrzehnten stellt das Unternehmen zahlreiche Produkte her, deren Eigenschaften von Nanopartikeln und ?strukturen geprägt sind. Eines der bekanntesten Beispiele hierfür sind Pigmente, die unter anderem zur Einfärbung von Lacken, Farben oder Kunststoffen verwendet werden.

Nano spielt auch bei „klassischen“ BASF-Arbeitgebieten eine wichtige Rolle

Wässrige Polymerdispersionen sind nicht nur eine besonders vielseitige Produktklasse, sondern auch eine Stärke der BASF. Der Jahresumsatz der BASF mit derartigen Produkten beträgt etwa 1,5 Milliarden Euro. Sie alle enthalten Polymerteilchen in der Größenordnung von zehn bis einigen hundert Nanometern. Polymerdispersionen finden sich in Fassadenfarben, Lacken, Klebern oder dienen der Veredlung von Papier, Textilien und Leder. Eine für alle Nanopartikel charakteristische Eigenschaft nutzt man schon immer bei der Herstellung von Katalysatoren: bei gleicher Masse nimmt mit sinkender Teilchengröße die Oberfläche der Partikel drastisch zu. Viele chemische Reaktionen finden auf der Oberfläche von Katalysatoren statt. Je größer diese Oberfläche ist, desto aktiver ist der Katalysator. Auf diese Weise ermöglichen nanoskalige Katalysatoren zahlreiche Verfahrensinnovationen, mit deren Hilfe man viele chemische Prozesse effizienter und ressourcenschonender – also wettbewerbsfähiger macht.

Auch im Bereich Ernährung kommt die Nanotechnologie zum Einsatz. Viele Vitamine und ihre Vorstufen, wie Carotinoide, sind wasserunlöslich. Durch die geschickte Herstellung und Formulierung als Nanopartikel werden diese Substanzen zum einen sogar mit kaltem Wasser leicht mischbar und zum anderen für den menschlichen Organismus besser verfügbar gemacht. Viele Limonaden und Fruchtsäfte enthalten derart formulierte Zusatzstoffe, die häufig auch für die ansprechende Farbe sorgen. Im Bereich Kosmetik gehört die BASF bereits seit einigen Jahren zu den führenden Anbietern von UV-Absorbern auf der Basis von nanopartikulärem Zinkoxid. In Sonnencremes filtern die kleinen Partikel die energiereiche Strahlung aus dem Sonnenlicht. Auf Grund ihrer geringen Größe bleiben sie für das menschliche Auge unsichtbar. Das Resultat: die Creme ist auf der Haut transparent.

Neue Märkte erschließen durch Nanotechnologie

Die Architektur von Nanostrukturen bildet einen Forschungsschwerpunkt bei der Verbesserung von etablierten BASF-Produkten und bei der Entwicklung neuer Produkte. Eine besonders interessante Produktklasse sind die sogenannten hyperverzweigten Polymere. Zwei ganz unterschiedliche Einsatzgebiete unterstreichen den Querschnittscharakter der Nanotechnologie. Zum einen entwickelt die BASF neuartige Druckfarben, die mittels hyperverzweigter Polymere auch auf Kunststofffolien aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien – polar oder unpolar – gleich gut haften. Dem Kunden aus der Druckindustrie bietet die BASF so mehr Flexibilität und die Möglichkeit höherwertige Produkte herzustellen. Die abfärbende Plastiktüte gehört bald der Vergangenheit an. Zum anderen verbessern diese hyperverzweigten Polymere die Eigenschaften von hochwertigen Polyurethan-Lacken für die Automobilindustrie. Als Vernetzungskomponente machen sie den Lack nicht nur kratzfester, sondern auch gleichzeitig flexibler.

Wissenschaftler der BASF arbeiten auch daran, dass die Nanotechnologie bald – im wahrsten Sinne des Wortes – „in aller Munde“ sein wird. So soll mit Hilfe von Nanopartikeln angegriffener Zahnschmelz schon beim Zähneputzen wieder aufgebaut werden. Das hierfür verwendete Material Hydroxylapatit ist vom chemischen Aufbau her identisch mit dem Zahnschmelz, wodurch die Partikel eine hohe Affinität zur Zahnoberfläche besitzen. Der Kniff: die Nanoteilchen bilden nach der Anwendung – also nach dem Zähneputzen – einen zusammenhängenden dünnen Film, der die Fehlstellen überdeckt.

Zahlreiche weitere Entwicklungen stellen die Innovationskraft der Nanotechnologie unter Beweis. So forscht die BASF an würfelförmig organisierten Nanostrukturen, die aus einem dreidimensionalen metallorganischen Gerüst bestehen, und in der Lage sind, Wasserstoff für Minibrennstoffzellen zu speichern. Die vergrößerte, spezifische Oberfläche und die hohe Porosität der „Nanowürfel“ führen dazu, dass vergleichsweise große Mengen Wasserstoff aufgenommen werden können. Als wiederaufladbares Speichermedium könnten sie in Zukunft herkömmliche Akkus in mobilen Elektrogeräten, wie Laptops oder Handys, ersetzen.

Nanotechnologie heißt: von der Natur lernen

Wie so oft in der Chemie dient auch bei der Nanotechnologie die Natur als Vorbild. Die brillante Farberscheinung eines Opals ist beispielsweise allein auf Nanostrukturierung zurückzuführen. Der hell leuchtende und bunt schimmernde Edelstein enthält keinen Farbstoff! Dieser Effekt lässt sich auch mit Hilfe so genannter photonischer Kristalle erzeugen, die bei der BASF entwickelt und für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen geprüft werden. Die erzielten Farbeffekte sind besonders für großflächige Anwendungen, wie Dekorpapiere, Verpackungsfolien oder Schmuckfarben für Druckereien, interessant. Auch das Prinzip der Lotus-Effekt-Beschichtung ist der Natur abgeschaut. Die Blattoberfläche der Lotuspflanze ist von speziell geformten Wachspartikeln überzogen, deren Struktur sie wasserabweisend und selbstreinigend macht. Forscher entwickeln im Auftrag der BASF Future Business GmbH, einer 100-prozentigen Tochtergesellschaft der BASF, ein Spray, das während des Trocknens ganz ähnliche Strukturen ausbildet und so einen Schutzfilm aufbaut. Der Traum vom selbstreinigenden Schuh rückt so ein ganzes Stück näher.

Durch Kooperationen neue Innovationsimpulse aufnehmen

Offene Augen und Ohren für die Bedürfnisse der Kunden und Verbraucher sowie ein gut funktionierendes Radar für neue Trends in der Wissenschaft: Das ist ein Erfolgsrezept der BASF. Nahezu alle Felder von Wissenschaft und Technik tragen heute zur Entwicklung der Nanotechnologie bei. Dass die BASF die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse breit nutzen kann, dafür bietet der Forschungsverbund des Unternehmens optimale Voraussetzungen. In über 800 Kooperationen arbeitet es mit führenden Universitäten, Instituten, Hightech-Start-ups und Partnern in der Industrie an neuen Problemlösungen. Zu den Forschungs- und Entwicklungseinheiten gehören weltweit nahezu 8000 Mitarbeiter – annähernd 6000 davon in Ludwigshafen. Das Herz des BASF-Forschungsverbundes bilden in Ludwigshafen die drei zentralen Technologieplattformen: Forschung und Technologie Chemikalien, Forschung Wirk- und Effektstoffe sowie Polymerforschung.

Um auch außerhalb bestehender Geschäftsfelder noch schneller und zielgerichteter Innovationsimpulse aufnehmen und vorantreiben zu können, wurde im Jahr 2001 die BASF Future Business GmbH gegründet. Diese Einheit spielt auch beim Thema Nanotechnologie für die BASF eine wichtige Rolle, denn bis heute sind die meisten Aktivitäten an Hochschulen, Instituten und in Start-up-Unternehmen rein erkenntnis- oder technologiegetrieben. Um von diesen neuen Impulsen profitieren zu können, sind bereits frühzeitig Marktbetrachtungen sowie die Entwicklung geeigneter Geschäftsmodelle zusammen mit Kooperationspartnern unerlässlich. Dies ist eine der Aufgaben, die die BASF Future Business GmbH im Bereich Nanotechnologie wahrnimmt. Außerdem ermöglicht die BASF Venture Capital GmbH, ein Tochterunternehmen der BASF Future Business GmbH, über Beteiligungen an Technologiefonds und Start-up-Unternehmen einen zusätzlichen Einblick in neue Technologien und attraktive Wachstumsmärkte. Ein Beispiel für ein Direktinvestment der BASF Venture Capital GmbH ist das Engagement bei der Firma Oxonica, die erfolgreich fluoreszierende Nanopartikel als Biomarker und Nanopartikel für die Katalyse entwickelt.