Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Transportbändern durch Beschichtungssysteme auf der Basis von metalloxid-gefüllten Polymeren.

Durch das Füllen von Polymersystemen mit Nanopartikeln lassen sich in vielen Fällen die Abrasion- und Scheuerbeständigkeit der zugrunde liegenden Polymere verbessern. Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurden verschiedene Beschichtungen auf Basis von photo-vernetzbaren monomer- und/oder harzbasierten Acrylaten hergestellt, die mit organophil modifizierten Nanopartikeln gefüllt wurden. Nanopartikel mit organisch-funktionalisierten Oberflächen zeigen eine höhere Kompatibilität mit den monomeren oder als Harz vorliegenden Ausgangsverbindungen, so dass sich diese Partikel in vergleichsweise großen Mengen in diese eindispergieren lassen, ohne dass die resultierenden Dispersionen so viskos werden, dass eine Verarbeitung unmöglich wird. Zur Modifizierung der Acrylate wurden Nanopartikel auf Basis verschiedener Metalloxide eingesetzt: Die Partikel wurden entweder in einem vorbehandelnden Schritt mit allylischen Funktionen ausgestattet oder sie wurden in-situ modifiziert, so dass eine hohe Kompatibilität der Partikel mit den Acrylaten erzielt wurde.

Die so dispergierten Partikel haben zu mehr als 90% Partikelgrößen kleiner etwa 350 nm, die Maxima der Partikelgrößenverteilung liegen im Bereich von 60-80 nm. Beschichtungen aus Dispersionen mit Aluminium- oder Siliziumdioxid zeigen aufgrund des guten Dispergierergebnisses eine hohe Transparenz – geringe Streuung aufgrund geringer Partikelgröße.

Mit derartigen Systemen wurde Polyesterfolie als Modellsubstrat beschichtet und die Auswirkung der Partikel auf die Scheuerbeständigkeit untersucht. In den Scheuertests zeigte der Großteil der untersuchten Beschichtungen eine Verbesserung der Beständigkeit gegen die abrasive Beanspruchung. Harte unflexible Beschichtungen zeigten sehr gute Ergebnisse nach der Modifikation mit den Nanopartikeln, so dass nach einer vergleichsweise hohern Anzahl von Scheuerzyklen die Topcoats nur wenig geschädigt waren. Diese Schichten erwiesen sich allerdings als zu inelastisch für die gewünschte Anwendung als Transportband, da sie bereits bei vergleichsweise großen Krümmungsradien brechen. Bei Modifikation elastischerer Beschichtungen konnten generell auch Verbesserungen in den Scheuerversuchen festgestellt werden, jedoch waren alle untersuchten Systeme, die eine ausreichende Elastizität aufwiesen, innerhalb weniger Scheuerzyklen stark geschädigt, so dass dann die Verbesserungen nicht ausreichend groß waren.

Die untersuchten Beschichtungen bewiesen in saurer Atmosphäre eine gute Resistenz, von stark basischen Atmosphären werden die Coatings angegriffen, hier zeigt sich, dass insbesondere bei Verwendung von alkalien-löslichen Siliziumdioxidpartikeln die Zersetzung der Beschichtung mit steigendem Füllgrad zunimmt.

DSC-Messungen an verschiedenen Polymeren zeigen Erhöhungen der Zersetzungtemperaturen infolge des Füllens mit Nanopartikeln. Die Maxima der DSC-Signale verschieben sich dabei um wenige Grad Celsius, in den Untersuchungen bis zu sechs. Die Ableitungen der DSC-Kurven geben Hinweise auf ein verzögertes Einsetzen der Zersetzung. Gleichzeitig zeigen verschiedene andere Beschichtungssysteme keine Änderungen in den Zersetzungstemperaturen, so dass nicht grundsätzlich von der beschriebenen Erhöhung der Zersetzungstemperatur ausgegangen werden kann.

(pdf-Metalloxid)

Angaben zum Forschungsvorhaben:
Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Transportbändern durch Beschichtungssysteme auf der Basis von metalloxid-gefüllten Polymeren
IGF-Vorhaben Nr. 13808 N
Laufzeit: 01.01.2004 bis 30.04.2006
Ansprechpartner: Dr. Torsten Textor, Tel.: +49-2151-843-0, e-Mail: info@dtnw.de