Alternative Dispergatoren in polymeren Pasten und Schmelzen

BMWi INNO-KOM 49MF180073 | Laufzeit: 11.2018 – 10.2020 Bernhard Trommer, FILK Freiberg
  • Kategorien:
  • Technische Textilien/Composite

Ausgangssituation

Weltweit werden ca. 15 Mio. t/a Füll­stoffe und Additive in Kunst­stoffen verarbeitet. Die Hälfte davon bilden Rezeptur­bestand­teile für Polyole­fine und PVC. Auch die Produktion von Kunst­stoff­bahnen umfasst zahl­reiche Verfahrens­schritte, die Matrix­polymere mit Füll­stoffen und Additiven kombi­nieren. Die Art und Weise der Ein­arbei­tung in poly­mere Pasten und Schmelzen bewirkt eine Viel­zahl von Effekten, die die Qualität der Produkte maßgeblich bestimmen und den Verar­beiter vor permanent zu lösende Aufgaben stellen.

Projektziel

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Suche nach alter­na­tiven Dispergier­hilfen für Füll­stoffe und Additive in Polymer­schmelzen und PVC-Plasti­solen für deren Einsatz in Streich- und Extrusions­prozessen zur Herstellung von Kunst­stoff­bahnen. Der gewählte Lösungs­ansatz sollte die bekannten maschinen­bau­lichen Mittel wie Extrusions­werk­zeuge, Schnell­mischer oder Walzen­stühle wirksam und kosten­günstig ergänzen.

Lösungsweg

Als erfolgversprechende Alternative für den Einsatz als Disper­gator erwiesen sich Misch­konden­sate sulfo­nierter Aromate und Form­aldehyd. Ihre Gewinnung stützt sich auf die Sulfo­nierung von Naphthalin mit mehr­kernigen pheno­lischen Aromaten und der Konden­sation mit Form­aldehyd in verschie­denen Anteilen. Diese speziellen Produkte wurden in der Vergangen­heit als Hilfs- und Aus­tausch­gerb­stoffe unter dem Ober­begriff Syntane speziell für die Leder­industrie entwickelt. Anhand von Modell­rezep­turen unter Verwen­dung alter­na­tiver Disper­gatoren wurden mögliche Wechsel­wirkungen mit verschie­denen zähig­keits­modi­fi­zierenden, flamm­hemmenden und leit­fähigen Additiven in thermo­plas­tischen Compounds und PVC-Pasten experimentell getestet. Außerdem wurde die Eignung der Disper­gatoren als Verträg­lich­keits­vermittler für Bio- und synthe­tische Polymere unter­sucht.

Ergebnisse

Die Versuche zeigten, dass die Wirk­samkeit der Disper­ga­toren mit dem Vorhanden­sein funktio­neller Gruppen der behan­delten Hilfs­mittel in Beziehung steht. Als sinn­volle Dosie­rung erwiesen sich Einsatz­mengen von ≥ 2 % Dispergator bezogen auf die Gesamt­rezeptur. Eine erfolg­reiche Einar­bei­tung wurde bevor­zugt als wäss­riger Ansatz erreicht. Beim Mischen und Plas­ti­fi­zieren wurde eine scher­ver­dünnende Wirkung der Disper­ga­toren auf Polymer­schmelzen nach­ge­wiesen. Bei einer kombi­nierten Anwen­dung mit konven­tio­nellen Weich­machern beein­fluss­ten die Disper­ga­toren das Scher­ver­halten von Bio­poly­mer­schmelzen (PLA) im Sinne eines dila­tan­ten Ver­hal­tens, das heißt, ein zeit­abhängiger Wieder­anstieg der Visko­sität bei fort­lau­fender Scher­bean­spruchung wurde beobachtet. Die Einflüsse auf die Festig­keit und das Defor­mations­verhalten von unpolaren Matrix­poly­meren waren gering.

Der Einsatz der Disper­ga­toren in Weich-PVC-Folien mit leit­fähigen Füll­stoffen führte zu starken anti­stati­schen Eigen­schaften (Perkolations­netz­werke). Außerdem zeigten sich die Disper­ga­toren als wirk­same Verträg­lich­keits­vermittler (Compatibilizer) zwischen synthe­tischen und Bio­poly­meren.

   

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Danksagung

Das Forschungsvorhaben „Alternative Dispergatoren in polymeren Pasten und Schmelzen“, Reg.-Nr.: 49MF180073 wurde anteilig vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages innerhalb des Förderprogramms „FuE-Förderung gemeinnütziger externer Industrieforschungseinrichtungen – Innovationskompetenz (INNO-KOM) – Modul Marktorientierte Forschung und Entwicklung (MF)“ über den Projektträger EuroNorm GmbH gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

Kontakt

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