Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Multifunktionale plasmabasierte SiOx-Nanobeschichtungen auf PVC-Bahnenwaren

Aufgrund geänderter gesetzlicher Rahmenbedingungen müssen PVC-Folienproduzenten vermehrt phthalathaltige Weichmacher und lösungsmittelbasierte Decklacke durch phthalatfreie Weichmacher und wasserbasierte Decklacke ersetzen. Die veränderte Wechselwirkung der phthalatfreien Weichmacher mit der Polymermatrix und den wasserbasierten Lacken führt zu erhöhter Weichmachermigration aus den PVC-Materialien.

Ziel des Projektes ist die Erarbeitung eines Konzeptes zur spezifischen Verminderung der Weichmachermigration aus PVC-Bahnenwaren durch die Applikation siliziumorganischer(SiOx) Nanoschichten mittels Atmosphärendruckplasma auf PVC-Bahnenwaren. Zusätzlich sollen die Beschichtungen als Haftvermittler für wasserbasierte Decklacksysteme dienen. Unter Variation von Präkursoren und Prozessparametern werden SiOx-Nanoschichten mit verschiedener chemischer Funktionalisierung, Vernetzung sowie Schichtdicke appliziert und analysiert. Die spezifischen Barrierewirkungen der SiOx Nanoschichten werden gegen eine Vielzahl von Weichmachern und Weichmacherblends bestimmt. Die kritischen Faktoren in den Eigenschaften der Beschichtungen (Schichtdicke, chemische Funktionalisierung, Polarität, Vernetzung) sollen ermittelt werden und mit den Eigenschaften der Weichmacher (Molekülgröße, sterischer Anspruch, Viskosität, Polarität) in Korrelation gebracht werden. Durch angepasste chemische Funktionalisierung der SiOx Nanoschichten (z. B. durch zweite Beschichtung) werden diese auch als Haftvermittler für wasserbasierte Decklacke dienen.

Die mittelständisch geprägten PVC-Bahnenwarenhersteller werden aufgrund der anvisierten Ergebnisse ihr Produktportfolio auf umweltfreundliche Weichmachersysteme umstellen können. Teure Decklacksysteme mit Weihmachermigrationssperre können eingespart werden, da die Migrationssperre bereits durch die SiOx-Nanoschicht gegeben ist. Wasserbasierte Decklacke werden auf den SiOx-Nanoschichten gut anbinden können, wodurch Co-Solventen in der Verarbeitung eingespart werden.

Ergebniszusammenfassung:

Es sollten SiOx-Beschichtungen auf weich-PVC-Bahnenware erzeugt werden, die einerseits als Migrationssperre für den im weich-PVC enthaltenen Weichmacher dienen und andererseits als Haftvermittler für den die Oberflächeneigenschaften (z. B. Haptik, Abriebbeständigkeit) einstellenden Lack auf der Bahnenware. Es wurden sowohl selbst hergestellte weich-PVC-Folien als auch von PA-Mitgliedern zur Verfügung gestellte Muster von Kunstledern und Schwimmbadfolien untersucht. Als Weichmacher wurden in den Folien DEHP, DINP und Citrofol BII eingesetzt. In den Industriemustern waren neben DINP noch DIDP, Pevalen und weitere phthalatfreie Weichmacher verarbeitet. Mittels Dielektrischer Barrierenentladung (DBE), Plasmadüse und Kaltplasmaanlage wurden unter Atmosphärendruck SiOx-Schichten auf den Proben erzeugt. Als Precursoren kamen HMDSO, TEOS, HMDSN, OMCTS und APTMS zum Einsatz. Die besten Barriereschichten wurden mit DBE erzeugt. Mit HMDSO konnten Sperreffizienzen von 95 % erreicht werden. Praktisch keine Sperreffizienz wurde mit APTMS erzielt. Die hohen Sperrwirkungen traten gegenüber den Phthalatweichmachern auf. Die Wirkung gegenüber phthalatfreien Weichmachern war deutlich geringer. Problematisch bleibt die Funktion des Haftvermittlers. Die verwendeten Lacke (auf PU- und Acrylat-Basis) konnten nicht haftfest auf den SiOx-Schichten aufgetragen werden. Dies offenbarten die durchgeführten Abrieb- und Knickbeständigkeitsprüfungen. Hier ist eine Anpassung des Lackes an die Sperrschicht erforderlich. Unabhängig davon konnte nachgewiesen werden, dass mit entsprechend optimierten Systemen aus PVC, Weichmacher, für die Sperrschicht verwendetem Precursor und Decklack migrationsarme Waren hergestellt werden können. Da die Beschichtung mit DBE bei Atmosphärendruck geschehen kann, halten sich die Anschaffungs- und Betriebskosten der Plasmaanlagen in Grenzen. Damit ist das Verfahren auch für KMU einsetzbar.