Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Vernetzung von weichmacherhaltigen PVC-Oberflächen durch plasmaerzeugte UV-Strahlung und Gasphasenfluorierung

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein wirtschaftlich und technologisch sehr bedeutender Kunststoff, wobei die PVC-verarbeitende Industrie in Deutschland meist mittelständisch geprägt ist. Weich-PVC findet aufgrund der günstigen Kombination aus niedrigem Preis, hoher mechanischer und chemischer Beständigkeit sowie Verschweißbarkeit in vielen Bereichen Anwendung. Die Weichmacher sind jedoch lediglich in der Kunststoffmatrix gelöst, nicht chemisch gebunden und zeigen damit je nach Weichmachertyp eine mehr oder weniger starke Tendenz zur Migration in das umgebende Medium (Umwelt/Organismus).

Ziel des Projekts ist es, geeignete Migrationsbarrieren bei PVC-Bahnenwaren gegenüber den derzeit gebräuchlichen Weichmachern zu erzeugen, indem die Polymerketten an der Oberfläche vernetzt bzw. funktionelle Gruppen eingebaut werden ohne Ausbildung einer separaten Schicht. Neben einer angestrebten Barriereeffizienz von mindestens 0,75 (1 = 100 %ige Sperre) soll die Wechselwirkung zwischen der Chemie der erzeugten Sperrschicht und der daraus resultierenden Diffusionsrate verschiedener Weichmacher aufgeklärt und eine Korrelation abgleitet werden. Es sollen weiterhin Aussagen zu den Auswirkungen auf die nachfolgenden Prozesse wie z. B. das Verschweißen getroffen sowie die Langzeitwirkung der Barriere eingeschätzt werden. Zur Umsetzung der Ziele eignen sich unterschiedliche Verfahren wie Plasmabehandlung mit Argon, die Gasphasenfluorierung bzw. die Behandlung mit UVC-Strahlern.

Das Projekt besitzt für KMU verschiedener Industriebereiche, wie z. B. PVC-verarbeitende Industrie, Anlagenhersteller zur Veredelung sowie Endanwender (z. B. Fußbodenbelag, Schwimmbadfolie) eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung. Mit einer Migrationssperrschicht bei PVC-Folien wird ein Mehrwert generiert, der eine Aufwertung von PVC-Produkten darstellt. Die Modifizierungen der PVC-Folien erfolgen in enger Abstimmung mit dem PA, sodass diese zeitnah nach Projektende bei verschiedenen Anwendern zum Einsatz kommen können.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens war die Entwicklung von Migrationsbarrieren für Weichmacher in PVC-Bahnenwaren gegenüber gebräuchlichen phthalathaltigen und phthalatfreien Weichmachern (z. B. DPHP, DINCH, DIDP, DINP, Diisononyladipat (DINA), Adipate, Mellitate, Citronensäureester) vorgesehen. Zudem wurde der Einfluss der Zugabe von Vernetzungshilfsmitteln (Sonnenblumenöl und Leinsamenöl) in die Weich-PVC-Folien hinsichtlich zusätzlicher Vernetzungsreaktionen und damit höherer Migrationssperrwirkungen untersucht. Zum Ende des Projektes wurde die Weiterverarbeitung, d. h. das Verschweißen der modifizierten Weich-PVC-Folien untersucht und bewertet.

Von den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses wurden verschiedene PVC-Folien mit unterschiedlichsten Weichmachern bereitgestellt. Zudem wurden am Schmelzwalzenkalander PVC-Modellfolien hergestellt. Die Weich-PVC-Folien wurden mittels Gasphasenfluorierung, UVC-Strahlung sowie Atmosphärendruck-Plasmabehandlung modifiziert. Vor allem die Gasphasenfluorierung als auch die Plasmabehandlung waren für die Erzeugung von Migrationssperrschichten besonders gut für phthalathaltige Weichmacher geeignet. Die Zugabe von Vernetzungshilfsmitteln in die Weich-PVC-Folien führte bei der Fluorierung zu einer verbesserten Barriereeffizienz (abhängig vom Weichmacher). Ein Verschweißen der modifizierten PVC-Folien mit hohen Haftfestigkeiten war aufgrund der Vernetzung an der Oberfläche nicht möglich. Jedoch besteht die Möglichkeit, die Bereiche der Schweißnähte mit Plasma durch Abtragen der vernetzten Oberfläche zu reaktivieren oder die Bereiche während der Modifizierung zu maskieren.

Zusammenfassend kann geschlussfolgert werden, dass im Rahmen des Projektes ein Beitrag zur Erzeugung von Migrationssperrschichten für Weich-PVC-Folien geleistet wurde.