Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer langzeitstabilen Oberflächenvorbehandlung zum Einsatz von Elastomersohlen in der Schwerschuhindustrie, speziell zum Einsatz beim Anschäumen von PUR-Zwischensohlen

Aufgrund der Marktnachfrage nach kurzen Lieferzeiten bei gleichzeitiger hoher Varianz an Größen und Modellen, müssen insbesondere kleine und mittelständige deutsche Hersteller aus der Schwerschuhindustrie (Sicherheits-, Wander- und Bergschuhe, etc.) eine vergleichsweise hohe Menge an Sohlen auf Lager bis zu 6 Monate vorhalten. Dies kann zu Oberflächenveränderungen an den Elastomeren führen, was wiederum eine aufwendige Reinigung vor der Verklebung notwendig macht. Da die noch in Deutschland produzierenden Hersteller fast ausschließlich Schuhe im Hochpreissegment anbieten, muss die Reinigung absolut prozesssicher sein, da Rückläufe enorme Imageverluste bedeuten. Dies ist bisher nur über Lösungsmittelreinigungen gewährleistet. Parallel dazu, sind die Hersteller jedoch verpflichtet, die geforderten Obergrenzen für VOC einhalten, was dazu führt, dass hohe Investitionen in Abluftreinigungsanlagen zu tätigen sind. Forschungsziel ist die Entwicklung eines zuverlässigen, umweltfreundlichen Verfahrens zur langzeitstabilen Oberflächenvorbehandlung von Elastomersohlen unter Vermeidung des Einsatzes halogenierter Lösungsmittel, das unter den Investitions- und Betriebskosten einer Abluftreinigungsanlage liegt um so den KMU eine wirtschaftlich und ökologisch höherwertige Alternative zu bieten. Dabei sollen die in den Vorprojekten entwickelten Methoden der Atmosphärendruckplasmen und der UV-Behandlung zusammen mit Precursortechnologien und Haftlacksystemen zum Aufbau von Barriereschichtsystemen kombiniert werden, um so die Oberflächeneffekte über einen Zeitraum von bis zu 6 Monate stabil zu halten und die Verklebbarkeit ohne weitere Zwischenschritte zu gewährleisten. Die Prozesssicherheit wird über den Einsatz der Nahinfrarotspektroskopie gewährleistet. Zur Simulation des Alterungsverlaufes erfolgt die Entwicklung eines Zeitraffertestes. Um jederzeit den Bezug zur praxisrelevanten Größe, der Verklebbarkeit, zu gewährleisten, werden die Versuche über etablierte Verfahren der Materialprüfung sowie der chemischen und strukturellen Oberflächenanalyse begleitet.

Ergebniszusammenfassung:

Im aktuellen Projekt wurden die im Vorgängerprojekt „UV-Plasma“ eingesetzten Methoden der Atmosphärendruckplasmen und der Bestrahlung mit UV-Licht mit dem Einsatz von Precursoren oder auch Haftlacken zur Langzeitstabilisierung kombiniert. So sollte der positive Effekt der Vorbehandlung langfristig erhalten bleiben und eine Lagerung des vorbehandelten Sohlenmaterials bis zur Verklebung ermöglichen. Es gelang durch den kombinatorischen Einsatz mehrerer oberflächensensitiver Messverfahren wie XPS, TOF-SIMS, ATR-Spektroskopie die lagerungsinduzierten Veränderungen messtechnisch zu erfassen. So konnten die beim konkreten Elastomer-Referenzmaterial alterungsbedingt auftretenden physikalischen und chemischen Veränderungen sowie die verursachenden Prozesse zunächst beschrieben und identifiziert werden.

Im Laufe des Projekts wurden dann unterschiedliche Vorbehandlungsmethoden und Beschichtung getestet, in dem Abschälversuche nach vorgegebenen Alterungsszenarien, begleitet von einer oberflächenanalytischen Untersuchung zur Identifikation des Versagensmechanismus durchgeführt wurden. Es zeigte sich, dass Atmosphärendruckplasma in Kombination mit einer UV-Behandlung, die Halogenierung ersetzen kann. Das NBR-Referenzmaterial konnte auch mit einer PUR-Dispersion erfolgreich für eine Langzeitlagerung beschichtet werden. Die Oberflächenbehandlung führte jedoch bei hellen Materialien zu Farbänderungen der Gummioberfläche. Beim Einsatz der PUR-Dispersion auf handelsüblichen Gummimischungen traten Haftungsprobleme auf, die auf unbekannte Additive zurückzuführen sind.

Es gelang im Projekt eine Elastomermaterial- und Klebstoffrezeptur für ein lösungsmittelfreies Verfahren zur langzeitstabilen Oberflächenvorbehandlung zur Verfügung zu stellen. Es zeigte sich jedoch auch, dass hierzu unter Umständen im Einzelfall eine weitere Abstimmung der Hersteller bezüglich der Additivierung der beteiligten Rezepturen notwendig ist.