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Degussa Innovationspreis 2001 in der Kategorie "Neue Anwendungen" für kratzfeste Beschichtungen
17.12.2001
Sie sind extrem kratzfest, umweltverträglich - weil frei von Lösemitteln - einfach zu applizieren und breit anwendbar, da sie ihre Wirkung auf Papier und Parkett ebenso entfalten wie auf Metallen und Kunststoffen ? diese Vorteile verheißen Acrylatlacke, die die neu entwickelten siloxanumhüllten Nanopartikel der Degussa AG, Düsseldorf, enthalten. Im Vergleich zu konventionellen Acrylatsystemen ist die Abriebfestigkeit dieser Beschichtungen um ein Vielfaches höher. Möglich wird dieses Eigenschaftsspektrum durch den richtigen Mix aus anorganischen Nanopartikeln auf Basis der pyrogenen Kieselsäure AEROSIL® und organofunktionellen Sivento®Silanen von Degussa in einem flüssigen, UV-vernetzbaren Bindemittel auf Acrylatbasis. Grund genug für Degussa, die Leistung der Forscher Dr. Björn Borup, Roland Edelmann und Dr. Jaroslaw Monkiewicz vom Geschäftsbereich Aerosil & Silane mit dem konzerninternen Innovationspreis 2001 in der Kategorie "Neue Anwendungen" auszuzeichnen, zumal sich der Erfolg am Markt bereits abzeichnet. Der Preis ist mit 25.000 Euro dotiert und würdigt herausragende Forschungsarbeiten von Mitarbeitern.
Mit ihrer Entwicklung ist es den drei Degussa-Forschern in Zusammenarbeit mit dem Institut für Oberflächenmodifizierung in Leipzig gelungen, zwei normalerweise gegenläufige Effekte zu vereinen: Ein hoher Anteil anorganischer Nanopartikel aus Siliziumdioxid (SiO2) verbessert zwar die Kratzfestigkeit eines Lackes, erhöht aber wegen der polaren Partikeloberfläche zugleich auch seine Viskosität und macht ihn damit praktisch nicht verarbeitbar. Um dieses Problem zu umgehen, wenden die Forscher einen Trick an: Sie umhüllen die Nanopartikel direkt im Bindemittel mit einer dicken, weichen Polysiloxan-Schale aus organofunktionellen Silanen. Damit verändern sie die Polarität der Partikeloberfläche und können die Viskosität drastisch senken, ohne die kratzfestigkeitssteigernde Wirkung der Partikel zu beeinträchtigen. Aus den Partikeln entstehen bei diesem Prozess Nanokapseln mit einem sehr harten Siliziumdioxid-Kern und einer weichen Siloxanschale, die ohne zusätzliches Lösemittel direkt im UV-vernetzbaren Bindemittel bzw. im Lack synthetisiert werden.
Das Ergebnis ist eine völlig neue anorganisch/organische Hybridbeschichtung auf Actylatbasis, deren Gehalt an Nanokapseln bis über 30 Prozent betragen kann. Diese hohe Konzentration ist für die extrem gute Kratz- und Abriebfestigkeit der Beschichtung verantwortlich, die im Vergleich zu konventionellen Acrylatsystemen um das Zehnfache höher ist. Durch den Einbau von Silizium-Sauerstoff-Bindungen ist die Beschichtung außerdem auch UV-, thermisch und mechanisch stabil.
Aufgrund des Hybridcharakters vereinigen die neuen UV- und strahlenhärtenden Beschichtungen die positiven Eigenschaften anorganischer Materialien wie Härte, mechanische Stabilität, Haltbarkeit, Nichtbrennbarkeit und UV-Resistenz mit den Vorteilen organischer Polymere wie Elastizität und Vernetzbarkeit. Darüber hinaus sind sie hoch reaktiv (Aushärtung innerhalb von Sekunden), einfach zu applizieren (keine spezielle Ausrüstung notwendig), umweltverträglich (frei von Lösungsmitteln) und aufgrund der geringen Partikelgröße transparent. Überzeugend ist auch das breite Anwendungsspektrum der Hybridbeschichtungen: Für Parkett, Möbeldekorpapiere und Plattenwerkstoffe sind sie ebenso geeignet wie für metallische und polymere Werkstoffe und Folien.
Forschung und Entwicklung der Degussa im Bereich organofunktionelle Silane sind im südbadischen Werk Rheinfelden konzentriert, wo auch verschiedene Sivento®Silane sowie die pyrogene Kieselsäure AEROSIL® produziert werden. Organofunktionelle Silane dienen auch als Haftvermittler zwischen anorganischen Materialien wie Glas, Mineralien oder Metall und organischen Polymeren bzw. Kunststoffen. Sie sind unentbehrliche Wirkstoffe bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen, Dicht- und Klebmassen, Farben und Lacken, Dämmstoffen und bei Gießereianwendungen.
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