Entwicklung von Silazan-Silicon-Copolymeren als innovative Polymerwerkstoffe für flexible Beschichtungen

Ausgangssituation

Polysilazane zeigen bei hohen Temperaturen im festen, vernetzten Zustand eine extrem hohe Flammfestigkeit. Vernetzte Polysilazanschichten bringen weitere vorteilhafte Eigenschaften mit sich. So sind sie leicht zu reinigen und widerstandsfähig gegenüber dem Anhaften mariner Lebewesen. Aus diesen Gründen werden Polysilazane neben der Anwendung als präkeramische Polymere als protective coatings im Bereich des Korrosionsschutzes, als Antifouling- oder easy-to-clean-Beschichtung eingesetzt. Reine Polysilazanbeschichtungen sind jedoch extrem spröde und deshalb nur auf biegesteifen Substraten wie Metall, Glas und Stein nutzbar. Durch Kopplung von Polysilazan- und Polysiloxaneinheiten sollte daher eine Flexibilisierung erzielt werden.

Das primäre Eigenschaftsprofil des neuen Beschichtungssystems wird für eine Vielzahl beschichteter Textilien gefordert. Flamm­feste Beschichtungen in Kombination mit textilen Flächen aus Glas- oder Basaltfasern sind deutlich leichter und durch deren Flexibilität gut handhabbar. Sie können als Brandschutzelemente im Bau- und Transportbereich sowie in öffentlichen Gebäuden die derzeit verwendeten festen Plattenverbunde ablösen, deren hohes Gewicht und Platzbedarf nachteilig sind. Auch im öffentlichen Mobilbereich, wo nur bedingt Fluchtwege genutzt werden können, müssen beschichtete Bezugsmaterialien hohe Brandschutznormen erfüllen. Dafür werden Polymermassen erhebliche Mengen an Flammschutzmitteln zugesetzt. Ein Großteil der verwendeten Flammschutzmittel gilt als gesundheitlich bedenklich und der Trend aktueller Bemühungen geht dahin, diese bedenklichen Flammschutzmittel zu eliminieren. Inhärent flammfeste Beschichtungen bieten hierzu eine gute Alternative.

Projektziel

Ziel der Forschungs­arbeiten war die Entwicklung von extrem flamm­widrigen Schutz­schichten auf Basis von neuartigen Polysilazan-Polysiloxan-Copolymeren auf flexiblen Träger­materialien. Um dies zu erreichen, sollten Copolymere entwickelt werden, die aus Polysilazan­einheiten als Hart­segment und Polysiloxan­einheiten als Weich­segment aufgebaut sind. Diese sollten zu Beschich­tungs­massen aufbereitet werden, die im Streich­verfahren appliziert und anschließend durch thermische Behandlung verfestigt werden.

Lösungsweg

Im Rahmen des Forschungs­vorhabens wurden vier Arbeits­schwer­punkte bearbeitet:

• Synthese von Silazan-Silicon-Copolymeren

• Untersuchungen zur Vernetzung der Copolymere

• Aufbereitung zu Beschichtungsmassen

• Untersuchungen zur Schichtbildung aus Polymermischungen

Die Copolymer­synthese wurde im Labor­reaktor über eine Pt-katalysierte Hydro­silylierung durchgeführt. Dafür wurden Si-H- bzw. vinylhaltige Silicone und Silazane eingesetzt. Die Charakterisierung erfolgte mittels FTIR- und NMR-Spektroskopie sowie rheologisch. Die Copolymere wurden zu Beschich­tungs­massen aufbereitet, indem die benötigten Mengen an Initiator und Vernetzer sowie SiO₂ als Füllstoff zugegeben wurden. Die Massen waren lösemittel­frei. Die besten Ergebnisse der Schicht­bildung wurden durch thermische Vernetzung nach Zugabe von Dicumyl­peroxid als Initiator und Si-H-haltigem Silazan als Vernetzer zum Copolymer erzielt. Es wurden über Umkehr­beschichtung im Streich­verfahren Verbunde mit flexiblen Textilien aus Basalt, Glas und PES/Baumwolle hergestellt. Auch die direkte Aufbereitung der Edukte Silazan und Silicon zu Polymer­mischungen, die als Beschich­tungs­masse verwendet werden können, wurde getestet.

Ergebnisse | Nutzen

Verbunde mit Silazan-Silicon-Schichten weisen eine sehr gute Flamm­widrigkeit auf. Im Vergleich zu Silicon­schichten wurden bessere Ergebnisse bzgl. der Flecken­empfindlichkeit und Chemikalien­beständigkeit erzielt. Silazan-Silicon-Schichten sind flexibel und besitzen einen guten Abrieb­widerstand. Insgesamt wurden damit die Ziele des Forschungsvorhabens erreicht.

Die Anwendungsmöglichkeiten der Neuent­wicklung sind vielfältig. Die flamm­festen Verbunde können im Bau- und Transport­bereich sowie in öffentlichen Gebäuden eingesetzt werden. Sie sind leicht und durch ihre Flexibilität platzsparend zu transportieren und zu lagern, was besonders für Hersteller flexibler Materialien von hohem Nutzen ist. Der easy-to-clean-Effekt ermöglicht außerdem den Einsatz für flexible Outdoor­materialien wie Planen, textile Architektur, Werbebanner uvm.

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