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

AUSGANGSSITUATION

Weich-PVC findet aufgrund der günstigen Kombi­nation aus niedrigem Preis, hoher mecha­nischer und chemischer Beständig­keit sowie Verschweiß­barkeit in vielen Bereichen Anwendung. Produkte aus Weich-PVC sind beispiels­weise Fuß­böden, Teich- und Schwimm­badfolien, Kabel­isolierungen und Kinder­spiel­zeuge, aber auch Verpackungen sowie im Medizin­bereich Blut- und Throm­bozyten­beutel, Transfusions- und Infusions­schläuche. Die Proble­matik bei Weich-PVC ist jedoch, dass die Weich­macher nicht chemisch gebunden sind, sondern nur über ihre polaren Gruppen mit dem Polymer in Wechsel­wirkung treten und so die Ketten­beweg­lich­keit erhöhen. Aufgrund der hohen Migrations­tendenz der Weich­macher, die zu einem Weich­macher­verlust und damit zur Versprödung der Materialien führt, besteht ein Bedarf an Migrations­sperren für Weich­macher.

PROJEKTZIEL

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.

LÖSUNGSWEG

Folgende Arbeitsschwerpunkte wurden bearbeitet:

• Beschaffung von Industriefolien, Modell-Folienherstellung

• Erzeugung von Weichmachermigrationssperrschichten mittels Gasphasenfluorierung, Atmosphärendruck-Plasmaverfahren und UVC-Strahlung

• Oberflächenanalytik und Materialcharakterisierung

• Anpassung der Anlagen zur Oberflächenmodifizierung

• Optimierung der Prozesse für Weich-PVC zur Erzeugung von Weichmachermigrationssperren

• Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit (Verschweißen)

• Demonstratorentwicklung

ERGEBNISSE | NUTZEN

Von den Mitgliedern des projekt­beglei­tenden Ausschusses wurden verschiedene PVC-Folien mit unter­schied­lichsten Weich­machern bereit­gestellt. Zudem wurden mittels Schmelz­walzen­kalander Weich-PVC-Modell­folien herge­stellt (Abb. 1). Die Weich-PVC-Folien wurden mittels Gas­phasen­fluorierung (Batch- und Oxifluorierung), UVC-Strahlung sowie Atmosphärendruck-Plasma­behandlung modifi­ziert. Vor allem die Gasphasen­fluorierung im Batch­reaktor als auch die Plasma­behandlung waren für die Erzeugung von Migrations­sperr­schichten besonders gut für phthalat­haltige Weich­macher geeignet. Es konnten Barriere­effizienzen > 80 % erzielt werden (Abb. 2). Im Vergleich dazu wurden mit der Modifi­zierung der Weich-PVC-Folien mit UVC-Strahlung deut­lich geringere Barriere­effizienzen erzielt. Die Zugabe von Vernetzungs­hilfs­mitteln in die Weich-PVC-Folien führte nur teil­weise zu einer verbesserten Barriere­effizienz (abhängig vom Weich­macher). Schweiß­versuche mittels Thermo­kompressions­bonder zeigten, dass die fluorierten sowie plasma­behandelten Weich-PVC-Folien aufgrund der Vernetzung an der Ober­fläche nur eine geringe Haft­festig­keit im Vgl. zu unbehandelten Weich-PVC-Folien aufwiesen. Jedoch besteht die Möglich­keit, die Bereiche der Schweiß­nähte mit einer Plasma­behandlung durch Abtragen der vernetzten Ober­fläche zu reakti­vieren oder die Bereiche während der Modifi­zierung zu maskieren.

Die im Projekt erarbeiteten Erkenntnisse zu Weich­macher­migrations­sperren durch innovative Modifi­zierungs­prozesse dienen dazu, den wachsenden Bedarf an kosten­günstigen und verbesserten Weich-PVC-Folien­materialien zu decken. Aufgrund der schnelleren und ökonomi­scheren Verfahrens­weise werden Leistungs- und Wett­bewerbs­fähigkeit der KMU gesteigert und das Erschließen neuer Produkte und Märkte ermöglicht.

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