Kratzfest, geruchsneutral und kostengünstig: Kunststoffteile im KFZ-Innenraum mit Silikon-Compounds

Menschen verbringen heute viele Stunden im Auto – entsprechend wohnlich soll der Innenraum sein und beim Sehen und Anfassen einen hochwertigen Eindruck erwecken. Je weiter es jedoch  in der Modellhierarchie nach unten geht, desto preissensibler werden die potenziellen Käufer. Zudem zählt der Innenraum zu den wenigen Bereichen eines Autos, wo die Hersteller sparen können, ohne Abstriche an der Funktionalität oder Sicherheit zu machen. Für die Verkleidungen werden deshalb oft Bauteile aus Materialien verwendet, die deutlich weniger aufwändig herzustellen sind – etwa aus talkgefülltem Polypropylen. Nachteil: Sie sind kratzempfindlich und können im Gebrauch schnell unansehnlich werden

Oft kommen matte Kunststoffoberflächen zum Einsatz – sie fühlen sich samtig an, sehen gut aus und vermeiden Lichtreflexionen, die den Fahrer irritieren oder blenden könnten. Aber je matter eine solche Oberfläche ist, desto größer ist ihre Kratz- und Abriebempfindlichkeit. Dem Kunststoff-Verarbeiter stehen viele Methoden zur Verfügung, mit denen er dem preiswerten Kunststoff dauerhaft einen wertigen Eindruck verleihen kann. So kann das harte Material mit einem thermoplastischen Elastomer beschichtet, lackiert oder mit Heißprägefolien veredelt werden. All diese Verfahren verteuern jedoch die Bauteile spürbar.

Einfacher und billiger ist es, wenn der Compound-Hersteller die Oberflächen-Eigen­schaften des Kunststoffs mithilfe eines Zusatzstoffs modifiziert. Herkömmliche Additive haben jedoch erhebliche Schwächen und Nebenwirkungen, die gerade in der Automobilbranche nicht toleriert werden. Organische Gleitmittel etwa riechen unangenehm und wandern im Laufe der Zeit aus dem Kunststoff heraus. Das aus der Kunststoffoberfläche tretende Gleitmittel ergibt zudem einen unangenehmen haptischen Eindruck, den es zu vermeiden gilt.

Silikonöle, ebenfalls Klassiker unter den Gleitmitteln, sind zwar geruchlos und verkraften problemlos hohe Temperaturen, tendieren aber noch stärker als die organischen Gleitmittel dazu, aus dem Kunststoff auszuwandern. Darauf reagierten die Hersteller, indem sie ultrahochmolekulare Silikon-Polymere auf den Markt brachten, die wegen ihres hohen Molekulargewichts praktisch nicht mehr auswandern. Allerdings sind diese hochviskos, lassen sich also kaum in die thermoplastischen Kunststoff-Mischungen einarbeiten.

Silikon-Pelletes als Problemlöser

Dieses Problem lösten Compound-Produzenten durch seit Ende der neunziger Jahre erhältlichen Silikon-Masterbatches, die als feste Granulate ohne Schwierigkeiten eingemischt werden können. Bei ihnen muss der Hersteller aber als Nachteil in Kauf nehmen, dass er für jeden einzelnen Thermoplasten, den er mit dem Additiv modifizieren will, ein eigenes Additiv-Masterbatch vorhalten muss. Zweifellos nicht besonders wirtschaftlich. Ziel war es also ganz klar, ein hochwirksames und leicht zu verarbeitendes Silikon-Additiv zu entwickeln, das sich universell für jeden thermoplastischen Kunststoff eignen sollte.

Wie die beiden Autoren Dr. Klaus Pohmer und Martin Schmid von der Wacker Chemie (München) in der Fachzeitschrift Plastverarbeiter schreiben, ist mittlerweile der richtige Schritt gelungen:

Nach der Herstellung der ersten Proben des Additivs begannen die umfangreichen anwendungstechnischen Prüfungen. Hier mussten die Silikon-Pellets ihre Wirksamkeit und Praxistauglichkeit anhand von talkgefüllten Polypropylen-Mischungen beweisen und sich dem Vergleich mit marktgängigen Konkurrenzprodukten stellen. Auch hinsichtlich etwaiger Nebenwirkungen wurden Test-Reihen durchgeführt, die zu einem klaren Ergebnis führen: Die Silikon-Pellets verringern die Oberflächenreibung des Kunststoffs und verbessern dadurch die Kratz- und Abriebbeständigkeit. Die Zugfestigkeit und die Steifigkeit werden sogar besser. Außerdem zeigten die Tests, dass der modifizierte Kunststoff nicht klebrig wird, wenn er ultraviolettem Licht ausgesetzt wird. Daher fühlen sich die Bauteile aus modifiziertem Polypropylen auch nach intensiver Sonneneinstrahlung noch gut an.

Im Unterschied zu organischem Additiv migriert das langkettige Silikon nicht aus dem Kunststoff aus, auch nicht bei höheren Temperaturen. Unangenehme Gerüche und Ausblühungen sowie lästige Beläge auf der Windschutzscheibe gehören der Vergangenheit an. Und weil Kunststoffoberflächen mit dem neuen Additiv deutlich kratz- und abriebbeständiger werden, sehen sie im Fahrzeug-Innenraum auch nach längerer intensiver Nutzung noch fast wie neu aus.

PU-Beschichtungen können durch phosphorhaltige Flammschutzmittel zersetzt werden

Mit Hilfe chemisch instrumenteller Verfahren kann ein tiefer Einblick in das Zusammenspiel verschiedener Abbauprozesse von Flammschutzmitteln und einer Polymerbeschichtung gewonnen werden. Unter klimatisch ungünstigen Bedingungen kann eine Langzeitstabilität der Funktionsbeschichtung nur bedingt gewährleistet sein, das zeigen diese Verfahren ganz deutlich.

Die Anwendung von mehreren phosphorhaltigen Flammschutzmitteln in polyurethanbeschichteten Textilien ist aufgrund der Oxidations- beziehungs Hydrolyse-Empfindlichkeit, als kritisch zu betrachten, schreiben Sebastian Eibl und Matthias Müller des Wehrwissenschaftlichen Institut für Werk- und Betriebsstoffe in der Fachzeitzeitschrift „Technische Textilien“.

Polyurethane (PU) werden ja in der Textilindustrie sehr vielfältig eingesetzt, finden sich etwa in Klebstoffen, Elastikfäden und Schäumen. Um bei Textilien die Entflammbarkeit zu reduzieren, wurden früher meist halogenierte Flammschutzmittel in Kombination mit dem Antimontrioxid eingesetzt. Mögliche toxikologische und ökologische Auswirkungen führten zur Entwicklung von phosphorhaltigen Alternativen. Zur Optimierung der flammhemmenden Eigenschaften wurden zudem oft mehrere Flammschutzmittel kombiniert. Das zeigt sich nun als negativ bei der Haltbarkeit der PU-Beschichtungen.

Mehr Schaden als Nutzen für Beschichtungen?

Bei verschiedenen untersuchten Materialien kam es zu einer Schädigung der PU-Beschichtung wobei Farbveränderungen, Klebrigkeit und Geruchsentwicklung sowie Korrosion bei metallischen Anwendungen auftraten.

Eine Schädigung der PU-Beschichtung kann man zum Beispiel als Folge eines Oxidations- und Hydrolyse-Prozesses während der Lagerung von Funktionstextilien im gefalteten Zustand erkennen. Dabei kommt es zu einer Umsetzung der phosphorhaltigen Flammschutzmittel zu o-Phosphorsäure.

Bereiche, die im gefalteten Zustand eines Textils bevorzugt Kontakt mit (Außen-)Luft aufweisen, zeigen niedrigere pH-Werte, beziehungsweise einen höheren o-Phosphorsäuregehalt. Bei sehr stark geschädigten Beschichtungen wird eine Umwandlung von bis zu 46 Prozent der vorhandenen Flammschutzmittel in o-Phosphorsäure und das mit einem pH-Wert von 2,0 beobachtet.

Durch die Unbeständigkeit des Polyurethans gegenüber starken Säuren kann daher die auftretende Klebrigkeit auf eine Abbaureaktion des Polyurethans zurückgeführt werden, so die Autoren.

Insgesamt betrachtet handelt es sich also um einen konzertierten Abbauprozess, bei dem sich Hydrolyse und Oxidation der Flammschutzmittel, beziehungsweise der Abbau des Polyurethanpolymers gegenseitig beschleunigen. Eine vollständige Funktionalität der Textilbeschichtung ist daher in Bezug auf den erforderlichen Flammschutz auf Dauer nicht ausreichend gewährleistet.

Wässriger Latexbinder für Textilträger bei Schleifanwendungen sorgt für Flexibilität und Wärmebeständigkeit

Schleifmittel auf textiler Unterlage sind eine Schlüsselanwendung bei industriellen Schleifprozessen. Dabei werden zunehmend wässrige Kunststoffdispersionen in der Herstellung solcher Produkte auf der Basis von Terpolymeren verwendet. Typischerweise besteht das Schleifmittel aus einem lateximprägnierten Gewebe aus Baumwolle, Polyester oder Mischgewebe. Der Einsatz der wässrigen Dispersionen – sowohl zur Imprägnierung als auch zur Beschichtung – erlaubt die Anpassung von Griffhärte und Steifigkeit des Gewebes.

Die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts, wie etwa die Schälfestigkeit zwischen Schleifschicht und Träger, werden durch Neuentwicklungen verbessert, und schützen das Gewebe gegen das Phenolharz. Da Reibungshitze beim Schleifprozess entsteht, geht es auch um die Beständigkeit gegen die Einwirkung von Kühlflüssigkeiten.

„Aufgrund der zunehmenden technischen sowie umweltrechtlichen Anforderungen entstand die neue Produktgeneration „Acralen SNX“, schreibt Michael Stark (Freiburg) im Fachmagazin „melliand Textilberichte 4/17“. Das neue Produkt weise eine verbesserte Schälhaftung und höheren Wärmestand auf – und sei damit ökologisch vorteilhafter. Darüberhinaus wurde die neue Rezeptur wurde auch mit Hinblick auf die Produktion eines VOC-armen Bindemittels mit niedriger CO2-Bilanz optimiert.

Verbesserte Eigenschaften bei der thermischen Belastung

Ziel der Entwicklung, so Stark, war eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften unter Beibehaltung der Besonderheiten des Vorgängerprodukts, wie chemische Beständigkeit und Belastbarkeit unter Hitze, denn Schleifen und Polieren finden bei hohen Maschinengeschwindigkeiten beziehungsweise Umdrehungszahlen statt. Daher sei eben die thermische Beständigkeit eine grundlegende Eigenschaft, die bei der Entwicklung eines hochwertigen Bindemittels für Industrieschleifmittel betrachtet werden muss. Dabei hat die Formulierung der Kunststoffdispersion, insbesondere der Monomere und der Vernetzungskomponente maßgeblichen Einfluss auf den Wärmestand .

Das aktualisierte Produkt besitzt eine gute Verträglichkeit in der Abmischung mit Phenolharzen, die typischerweise zur Fixierung des Schleifkorns auf der Oberfläche verwendet werden . Durch Zumischung eines definierten AnteiIs von „Acralen SNX“ zum Harz verleiht das Produkt dem Textil eine erhöhte Flexibilität. Diese erlaubt es dem fertigen Schleifmittel (nach dem Flex-Prozess in seiner Herstellung) sich im eigentlichen Einsatz gut an die Geometrie von Schleifgeräten und zu schleifender Oberfläche anzuschmiegen.

Messe-Rückschau Domotex 2018 in Hannover

Nach vielen Jahren als Besucher hat Weserland in diesem Jahr erstmals wieder aktiv an der bedeutendsten Teppichmesse der Welt, der Domotex in Hannover, teilgenommen und Produkte und Unternehmensphilosophie auf einem eigenen Stand präsentiert. Die gezielt auf das Messepublikum zugeschnittenen Schwerpunkte unseres Stands, Teppichausrüstung und Latexadditive, wurden mit dem eigenen Anspruch auf qualitativ hochwertige, individuell zugeschnittene Lösungen kombiniert.

WE UPGRADE YOUR COMPOUND

 „Upgrade your compound“ war die Kernaussage.     

Unser Konzept wurde angenommen und wir konnten in der Folge eine Reihe von interessanten internationalen Gesprächspartnern auf dem Stand begrüßen.

Schwerpunkte und Interessen

Domotex 2018Nach einer ersten Auswertung ist das Thema Transportation für Kunden und Neukontakte von großer Bedeutung. Im Besonderen wurde das Thema halogenfreie Rückenbeschichtung für PA-Teppich in Aviation und Cruising intensiv mit verschiedenen Gesprächspartnern diskutiert und führte zu neuen Ansätzen für die Zukunft.

Als weitere Interessenschwerpunkte entwickelten sich verschiedene Siebdruck-Compounds die mit sehr geringen Auflagegewichten unterschiedlichste Funktionalisierungen ermöglichen. Hier zeichnen sich interessante Möglichkeiten für die Zukunft ab.

Grundsätzlich wurde von zahlreichen Gesprächspartnern die Option individueller Entwicklung gezielt auf den Kundenbedarf zugeschnittener Produkte begrüßt, die im Gegensatz zur Philosophie der großen Wettbewerber steht und für ein Premiummerkmal unseres Unternehmens sorgt.

Rückblickend bewerten wir unseren Auftritt als Erfolg und haben die Beteiligung an der Domotex 2019 bereits in die Planung genommen.