In Kautschukmischungen, Thermoplasten und thermoplastischen Vulkanisaten (TPV) werden die verschiedensten Feststoffe eingesetzt. Zur Verwendung kommen u. a. Kieselsäuren (kleine spez. Oberfläche), Kreiden, Silikate, Kaoline aber auch Gummigranulate und -mehle. Die Problematik bei der Verwendung „inaktiver“ Füllstoffmaterialien liegt in der Regel nicht in deren Dispergierbarkeit, sondern in der mangelnden Anbindung an die Polymermatrix. In vielen Systemen aus den oben genannten Materialien liegen die „Füllstoffe“ als nicht angebundene Partikel vor. Dementsprechend ergeben sich Konsequenzen für das Eigenschaftsniveau der daraus gebildeten Werkstoffe. Der Einsatz „verbilligender“ Rohstoffe führt dementsprechend nicht nur zu kostengünstigen Lösungen sondern oftmals auch zu minderwertigeren Produkten.

Im Sinne eines in-house-Recycling kann zudem die Möglichkeit geschaffen werden, einen Teil der produktionstechnischen Gummiabfälle, wie z. B. Austriebe, nach Vermahlung und kontinuierlicher Modifikation wieder in Frischmischungen einzusetzen oder die so hergestellten Gummimehle zur Erzeugung „thermoplatischer Elastomere“ zu verwenden. Die Kosten betragen etwa 20.000 Euro pro Jahr und Projektpartner.

Zielsetzung des Gemeinschaftsprojektes
Ziel des Projektes ist es, mit Hilfe der Atmosphärendruck-Plasmatechnik, eine Kompatibilisierung der verwendeten Feststoffe durchzuführen, um deren Anbindung an die jeweilige Polymermatrix zu verbessern. Durch die Konstruktion und die Verwendung eines Plasmareaktors, in dem die Feststoffe kontinuierlich modifiziert werden können, soll es möglich werden, durch geeignete in-house-Prozesse die „eigenen“ Feststoffe bedarfsoptimiert anzupassen. Auf diesem Gebiet wurden mit Rußen schon erfolgreich Arbeiten im eigenen Haus durchgeführt (Dissertation N. Tricas).

In dem Reaktor soll es möglich sein, entweder eine reine Plasmaaktivierung oder eine sogenannte Plasmapolymerisation durchzuführen. Bei Aktivierung kann durch Polaritätsänderung eine bessere Anbindung der Feststoffe an die Polymermatrix erreicht werden. Bei Verwendung der Plasmapolymerisation werden core-shell-Systeme möglich, bei denen Plasmapolymerschichten um die einzelnen Füllstoffpartikel gelegt werden. Diese Polymerschichten ermöglichen eine verbesserte Anbindung durch Interdiffusionvorgänge z. B. vor der Vulkanisation oder eröffnen die Möglichkeit zur chemischen Anbindung während der Vulkanisation. Auf diesem Wege lassen sich auch Gummimehle funktionalisieren, um deren Anbindung an die Elastomer- oder Thermoplastmatrix zu verbessern bzw. zu ermöglichen. Solche modifizierten Gummimehle können entweder in Kautschukmischungen zu Recyclingzwecken oder in Thermoplasten zur Bildung von TPE-V eingesetzt werden. Durch die Modifizierung können auch günstiger herzustellende Mehle größeren Partikeldurchmessers eingesetzt werden.

Im Folgenden sind die wesentlichen Schritte zum Erreichen des Projektziels aufgeführt:

  • Auswahl der Stoff-Systeme (Feststoffe, Elastomere, Thermoplaste)
  • Konstruktion und Bau eines Atmosphärendruckplasmareaktors zur kontinuierlichen Feststoffmodifizierung
  • Ermittlung der Kompatibilisierungsmöglichkeiten durch Funktionalisierung flächiger Elastomere
  • Herstellung von Verbundkörpern Gummi/Gummi bzw. Gummi/Thermoplast und Ermittlung der Trennfestigkeiten
  • Modifizierung von Feststoffen unter Verwendung des Atmosphärendruckplasmareaktors mit Überprüfung der geänderten Verbundmaterialeigenschaften

Kontakt zum Gemeinschaftsprojekt beim DIK
Bei Interesse an einer Beteiligung am Gemeinschaftsprojekt freut sich das DIK auf Anfragen bis zum 15. Februar 2016 an Dr. Harald Geisler (harald.geisler@dikautschuk.de) oder Frau Maren Heim (maren.heim@dikautschuk.de).
(dw)