TY - BOOK

T1 - Perfluoralkylsilan Beschichtungen für Formen und Werkzeuge in der Kunststofftechnik

AU - Kaynak, Baris

N1 - nicht gesperrt

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Beschichtungen auf Basis von Perfluoralkyl-Organosilanen mit anti-adhäsiven Eigenschaften für den Einsatz auf Kunststoffwerkzeugen und -formen. Durch Synthese von dipodalen Organosilanen mit perfluorierten Kohlenstoffeinheiten wurden Beschichtungen mit anti-adhäsiven Eigenschaften sowie mit hoher thermischer und mechanischer Stabilität hergestellt. Mittels Corona-Entladung, HNO3-Behandlung oder Abscheidung von Nanostrukturen aus Zinkoxid wurden die Oberflächen von Stahlteilen aktiviert. Dadurch wurde die Anzahl der Hydroxylgruppen an der Stahloberfläche erhöht, die für die Silanisierung notwendig sind. Darüber hinaus dienten die Aktivierungsmethoden auch als Reinigungsprozess für die Stahloberfläche und entfernten die organischen und anorganischen Kontaminationen von der Stahloberfläche. Nach der Oberflächenaktivierung wurden Stahlproben mit kommerziell erhältlichen monopodalen Organosilanen aus einer Ethanol/Wasser- oder Toluol- Lösung modifiziert. Die Modifizierung der Stahlproben führt zu einer signifikanten Abnahme der Oberflächenspannung und der Adhäsionskräfte an der Stahloberfläche. Dabei weisen die Organosilanschichten aus perfluorierten monopodalen Organosilanen eine Temperaturstabilität über 300 °C auf. Des weiteren konnten dipodale Organosilane mit perfluorierten Kohlenstoffeinheiten mittels Hydrosilylierung synthetisiert werden. Die mittels Corona-Entladung, HNO3-Behandlung oder Zinkoxid Nanostrukturen aktivierten Stahlproben wurden mit dipodalen Organosilanen modifiziert und charakterisiert. Im Vergleich zu Schichten aus monopodalen Organosilanen zeigten die Schichten aus dipodalen Organosilanen deutlich höhere thermische und mechanische Beständigkeit. Außerdem wurden die Oberflächenspannung und die Adhäsionskraft der Stahloberfläche durch Oberflächenmodifizierung mit dipodalen Organosilanen stark reduziert. Zusätzlich wurden für die Steigerung der thermischen Stabilität „echt perfluo-rierte Organosilane“ mittels Grignard-Reaktion synthetisiert und erfolgreich an die aktivierten Stahloberflächen appliziert. Die Schichten aus echt perfluorierten Organosilanen auf der Stahloberfläche weisen anti-adhäsive Eigenschaften auf. Abschließend wurden durch Kombination der monopodalen Organosilane mit den synthetisierten dipodalen Organosilane Beschichtungen hergestellt, die gegen die mechanische und thermische Belastung während des Spritzgießprozesses standhielten. Die Beschichtungen auf Basis von Perfluoralkyl-Organosilanen reduzierten die benötigten Kräfte für die Entformung von Kunststoffteilen um 25% im Vergleich zu unbeschichteten Werkzeugen. Aufgrund der erfolgreichen Spritzgießversuche wurden die Beschichtungen aus monopodalen und dipodalen Organosilanen für weitere technische Anwendungen geprüft.

AB - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Beschichtungen auf Basis von Perfluoralkyl-Organosilanen mit anti-adhäsiven Eigenschaften für den Einsatz auf Kunststoffwerkzeugen und -formen. Durch Synthese von dipodalen Organosilanen mit perfluorierten Kohlenstoffeinheiten wurden Beschichtungen mit anti-adhäsiven Eigenschaften sowie mit hoher thermischer und mechanischer Stabilität hergestellt. Mittels Corona-Entladung, HNO3-Behandlung oder Abscheidung von Nanostrukturen aus Zinkoxid wurden die Oberflächen von Stahlteilen aktiviert. Dadurch wurde die Anzahl der Hydroxylgruppen an der Stahloberfläche erhöht, die für die Silanisierung notwendig sind. Darüber hinaus dienten die Aktivierungsmethoden auch als Reinigungsprozess für die Stahloberfläche und entfernten die organischen und anorganischen Kontaminationen von der Stahloberfläche. Nach der Oberflächenaktivierung wurden Stahlproben mit kommerziell erhältlichen monopodalen Organosilanen aus einer Ethanol/Wasser- oder Toluol- Lösung modifiziert. Die Modifizierung der Stahlproben führt zu einer signifikanten Abnahme der Oberflächenspannung und der Adhäsionskräfte an der Stahloberfläche. Dabei weisen die Organosilanschichten aus perfluorierten monopodalen Organosilanen eine Temperaturstabilität über 300 °C auf. Des weiteren konnten dipodale Organosilane mit perfluorierten Kohlenstoffeinheiten mittels Hydrosilylierung synthetisiert werden. Die mittels Corona-Entladung, HNO3-Behandlung oder Zinkoxid Nanostrukturen aktivierten Stahlproben wurden mit dipodalen Organosilanen modifiziert und charakterisiert. Im Vergleich zu Schichten aus monopodalen Organosilanen zeigten die Schichten aus dipodalen Organosilanen deutlich höhere thermische und mechanische Beständigkeit. Außerdem wurden die Oberflächenspannung und die Adhäsionskraft der Stahloberfläche durch Oberflächenmodifizierung mit dipodalen Organosilanen stark reduziert. Zusätzlich wurden für die Steigerung der thermischen Stabilität „echt perfluo-rierte Organosilane“ mittels Grignard-Reaktion synthetisiert und erfolgreich an die aktivierten Stahloberflächen appliziert. Die Schichten aus echt perfluorierten Organosilanen auf der Stahloberfläche weisen anti-adhäsive Eigenschaften auf. Abschließend wurden durch Kombination der monopodalen Organosilane mit den synthetisierten dipodalen Organosilane Beschichtungen hergestellt, die gegen die mechanische und thermische Belastung während des Spritzgießprozesses standhielten. Die Beschichtungen auf Basis von Perfluoralkyl-Organosilanen reduzierten die benötigten Kräfte für die Entformung von Kunststoffteilen um 25% im Vergleich zu unbeschichteten Werkzeugen. Aufgrund der erfolgreichen Spritzgießversuche wurden die Beschichtungen aus monopodalen und dipodalen Organosilanen für weitere technische Anwendungen geprüft.

M3 - Dissertation

ER -