Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e. V. – TITK


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Geförderte Projekte: 42


StabAMID Effiziente Verbesserung der Langzeit-Wärmestabilität von Polyamiden durch migrationsstabile Additiv-Formulierungen


Verbesserung der Wärmestabilität von Polyamid-6 mit neuartigen Organoligand-Kupfer-Stabilisatoren: Verhinderung des Festigkeitsverlustes bei Heißluftlagerung
Verbesserung der Wärmestabilität von Polyamid-6 mit neuartigen Organoligand-Kupfer-Stabilisatoren: Verhinderung des Festigkeitsverlustes bei Heißluftlagerung

Projektidee

Polyamide zählen unter den technischen Thermoplasten zu den wichtigen Vertretern polymerer Materialien und werden in vielfältigen Anwendungen als Konstruktionswerkstoff eingesetzt. Um auch zukünftig den steigenden Anforderungen an Polyamidwerkstoffe in den Branchen Fahrzeugbau und Elektrotechnik gerecht zu werden, müssen vorteilhafte mechanische Materialeigenschaften, Wärmestabilität und Kosten kombiniert werden. Die Projektidee basierte darauf, die bekannte stabilisierende Wirkung von Kupferionen in einer Polyamidmatrix zu nutzen und diese Spezies mit bisher nicht in diesem Zusammenhang beschriebenen organischen heterozyklischen Verbindungen als komplexbildende Ligandensysteme zu versehen. Dadurch können neuartige Hitzestabilisatoren auf Basis halogenarmer Organoligand-Kupferkomplexe generiert werden.

Ziel des Projektes war die Entwicklung neuartiger Kupferkomplexverbindungen als Hitzestabilisatoren mit hoher Extraktionsbeständigkeit für den Einsatz in der thermoplastischen Verarbeitung von Polyamiden. Das Konzept basierte auf einer Kombination halogenarmer Kupfersalze mit speziellen Stickstoff-haltigen organischen Ringverbindungen von Carbonsäuren, welche stabile Kupfer-Organoligand-Komplexe ausbilden. Weitere Zielstellungen waren, die Entwicklungsprodukte halogenarm zu formulieren und den neuen Stabilisatoren durch geeignete Strukturmodifikationen die Materialeigenschften für eine homogene Verteilung in der Polymermatrix bei gleichzeitig hoher Extraktionsbeständigkeit zu verleihen, um die bekannten Nachteile verfügbarer Hitzestabilisatoren zu vermeiden.

Kundennutzen

Die Entwicklung konnte mit der labortechnischen Bereitstellung verschiedener Kupfer-Organoligand-Komplex-Stabilisatoren einschließlich einer Rezepturempfehlung für deren Herstellung als auch Anwendung im technologischen Verarbeitungsprozess mit Polyamiden abgeschlossen werden. Die Wärmestabilisatoren können in der üblichen technologischen Verarbeitungskette der Extrussion von Gusspolyamiden oder in Filamentspinnprozessen eingesetzt werden. Der Zusatz einiger Entwicklunsprodukte bewirkt einen experimentell nachgewiesenen länger anhaltenden Wärmestabilisierungseffekt gegenüber vergleichbaren kommerziellen Produkten (Grafik).

Die Wärmestabilisatoren auf Basis organischer Kupfer-Ligandkomplexe sind Luft- und lagerstabil, rieselfähig und somit vorteilhaft in den Polyamidverarbeitungsprozess integrierbar. Die Realisierung von Masterbatchformulierungen wird empfohlen. Die chemische Synthese der Stabilisatoren geht von kommerziellen Kupfersalzen aus und wird durch Komplexierung mit speziellen Carbonsäurederivaten ergänzt. Der Syntheseweg für die Gewinnung der Ligandensysteme ist bis zum kleintechnischen Maßstab erprobt und risikoarm überführbar. Die Rohstoffbasis ist großtechnisch verfügbar und kann teilweise aus nachwachsenden Quellen generiert werden, wodurch zusätzlich ökologische Vorteile gegeben sind. Ein weiterer Vorteil der Entwicklung resultiert aus der halogenarmen Struktur der Komplexstabilisatoren gegenüber herkömmlichen Kupferhalogenidkomplex-Stabilisatoren. Die Organoligandkomplexe sind vollständig Halogen- und Phosphorfrei.

Ausblick

Die Projektergebnisse bieten günstige Voraussetzungen zur Darstellung sowohl eines verbesserten Produktes als auch eines effizienteren Verfahrens. Kupfersalz-Organoligand-Komplexe als neue Hitzestabilisatoren bieten verbesserte Langzeittemperaturstabilitäten für Polyamidformmasssen und sollten auf Grund der rohstofflichen Basis und ökologischer Aspekte der Synthesestrategie für Additivhersteller interessant sein. Weiter tragen die Entwicklungsprodukte durch Halogenarmut und machbarer Synthese aus verfahrensorientierter Sicht dazu bei, ökonomischen und ökologischen Anforderungen besser zu entsprechen. Darüber hinaus können die bei der Projektbearbeitung gesammelten Erkenntnisse und Erfahrungen für die weitere Forschungstätigkeit als Plattform zur Synthese von Metallorganischen Komplexverbindungen genutzt werden, welche in anderen Technologiefeldern angesiedelt sind.

Stand: 11.05.2011
Projektdaten aktualisiert: 06.12.2010

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