Entwicklung von Hochleistungs-Elastomeren als Substitut für Fluorpolymere

Nachhaltige Lösungen für die Dichtungstechnik

Anwender von poly- und perfluorierten Alkylverbindungen (PFAS), auch als „Ewigkeitschemikalien“ bekannt, sehen sich aufgrund des Beschränkungsvorschlags der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) erheblichem Druck ausgesetzt. Ein Grund, warum viele Unternehmen nach nachhaltigen Alternativen suchen, insbesondere für technische Anwendungen, die extremen Bedingungen standhalten müssen.

Während bereits fluorfreie Substitute für verschiedene Alltagsanwendungen verfügbar sind, besteht ein dringender Bedarf an innovativen Lösungen in speziellen Bereichen. Insbesondere werden in der Dichtungstechnik hohe thermische und chemische Beständigkeit gefordert, die bislang nur von Fluorelastomeren gewährleistet werden können. Ein Beispiel für die vielen Anwendungen, in denen hochwertige und zuverlässige Dichtungen erforderlich sind, sind Wasserstoffanwendungen oder Vakuumanlagen zur Herstellung von Photovoltaik-Modulen. Ohne diese Dichtungen könnte der Fortschritt der Energiewende erheblich beeinträchtigt werden.

Um den dringenden Bedarf zu decken, werden im Rahmen der PREPARE-Initiative fluorfreie beschichtete Elastomere entwickelt, die je nach Anforderung anpassbare Baukastenlösungen bieten. So wird aktiv zur Schaffung nachhaltiger und leistungsstarker Materialien beigetragen, die den Anforderungen der Zukunft gerecht werden.

Fluorfreie Elastomere für höchste Leistungsanforderungen

Im Projekt »HATE-Fluor« werden maßgeschneiderte, fluorfreie beschichtete Elastomere entwickelt, die den dynamischen Anforderungen des Marktes gerecht werden.

Dieser innovative Ansatz umfasst drei Schlüsselstrategien:

• Steigerung der thermischen und thermoxidativen Stabilität der Elastomere durch neuartige Antioxidantien
• Entwicklung optimierter Formulierungen für maximale Beständigkeit
  
• Implementierung eines hochmodernen Beschichtungssystems, das das Elastomer effektiv vor oxidativem Angriff und chemischer Zersetzung schützt

Maßgeschneiderte Lösungen für eine Vielzahl von Industrien

Die Baukasten-Technologie richtet sich an eine Vielzahl von Branchen, darunter Rohstoffhersteller, Hersteller von Halbzeugen und Fertigteilen sowie Anwender in Bereichen wie Anlagen- und Maschinenbau, Medizintechnik, Reinraum- und Halbleitertechnik, chemische Prozesstechnik sowie Elektro- und Elektronikanwendungen. Die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Lösungen ermöglichen es, spezifische Anforderungen zu erfüllen und individuelle Lösungen für komplexe Herausforderungen der einzelnen Branchen bereitzustellen.

Teilprojekt 1: Entwicklung von Hochleistungs-Elastomeren

Im ersten Teilprojekt wird der Fokus auf die Entwicklung von Hochleistungs-Elastomermischungen als nachhaltige Alternativen zu Fluorpolymeren in technischen Anwendungen gesetzt. Das Ziel ist es, die thermische und thermooxidative Stabilität fluorfreier Elastomer-Substrate mit innovativen, neuartigen Antioxidantien erheblich zu verbessern. Hierbei wird der Schwerpunkt auf die Entwicklung hochwirksamer Stabilisatoren auf der Grundlage fortschrittlicher phosphorhaltiger Diphenylamine gelegt, die eine herausragende Leistung versprechen.

Am Fraunhofer LBF werden dazu maßgeschneiderte Formulierungen des Elastomer-Substrats entwickelt, die nicht nur maximale Beständigkeit, sondern auch optimale Haftanbindung gewährleisten. Dieser Prozess erfolgt durch eine gezielte Auswahl des Basispolymers, des Vernetzersystems und migrationsarmer oligomerer Weichmacher, um leistungsstarke und langlebige Materialien zu schaffen.

Teilprojekt 2: Beschichtung von Elastomeren

Das zweite Teilprojekt widmet sich der Entwicklung fortschrittlicher Beschichtungslösungen für Elastomere. Im Fokus stehen mit 2D-Materialien modifizierte Lacksysteme auf Basis von Hochleistungspolymeren. Durch die gezielte Modifikation von Schichtsilikaten soll die Permeation von Wasserdampf und Sauerstoff um bis zu 99 % reduziert werden. Im Bereich der Schutzbeschichtungen für elektronische Bauteile werden diese Systeme bereits erfolgreich eingesetzt. Der Schwerpunkt dieses Forschungsvorhabens liegt auf dem erstmaligen Einsatz solcher Lacke auf elastomeren Materialien.

Um eine ideale Haftung des Lacks auf dem elastomeren Untergrund zu erreichen, werden entsprechende Niederdruckplasmaprozesse entwickelt. Diese ermöglichen es, die Oberfläche des Lacks durch Plasmapolymere gezielt zu optimieren. Je nach Anwendungsbereich sind beispielsweise die Gleiteigenschaften sowie die Haptik der Oberfläche einstellbar. Zudem können zusätzliche Funktionalitäten wie eine Easy-to-Clean-Oberfläche integriert werden, um die Verschmutzung während der Produktlagerung zu reduzieren. So entsteht ein Beschichtungsbaukasten zur anwendungsorientierten Auslegung des elastomeren Gesamtprodukts.