Engineering von funktionalisierten Polysiloxanen für vernetztes Polyethylen (PE-X)

Im Vergleich zu reinem Polyethylen führt vernetztes Polyethylen (PEX) bei geringer Wandstärke zu verbessertem elektrischem Verhalten und ist widerstandsfähig bei hoher thermischer Beanspruchung. PEX Materialien sind daher sehr gut geeignet für Anwendungen in der Kabelisolation und für Heisswasserrohre.

Hotset-Test mit verschiedenen Formulierungen.

• Funktionelle Silane
• PEX
• Vernetztes Polyethylen

Die Empa hat einen nicht-hydrolytischen Weg für funktionelle Polyethoxysiloxane (funPEOS) patentiert, der aus einem hochverzweigtem PEOS und einer funktionellen Silanhülle besteht. FunPEOS haben einen einstellbaren Grad an zugänglicher Funktionalität und minimiert so den Einsatz von teuren funktionellen Silanen. Das Projekt ist die technologische Basis für den Markteintritt der thermoplastischen Polymere. Die während des Projektes gegründete «Siloxene», ein Empa-Spin-off, strebt die Kommerzialisierung des FunPEOS an.

Organofunktionelle Silane sind allgegenwärtige Vernetzungsmittel, Kompatibilisierungsmittel und Oberflächenmodifikatoren, die am häufigsten entweder als Monomere oder kleine Oligomere oder in Form von funktionalisierten Silica-Nanopartikel verwendet werden. Hier stellen wir eine neue Klasse flüssiger molekularer Bausteine ​​vor, die auf mittleren Längenskalen wirken. Ein lösungsmittelfreies Pfropfverfahren ermöglicht die Darstellung eines hyperverzweigten Polysiloxan-„Kerns“ mit einer zugänglichen „Hülle“ aus funktionellem Silan. Auf diese Weise sind die funktionellen Silane, die aus teureren funktionellen Silanmonomeren stammen, stärker der Umgebung ausgesetzt und können sogar in geringeren Mengen mit ihren monomeren Analoga konkurrieren. Die Fähigkeit, fast jede funktionelle Gruppe zu pfropfen, entweder direkt oder durch sekundäre Modifikation, kombiniert mit vollständiger stöchiometrischer Grössenkontrolle, bietet eine beispiellose Freiheit für das kombinatorische Materialdesign auf molekularer Ebene.

Unterschiedliche FunPEOS wurden compoundiert und die Materialeigenschaften der vernetzten Polyethylene charakterisiert. Mit den vielversprechendsten Varianten wurden Mustermengen compoundiert.

Die Siloxene-V-Lösung führt eine Reihe von Verbesserungen in die PEX-Produktion gegenüber dem kommerziellen Ansatz (Vinylsilan/Peroxid) ein. Aufgrund seiner ölähnlichen Beschaffenheit bringt Siloxene V einen zusätzlichen Schmiereffekt in den Compoundierschritt. Darüber hinaus können mit Siloxene V die gleichen Compoundier- oder Extrusionsparameter bei wie Standard PEX verwendet werden.

Die wesentlichen Vorteile zum traditionellen Silansystem ergeben sich jedoch aus

1. ca. 33 % weniger Siloxene-V für gleiche Eigenschaften
2. dem positiven Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des endgültigen PEX-Materials
3. Kostenvorteilen des Siloxene V compounds