Neuartige Untersuchungen zur Schäumbarkeit von Epoxidharzsystemen für die Herstellung von geschäumten Platten und Partikelschaum unter Verwendung von CO2 und Carbamaten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Holger Ruckdäschel, seit 2/2023
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452210919

Polymerschäume sind heute in vielen Anwendungen des täglichen Lebens vertreten, wobei duromere Schäume aufgrund der hohen Glasübergangstemperatur Tg, der ausgezeichneten mechanischen Kennwerte und der Alterungsbeständigkeit für Hochtemperaturanwendungen unter aggressiven Umgebungsbedingungen prädestiniert sind. Die Herstellung duromerer Polymerschäume ist jedoch ein komplexes Zusammenspiel aus dem Schäumungsprozess (Nukleierung, Zellwachstum- und -stabilisierung) sowie dem Vernetzungsverhalten (Gelierung, Vitrifikation). Einflussparameter wie Treibmittelkonzentration und -art (Gasbeladung, chemisches Treibmittel) sowie der Vernetzungs-zustand (Molekulargewicht zwischen Netzwerkpunkten, Viskosität, Modul) auf Kenngrößen wie Schaumdichte, Zellgröße und Druckfestigkeit sind größtenteils nicht untersucht sowie im Detail immer noch nicht verstanden worden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, den Einfluss des umweltfreundlichen Treibmittels CO2 sowie der latenten DualUse-Komponente Carbamat (Umwandlung in Amin und Freisetzung von CO2 als Treibmittel bei Zersetzungstemperatur) auf das Schäumungsverhalten von Epoxidharzen zu untersuchen. Es werden dabei gezielt die CO2-Beladung und der Aufbau des Harzsystems über den Vernetzungsgrad und die molekulare Struktur des Netzwerks variiert, um den Einfluss auf die Gasdiffusion und damit das Expansionsverhalten zu erlangen. Für eine größtmögliche Expansion werden im Vorfeld durch rheologische Untersuchungen das optimale Modul und die Viskosität bestimmt. Dieser Prozess, das sogenannte "solid-state foaming", wird dabei auf Epoxidpartikel und Epoxidplatten angewandt. Analog zur direkten CO2-Beladung der vorvernetzten Systeme im Autoklav sollen Carbamate als umweltfreundliche Treibmittelalternative zu herkömmlichen chemischen Treibmitteln untersucht werden. Diese bieten aufgrund ihrer Latenz bis zur Zersetzungstemperatur den Vorteil einer besseren Prozesskontrolle. Aufgrund des freiwerdenden Amins und der in-situ Generierung von CO2 kann hier die Vorvernetzung gezielt eingestellt werden, wobei die restliche Vernetzung durch das Amin erfolgt.. Die sowohl aus dem Partikelschaum als auch dem lagenartigen Aufbau erzeugten Schaumkörper sollen im Anschluss als Sandwichkern-Material mit Epoxydeckschichten verbunden werden, um High-Performance-Sandwichelemente zu generieren. Diese werden auf ihre Fügeeigenschaften und ihr mechanische Kennwerte untersucht. Hier sieht der Antragssteller großes Potential eine umweltfreundliche Alternative zu den duromeren Hochtemperaturschäumen auf Melamin- oder Polymethacrylamid aufzuzeigen. Diese werden im Moment entweder mit wenig umweltfreundlichen Treibmitteln wie Pentan oder mit gesundheitsgefährdenden Monomeren hergestellt. Das Projekt will in diesem Zusammenhang die Basis zum Verständnis des Schäum- und Vernetzungsverhaltens von Epoxidharzen mit CO2 als Treibmittel legen sowie ihre Eignung als Sandwichkern untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt, bis 2/2023