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Theoretischer Teil
Einleitung und Aufgabenstellung
Epoxidharze sind die am meisten untersuchten Harze und werden in weiten Bereichen der
Industrie angewendet wie z.B. in Klebstoffen, Beschichtungen, als schwere
Korrosionsschutzlacke oder in Pulverlacken für den Innenbereich. [1] Sie zeichnen sich durch
besondere Eigenschaften wie großer Härte, guter Haftung auf Metallen, Abriebfestigkeit und
Chemikalienbeständigkeit aus. Sie sind allerdings oft unelastisch und spröde. Während
Steifigkeit und Festigkeit nötige Eigenschaften für viele technische Anwendungen sind,
verbieten Brüchigkeit und die Neigung zur Rissbildung breite Anwendungsbereiche.
Zielstellung ist daher, in Epoxyharzen eine Verbesserung der Schlagzähigkeit und
Verminderung der Sprödigkeit bei ausreichend großer Thermostabilität und Härte zu
erreichen. Die Einstellung solcher Eigenschaften ist eine technische Notwendigkeit und kann
entweder mit Hilfe einer zweiten harten Phase wie in organisch‐anorganischen Hybrid‐
Beschichtungen oder mit Hilfe einer zweiten weichen Phase geschehen.
Zur Schlagzähmodifizierung mit organischen Komponenten werden oft Polymere mit einem
Glasübergang unterhalb dessen der ausgehärteten Matrix eingesetzt, die entweder nur
physikalisch in die Matrix eingemischt werden oder als reaktive Additive kovalent in die
Epoxymatrix einbinden. Durch sie kann Energieeintrag absorbiert und gleichmäßig dissipiert
werden. Bei nicht‐reaktiven high impact‐Modifiern kann es sich zum einen um amphiphile
Blockcopolymere (BCP) handeln, die Mizellen von 10‐50 nm Größe in der Matrix bilden, oder
zum anderen um Core‐Shell‐Partikel von 100‐300 nm Größe. Bei beiden Ansätzen bilden sich
„Kern‐Strukturen“ aus, welche als Weichphase agieren, indem der äußere Block der Mizelle
oder die Schale der Core‐Shell Partikel physikalisch mit der Matrix wechselwirken sollen, so
dass die Partikel gut in der Matrix dispergiert und stabilisiert werden. Bei ungenügender
Stabilisierung der BCP‐Mizellen könnte sich aus den Blockcopolymeren durch dynamische
Prozesse eine zweite Phase bilden und Domänen von einigen µm Größe entstehen. Vorteil
der unimolekularen Core‐Shell‐Partikel ist deren höhere Stabilität im Vergleich zu den
dynamisch gebildeten Mizellen aus BCPs.
Als sehr kleine, reaktive unimolekulare Schlagzähmodifizierer (< 10 nm als Einzelmoleküle)
werden in der Literatur oft hochverzweigte (hvz) Polymerarchitekturen für die Anwendung
als multifunktionelle Reaktivbinder vorgeschlagen. [2‐6] Durch zahlreiche reaktive Endgruppen
der hvz Polymere kann über Quervernetzung so die Vernetzungsdichte der Matrix erhöht
werden. Desweiteren zeichnen sich hvz Polymere durch besondere Merkmale wie exzellente
Fließ‐ und Verarbeitungseigenschaften basierend auf einer geringeren Viskosität als bei
linearen Polymeren aus. Diese Eigenschaften machen sie zu interessanten Reaktivzusätzen
für die Lackindustrie. Von besonderem Interesse sind sie dabei für lösungmittelfreie und UV‐
härtende Beschichtungen, bei denen das Fließverhalten schon bei Raumtemperatur gegeben
sein muss. [7‐10] Auch für Hybridmaterialen, basierend auf photohärtenden Epoxyharzen und
funktionellen Alkoxysilanen, wurden hvz Polymere eingesetzt. [3, 11] Diese anorganischen
Präkursoren konnten die Härte der Beschichtung und damit die Kratzfestigkeit sowie den E‐
Modul erhöhen, ohne die vorher erzielte Zähigkeitsverbesserung stark zu beeinflussen.