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Silanvernetzung - Kunststoffrohr

Autoren
OldBo
02.03.2010

Radtke 16.07.2009
Bei der Silanvernetzung ist die direkte Verbindung der Molekülketten (C-C-Bindung) nicht vorhanden. Das von Dow-Corning patentierte Verfahren, auch unter „Sioplas“- Verfahren bekannt, geht eine Verknüpfung über eine zwischengeschaltete, chemische Brücke ein.
Abb. 5.19. Vernetzungsmechanismus der Silanvernetzung.
 Abb. 5.19. Vernetzungsmechanismus der Silanvernetzung.
Abb. 5.20. Aufpfropfen eines Siloxans durch eine Alkoxy-Gruppe auf das PE-Kettenmolekül.
 Abb. 5.20. Aufpfropfen eines Siloxans durch eine Alkoxy-Gruppe auf das PE-Kettenmolekül.
Abb. 5.21. Verknüpfung zweier PE-Moleküle über die zuvor mittels Alkoxy-Gruppen aufgepfropften „Siloxane“.
 Abb. 5.21. Verknüpfung zweier PE-Moleküle über die zuvor mittels Alkoxy-Gruppen aufgepfropften „Siloxane“.
Abb. 5.22. Schematischer Ablauf des Silan-Vernetzungsverfahrens.
 Abb. 5.22. Schematischer Ablauf des Silan-Vernetzungsverfahrens.
Bei der Silanvernetzung ist die direkte Verbindung der Molekülketten (C-C-Bindung) nicht vorhanden. Das von Dow-Corning patentierte Verfahren, auch unter „Sioplas“- Verfahren bekannt, geht eine Verknüpfung über eine zwischengeschaltete, chemische Brücke ein (Abb. 5.19.).
Zunächst muss den PE-Molekülen ein „Siloxan“ durch eine Alkoxy-Gruppe „aufgepfropft“ werden. Erst da durch werden später die Verknüpfungen zwischen den Alkoxy-Gruppen untereinander ermöglicht. Die Struktur dieser Gruppe ist tetraedrisch (Abb. 5.20.).
Nach dem Aufpfropfen hat die Alkoxy-Gruppe noch drei freie, ungesättigte Vinylgruppen (siehe 1, 2, 3 in Abb. 5.20). Sie besitzen polyfunktionellen Charakter. Sie können sowohl mit einem als auch mit mehreren Molekülketten reagieren und bündel- oder sternartige Vernetzungsstellen bilden. Die Verbindung geht aber immer den Weg über die Alkoxy-Gruppen (Abb. 5.21.).
Die Reaktion und Verbindung der Alkoxy-Gruppen wird ausgelöst, wenn die Rohre nach der Fertigung im Wasser gelagert werden. Der Verfahrensablauf vom Rohstoff bis zum fertigen vernetzten Rohr ist in Abb. 5.22 dargestellt.
Zunächst müssen zwei Komponenten aus PE und Zusatzstoffen hergestellt werden. Zum einen eine Mischung aus PE, einem Silan, z. B. Vinyl- Trimethoxisilan, Peroxid und Antioxidantien. Zum anderen eine Katalysator-Mischung, bestehend aus PE, einem Metalloxydkatalysator und ebenfalls einem Antioxidanz. Das in der ersten Mischung enthaltene Peroxid dient nur zur Aufpfropfung der Silangruppe und keineswegs zur Auslösung von Vernetzungen im Sinne der peroxidischen Vernetzungen.

Das Verfahren läuft in mehreren Stufen ab:
  • Herstellung der Compounds 1 + 2
  • Extrusion des Rohres-Vernetzung im Wasserbad.
Die Ausgangsprodukte müssen bis zur Verarbeitung in sonst nicht erforderlichem Maße von Feuchtigkeit freigehalten werden. Andernfalls kommt es zu vorzeitigen, unerwünschten Vernetzungsreaktionen. Deshalb müssen die Compounds vakuumgetrocknet und feuchtedicht verpackt werden. Die Vernetzung erfolgt bei Temperaturen unterhalb des Kristallitschmelzbereiches und nicht in der Schmelze. Der Kristallinitätsgrad des ursprünglichen PE wird durch die Anzahl der Pfropfen nur unwesentlich beeinflusst. Die Netzwerke aus C-Si-O-Si-C-Bindungen sind bei Verwendung des in der Norm vorgesehenen PE-HD mit einer Dichte von 0,950 g/cm3 unflexibler als solche mit C-C-Bindungen. Das wirkt sich u. a. in einer höheren Sprödigkeit, geringeren Reißdehnung und einer niedrigeren Zeitstandfestigkeit bei erhöhter Temperatur aus. Angesichts der geringen Diffusionsgeschwindigkeit des Wassers in PE dauert die Vernetzung relativ lange. Die Empfindlichkeit des gepfropften Produktes gegen über Feuchtigkeit veranlasste die Hersteller von Maschinen, ein Endlosverfahren zu entwickeln, bei dem alle Zutaten in einen einzigen Extruder gegeben werden. Es ist klar, dass die Anzahl der zu kontrollieren den Parameter hinsichtlich der Mischung als auch der Extrusion ein solches Verfahren schwierig gestalten.
Quellen
Das ABC der Flächenheizung und Flächenkühlung Winnenden: Heizungs-Journal Verlags-GmbH, ISBN 3-924788-16-2
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