Projektnummer: TAB (2005WF0098)
Laufzeit: 01.01.2006 - 31.12.2007

Im Rahmen der F&E-Aktivitäten sind dendritisch hochverzweigte Polymere (HBP) für die gezielte Modifizierung von Werkstoffeigenschaften untersucht wurden. Dabei lag ein Hauptaugenmerk auf der Evaluierung möglicher Synergieeffekte zwischen dendritschen Makromolekülen bzw. Polymeren und nanopartikularen Funktionsadditiven. Insbesondere sollte das Strukturhandikap der Reagglomeration nanoskaliger Pigmente während der Einarbeitung in polymere Matrices unterbunden werden.

Die grundlegende Idee bestand darin die Nanopartikel nicht durch mechanische Zerkleinerung, sondern auf chemisch-physikalischem Wege unter Einbeziehung hochverzweigter Makromoleküle als Nanopartikelträger und Stabilisatoren herzustellen. Hierzu wurden im Wesentlichen zwei Ziele verfolgt: Zum einen die Synthese von nanoskaligen Titandioxid-HBP-Hybriden und deren In-Situ-Inkooperation während der Polyveresterungsreaktion und zum anderen die Synthese von Silberkolloiden und deren Einbindung als nanodisperser immanent antimikrobieller Wirkstoff in Beschichtungen auf Polymersubstraten.

Dabei stützte sich die Werkstoffentwicklung auf am Markt verfügbare hochverzweigte Molekül-
/ Polymer-Strukturen, welche gegebenenfalls durch chemische Modifizierung/ Differenzierung für den Anwendungszweck auf einfacher Weise weiter optimiert werden können. Es konnten stark streuenden Partikel eines TiO2-Weißpigments transparente Polymerisate hergestellt werden, was jedoch durch einen starken Anstieg des Gelbgrades und einem Verlust an Kristallinität der Polyesterrezepturen erkauft wurde. Zum einen ist dies ursächlich auf die katalytische Aktivität der Titanoxide und zum anderen auf die Ausbildung von interpenetrierten Vernetzungen durch die dendritisch-hochverzweigten Makromolekülstrukturen zurückzuführen. So bewirkten bereist geringste Mengen an hochverzweigten Makromolekülzusätzen i.d.R. eine Beschleunigung der Polykondensationsreaktion allerdings auch eine signifikante Erniedrigung des Kristallinitätsgrades der Polymerisate, was zum Teil zu Kosten an mechanischen Eigenschaftsparametern erfolgt. Die unerwünschte katalytische Aktivität der nanodispersen Titanoxide konnte jedoch nicht erfolgreich unterbunden werden.

Die Synthese von Silbernanopartikeln durch Reduktion der Silberionen geeigneter Silbersalzverbindungen führte in Gegenwart dendritisch hochverzweigter Polymere mit Stickstoffhaltigen Grundgerüst zu stabilen Nanopatikel-Hybriden, was sich beispielsweise in einer Erhöhung der Suspensionsstabilität äußerte. Über Nassbeschichtungsverfahren, wie Schleudern, Tauchen oder Rakeln konnten nanosilberhaltige transparente Beschichtungen definierter Schichtdicke auf Polymersubtraten erfolgreich ohne der Bildung von Nanopartikelagglomeraten appliziert werden (siehe Abbildung). Eine signifikante Hemmung des Bakterienwachstums durch die Beschichtungen mit nanodispersen Silber (typischerweise 30 - 300ppm Ag bezogen auf die Gesamtprobe) konnte durch verschiedene Testmethoden, wie dem Agarplattendiffusionstest nach DIN EN ISO 20645 und der Testung in Anlehnung an "Japanese Industrial Standard, JIS L 1902:2002 testing method for antibacterial of textiles" verifiziert werden. Durch die Verwendung angepasster dendritisch-hochverzweigter Makromoleküle als Host-Matrice für die Silberkolloide gelang es zudem ein oftmals auftretendes unerwünschtes Ausbluten der nanoskaligen Silberpartikel erfolgreich zu unterbinden.

Im Rahmen des Projektes konnten somit erfolgversprechende Konzepte zum Einsatz dendritisch hochverzweigter Makromolekülstrukturen demonstriert und ein mögliches Potential an Eigenschaftsverbesserungen aufgezeigt werden.