Wechselwirkung von Polycarbonat-Schmelze mit Werkzeug-Oberflächen als Ursache der Belagbildung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Während der Verarbeitung von Kunststoffen kommt es häufig zu Produktionsausfällen und Qualitätsbeeinträchtigungen auf Grund von Belag- und Stippenbildung. Als Stippe wird aneinander haftendes, degradiertes Kunststoffmaterial bezeichnet, welches als Feststoff in der Schmelze verbleibt. Dabei entstehen Stippen aus Belägen, welche sich auf der Extruderwand- oder Werkzeugoberfläche aus der Kunststoffschmelze heraus ablagern. Besonders kritisch ist die Bildung von Belägen bei der Produktion von hochwertigen Formteilen mit einer hohen Anforderung an optischer Transparenz oder hoch glänzenden Oberflächen. Im industriellen Prozess wird versucht die Stippenbildung mit Hilfe von “trial-and-error“-Verfahren zu minimieren. Außerdem werden Beschichtungen zum Schutz der Stahloberfläche und zur Minimierung der Anhaftung eingesetzt. Trotz der genannten Maßnahmen gibt es wenige grundlegende Erkenntnisse zum Belagbildungs-Prozess, beziehungsweise keine einheitlichen Lösungsansätze zur Vermeidung der Belag- und Stippenbildung. In der vorliegenden Dissertation wurden die Mechanismen der Belag- und der Stippenbildung am Beispiel von Polycarbonat grundlegend untersucht. Neben den topografischen Einflüssen (Kavitäten und Rauheit) wurde mit Hilfe oberflächensensitiver Messmethoden die Wechselwirkungen zwischen der metallischen Oberfläche und dem Polymer analysiert. Ergänzend zu den analytischen Untersuchungen wurden sowohl Laborversuche (Synthesen) als auch Extrusionsversuch im Labormaßstab durchgeführt. Dabei konnte die Diffusion von Metallionen (Eisen- und Chromionen) in die Kunststoffschmelze nachgewiesen werden. Eine anschließende Wechselwirkung zwischen Polymer und Metallionen wurde ebenfalls untersucht. Eine Wechselwirkung der diffundierten Eisenionen mit den freien π-Elektronenpaaren der aromatischen Ringe des Polycarbonats wird hier vermutet, ebenso wie die Bildung einer Eisen-Carbonyl-Verbindung. Die mögliche Degradation von Polycarbonat in Kunststoffverarbeitungsmaschinen wurde gezielt mit Hilfe eines Miniextruders und Degradationsexperimenten analysiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Temperatur im Vergleich zur Verweilzeit und Drehzahl den größten Einfluss auf die Degradation hat. Abschließend wurde ein möglicher Mechanismus sowie eine Anforderungsliste zur Vermeidung bzw. Verminderung der Belagbildung formuliert.