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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenmodifizierten Silikonschicht, wobei a) eine flüssige Silikonpolymerschicht ausgebracht wird, b) Partikel mechanisch auf die Oberfläche der flüssigen Silikonpolymerschicht aufgebracht werden und c) der Verbund aus Partikeln und flüssiger Silikonpolymerschicht aus Schritt b) unter Verfestigung der Silikonpolymerschicht zur Reaktion gebracht wird.
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Stand der Technik
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Silikon-Polymere (Silikone, auch Silicone, englisch: silicone) haben seit ihrer großtechnischen Verfügbarkeit in der ersten Hälfte des 20. Jahrhundert ein immer größeres Anwendungsspektrum erhalten. Dies aufgrund ihrer besonderen intrinsischen Eigenschaften und der Möglichkeit durch chemische und physikalische Methoden diese spezifischen Eigenschaften weiterhin so zu modifizieren, dass eine maßgeschneiderte Adaption auf die jeweilige Anwendungssituation erreichbar ist. Insbesondere die Verwendung 2- oder dreidimensional strukturierter, vernetzter silikonbasierender Systeme, zum Beispiel in Form kohärenter Formkörper oder Schichten, haben in den unterschiedlichsten Industriebereichen verbreitet Anwendung gefunden. So werden beispielsweise funktionale Silikonschichten in der Textiltechnik, im medizinischen Bereich, für Haushaltswaren, in der Dichtungs- und Dämpfungstechnik, in der Elektronik als Elektroisolierbauteile und Kabelummantelungen und im kosmetischen Bereich eingesetzt. Neuere Anwendungen umfassen zudem den Einsatz dünner Silikonschichten in der Nanoanalytik, zur Energiegewinnung in elektromechanischen Aktoren und der Nanoreaktorik.
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Neben dem Einsatz reiner Silikonschichten oder -Körper können, wie oben erwähnt, Silikonverbindungen durch den Einsatz weiterer funktionaler Zuschlagsstoffe oder Verbindungen in ihren Eigenschaften modifiziert werden. Dies entweder durch ein rein physikalisches Einbringen weiterer Verbindungen oder durch gezielte chemische Modifikation des Silikon-Grundgerüstes. So können beispielsweise Silikonschichten und/oder -Körper durch den Zusatz von Pigmenten farbig gestaltet und Oberflächen durch chemisch modifizierte Silikonpolymerschichten beispielsweise hydrophob und/oder oleophob ausgerüstet werden.
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Besondere Modifikationen der Polymereigenschaften lassen sich durch das Einbringen partikulär vorliegenden Substanzen erhalten. So können beispielsweise homogene, partikulär modifizierte Silikonschichten durch ein homogenes Einmischen partikulärer Substanzen in eine noch unvernetzte flüssige Silikonphase erreicht werden. Diese Mischung kann dann in einem anschließenden Prozessschritt vernetzt und damit mechanisch stabilisiert werden. Derart lassen sich modifizierte Silikonschichten mit einer homogenen Verteilung weiterer Zusatzstoffe herstellen.
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Ein gängiges Verfahren der Oberflächenmodifizierung, zum Beispiel von Silikonpolymerschichten, basiert auf einem nachträglichen Aufbringen von Partikeln auf eine schon ausvernetztes Polymer. Dazu wird erst ein flüssiges oder pastöses Silikon-Polymercompound durch ein geeignetes Extrusionswerkzeug ausgebracht und in einem weiteren Herstellungsprozess einem Vulkanisationsschritt zugeführt. Durch die Vulkanisation wird das Polymer von einem flüssigen/pastösen in einen gummiartigen Zustand überführt. Diese mechanische stabilisierte Silikonpolymerschicht wird dann anschließend durch mechanischen Eintrag weiterer Partikel in seinen Eigenschaften modifiziert. Nachteilig an dieser Verfahrensführung hingegen ist es jedoch, dass zum verlässlichen Aufbringen der Partikel auf die schon vernetzte Silikonmatrix hohe Energien benötigt werden. Desweiteren können sich durch die elastischen Eigenschaften der Matrix nach der Vernetzung einzelne Partikel entweder überhaupt nicht einbringen lassen oder sich wieder aus der Silikonmatrix lösen. Dies hochwahrscheinlich bedingt durch die hohen Rückstellkräfte und eine unvollständige, rein mechanische Verankerung der einzelnen Partikel in/auf der Matrix.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein neuartiges Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von Silikon-Polymerschichten durch Ein- und/oder Aufbringen von Partikeln bereitzustellen, in welchem die Partikel mit relativ geringem Energieaufwand, innerhalb eines Standard-Produktionsprozesses, verlässlich und reproduzierbar in Silikon-Polymerschichten integriert werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenmodifizierten Silikonschicht, dadurch gekennzeichnet, dass
- a) eine flüssige Silikonpolymerschicht ausgebracht wird,
- b) Partikel mechanisch auf die Oberfläche der flüssigen Silikonpolymerschicht aufgebracht werden und
- c) der Verbund aus Partikeln und flüssiger Silikonpolymerschicht aus Schritt b) unter Verfestigung der Silikonpolymerschicht zur Reaktion gebracht wird, zu einer effizienten und reproduzierbaren Oberflächenmodifikation von Silikonpolymerschichten führt. Die Partikeln haften aufgrund des Aufbringens vor dem Verfestigungsschritt auf die noch flüssige Silikonpolymerschicht besser, tiefer und reproduzierbarer als wenn die Partikel erst nach einem Verfestigungsschritt aufgebracht werden. Dies wahrscheinlich deshalb, da im flüssigen Zustand die viskosen Anteile gegenüber den elastischen Anteilen des Silikons überwiegen, anders als im vernetzten Zustand. Durch die geringeren Rückstellkräfte lassen sich die Partikel leichter und reproduzierbarer in die Schicht integrieren. Zudem können die Partikel fester und damit sicherer in die Schicht eingebracht werden, da im Rahmen der Verfestigung meistens eine Volumenänderung der Schicht auftritt, welche die Partikel zusätzlich mechanisch in der Schicht fixiert. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein, können sich auch durch den Verfestigungsschritt stärkere Wechselwirkungen zwischen den Partikeln und der Silikonpolymerschicht ausbilden, zum Beispiel durch Ausbildung kovalenter oder van-der-Waals-Wechselwirkungen, welches zu einer zusätzlichen Verankerung der Partikel führen kann. Dieser Mechanismus kann durch die im Stand der Technik bekannten Verfahren nicht erhalten werden, da die Matrix schon vor dem Einbringen der Partikel ausreagiert ist und keine derart ausgeprägten Volumenänderungen mehr aufweist. Bedingt durch die homogenere Viskosität einer noch unvernetzten Silikonpolymerschicht lässt sich zudem die Eindringtiefe der einzelnen besser steuern. Die Partikel können dabei durch den Prozess gänzlich oder auch nur partiell in die Schicht eingebracht werden. Im letzteren Fall finden sich also Partikelbestandteile, welche nach dem Verfestigungsschritt aus der Oberfläche der Silikonpolymerschichten herausragen. Die im Rahmen eines Vulkanisierungsschrittes erfolgte Verfestigung führt in der Regel zu höheren Streuungen der elastischen Eigenschaften des Materials, welches zu einer schlechteren Steuerbarkeit der Eindringtiefe und der Einbringdichte führen kann. Maßgeblich ist dabei im Erfindungssinne, dass ein Einbringen der Teilchen spätestens zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem die Silikonpolymerschicht maximal 80%, bevorzugt maximal 60%, desweiteren bevorzugt maximal 40% der Elastizität des endverfestigten Zustandes erreicht hat. Diese Relation lässt sich über einen Vergleich der Speichermodule der unreagierten und ausreagierten Silikonpolymerschicht erhalten, welche rheologisch unter gleichen Bedingungen bestimmt werden kann.
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Eine flüssige Silikonschicht im Sinne der Erfindung ist eine Schicht welche aus Silikonpolymeren besteht oder Silikonpolymere enthalten kann. Es können dabei dem Fachmann bekannte Silikonverbindungen zur Herstellung der Schicht in Frage kommen, welche sich beispielsweise durch Kondensations- oder Additionsreaktionen untereinander vernetzten lassen. Zu diesen Silikonen können beispielsweise Silikon kalt-(RTV) oder heißvernetzende (HTV) Typen gehören. Die Silikonschicht kann vor dem Verfestigungsschritt flüssig sein. Flüssig beinhaltet auch das Vorliegen eines pastösen Silikons. Diese Silikone können insbesondere dadurch gekennzeichnet sein, dass die noch nicht verfestigten Silikone bei Raumtemperatur eine Viskosität nach ISO 3219 von größer oder gleich 0,1 mPa s und kleiner oder gleich 1.000.000 mPas, bevorzugt von größer oder gleich 1 mPas und kleiner oder gleich 100.000 mPas aufweisen. Mögliche Silikonpolymer-Formulierungen können dabei beispielsweise aus der Gruppe umfassend hydridfunktionelle Siloxane, Silanol-funktionellen Siloxane, Epoxy-funktionellen Siloxane, Polymeren mit hydrolysierbarer Funktionalität, Polysilanen, Polysilazanen und Polysilsesquioxanen ausgewählt sein. Dazu können jedwede Art von (RTV) oder (HTV) Silikonkautschuken benutzt werden. Einsetzbar sind desweiteren Ein- und/oder Zweikomponentensysteme. Die Silikonschicht kann desweiteren noch die dem Fachmann bekannten Hilfsstoffe wie Polymerisationskatalysatoren, Härter, Weichmacher, wie Silikonöle, Stabilisatoren und andere, homogen eingebrachte Hilfsstoffe aufweisen.
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Das Ausbringen der Silikonpolymerschicht kann durch die dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Dazu zählen einfaches Gießen der flüssigen/pastösen Silikonmasse, aber auch Rakeln, Kalandern und Extrudieren. Vorzugsweise wird die Silikonpolymerschicht dabei auf ein Band, einen Untergrund oder ein Formteil ausgebracht, welches nach dem Verfestigungsschritt wieder entfernt werden kann und nicht Teil des Produktes ist. Die Silikonpolymerschicht kann aber auch auf eine oder mehrere Trägerschichten aufgebracht werden, welche nach der Verfestigung einen Teil des Produktes bilden können. Insbesondere können auf diese Art und Weise Schichtverbünde mit mindestens einer Silikonpolymerschicht hergestellt werden. Das Ausbringen der Silikonpolymerschichten kann dabei mit einer konstanten, einer variablen oder einer periodisch modulierten Schichtdicke erfolgen. Bevorzugt sind konstante Schichtdicken mit einer Dicke von größer oder gleich 1 μm und kleiner oder gleich 1 cm, bevorzugt von größer oder gleich 5 μm und kleiner oder gleich 5 mm und desweiteren bevorzugt von größer oder gleich 10 μm und kleiner oder gleich 3 mm.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Partikel in Silikonpolymerschichten einbringen, welche der Silikonpolymerschichten weitere Eigenschaften verleihen können. Die Partikel sind dabei Feststoffe, welche entweder eine einheitliche oder eine Größenverteilung aufweisen. Die Partikelgröße ist dabei definiert als der längste Abstand zwischen zwei Punkten der Partikeloberfläche und kann durch die gängigen Methoden zur Partikel-Größenbestimmung ermittelt werden. Hierzu zählen beispielsweise die Mikroskopie oder Streumethoden wie MALLS (Mehrwinkel-Laserlicht-Streuung). Die eingesetzte Partikelgröße kann dabei zweckmäßigerweise in Relation zur Dicke der Silikonpolymerschicht gewählt werden. Erfindungsgemäß können Partikel eingesetzt werden, welche größer oder gleich 0,1% und kleiner oder gleich 75%, bevorzugt größer oder gleich 1% und kleiner oder gleich 25% bezogen auf die Schichtdicke der Silikonpolymerschicht sind. Diese Relationen zwischen Polymerschichtdicke und Teilchengröße haben sich zur reproduzierbaren Herstellung als besonders geeignet erwiesen. Die Partikel müssen dabei nicht regelmäßig geformt sein oder gar eine Symmetrie aufweisen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch irregulär geformte, unsymmetrische Partikel sicher in Silikonpolymerschichten integrieren. Vorteilhafterweise lassen sich die Partikel derart in die Silikonschicht einbringen, dass mindestens 10%, bevorzugt mindesten 25% und desweiteren bevorzugt mindestens 35% bis zu 100% der Partikeloberfäche nach dem Einbringen in die Silikonpolymerschicht eingebettet sind. Der Anteil lässt ich durch eine mikroskopische Begutachtung von Schnitten durch die verfestigte Polymerschicht ermitteln.
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Mögliche Verfahrensausgestaltungen zum mechanischen Aufbringen von Partikeln auf die Oberfläche der flüssigen Silikonpolymere können jedweden Schritt aufweisen, welcher dazu geeignet ist, die Partikel mit einem derartigen Impuls auszustatten, welcher ihnen zumindest ein teilweises Eindringen in die Oberfläche der flüssigen Silikonpolymerschicht gestattet. Dazu können beispielsweise Schwerkraftmethoden wie das einfache Aufstreuen, das Beschleunigen der Teilchen in einem Luftstrom (Aufblasen) oder aber auch das Beschleunigen magnetsicher oder elektrostatisch aufgeladener Partikel in einem elektrischen/magnetischen Feld gehören.
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Die erfindungsgemäß modifizierten Silikonpolymerschichten werden nach dem Einbringen der Partikel zur Verfestigung der Silikonpolymerschicht zur Reaktion gebracht. Dieses zur Reaktion bringen kann dabei durch die dem Fachmann bekannten Verfahren induziert und gesteuert werden. Übliche Verfahren können beispielsweise das Ändern der Temperatur durch Erwärmen oder Kühlen beinhalten. Bevorzugt wird dabei die Silikonpolymerschicht zur Verfestigung erwärmt. Dies kann beispielsweise durch Wärmekonvektion durch Anblasen mit warmer/heißer Luft oder mittels Strahlungswärme erfolgen. Weitere Möglichkeiten ergeben sich beispielsweise durch den Einsatz (UV)lichtinduzierter Vernetzungsreaktionen. Maßgeblich ist, dass die Verfestigung der Silikonpolymerschicht erst nach dem Aufbringen der Partikel erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit weiteren Aspekten und Ausführungsformen nachfolgend näher beschrieben. Sie können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens kann das mechanische Aufbringen der Partikel in Schritt b) durch eine Kollision beschleunigter Partikel mit der flüssigen Silikonpolymeroberfläche erfolgen. Diese Art des Aufbringens hat sich aufgrund des relativ einfachen Aufbaus und der guten Steuerbarkeit der Partikelenergien als sehr reproduzierbar erwiesen. Die einzelnen Partikel können dabei mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren beschleunigt werden. Beispielhaft wurden schon das Aufstreuen, das Beschleunigen im Luftstrom und bei besonderer Eignung der Partikel das elektromagnetische Beschleunigen genannt. Als Funktion der Partikelgrößenverteilung und der aufgewendeten Beschleunigungsenergien lassen sich unterschiedliche Impulsverteilungen darstellen, mit welchen eine definierte Eindringtiefe oder Eindringtiefenverteilung darstellbar ist. Analytische Methoden zum Nachweis des verwendeten Verfahrens, also die Auswahl an Methoden, welche in der Lage sind die Frage zu beantworten, ob die Partikel vor oder nach Verfestigung der Silikonpolymerschicht aufgebracht wurden, sind beispielsweise die Mikroskopie oder die Elektronenmikroskopie. Die erfindungsgemäß eingebrachten Partikel zeigen innerhalb dieser optischen Verfahren einen deutlich höheren direkten Kontaktanteil der Partikel mit der Silikonpolymerschicht. Insbesondere kann also der erreichbare Anteil der silikonumflossenen Partikeloberfläche deutlich höher sein, als der mit dem Stand der Technik erreichbaren Verfahren.
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In einer alternativen Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens kann das mechanische Aufbringen der Partikel in Schritt b) unter variabler Krafteinwirkung erfolgen, wobei die prozentuale Abweichung zwischen minimaler und maximaler Krafteinwirkung der Partikel größer oder gleich 0,1% und kleiner oder gleich 95% beträgt. Die Krafteinwirkung der Partikel auf die Silikonpolymerschicht ergibt sich dabei aus dem physikalisch definierten Impuls der Partikel, also dem Produkt aus Masse und Geschwindigkeit. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Partikel mit einem gleichmäßigen Impuls, d. h. definierter Impulsverteilung, auf die Oberfläche aufgebracht werden, wobei der Impuls (oder die minimale Krafteinwirkung) des Partikels mit dem kleinsten Impuls größer oder gleich 0,1% des Impulses entspricht, welches das Partikel mit dem größten Impuls aufweist. Dies bedeutet, dass das am schwächsten beschleunigte, kleinste Teilchen mindestens einen Impuls aufweist, welcher 0,1% des Maximalimpulses entspricht. Eine analoge Betrachtung gilt für die obere Grenze. Dieses Ergebnis kann entweder durch eine gleichmäßige Beschleunigung unterschiedlich schwerer Teilchen oder durch eine unterschiedliche Beschleunigung gleich schwerer Teilchen erreicht werden. Im Rahmen dieser Impulsverteilungsparameter können sich besonders gleichmäßige Beschichtungen mit einem besonders gleichmäßigen Eindringprofil ergeben.
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Desweiteren erfindungsgemäß ist ein Verfahren, wobei die Partikel in einen Tiefe der flüssigen Silikonpolymerschicht eingebracht werden, welche größer oder gleich 5% und kleiner oder gleich 70% der gesamten Silikonpolymerschichtdicke entspricht. Im Gegensatz zu homogenen Einmischtechniken und einer erst nachträglichen Oberflächenmodifizierung der schon vernetzten Matrix, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren definierte Eindringtiefen in Silikonpolymerschichten realisieren, welche sich einfach und reproduzierbar steuern lassen. Vorteilhafterweise können sich durch das erfindungsgemäße Verfahren dabei Einbringtiefen ergeben, welche oben angegeben entsprechen.
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Diese geben an, dass nach der Oberflächenmodifikation in 5% bis 70% der Gesamtschichtdicke der Silikonpolymerschicht Partikel vorhanden sein können. Höhere Werte der Eindringtiefe können unvorteilhaft sein, da zu hohe Energien zur Durchdringung der Schicht erforderlich sein können. Ein geringerer Prozentsatz kann nachteilig sein, da gegebenenfalls eine zu hohe Anzahl an Partikeln nur unvollständig in die Schicht eingebunden werden kann.
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Desweiteren kann in einer zusätzlichen Ausgestaltung des Verfahrens die flüssige Silikonpolymerschicht in Schritt a) auf eine zusätzliche Trägerfolie ausgebracht werden. Zur einfacheren Handhabung kann es zweckmäßig sein, wenn die Silikonpolymerschicht auf eine oder mehrere zusätzliche Trägerschichten aufgebracht wird. Dazu kann die Trägerschicht unter den Ausbringungsort bewegt und die noch flüssige Silikonpolymerschicht auf die Trägerschicht ausgebracht werden. Derart lassen sich Schichtverbünde mit einer Silikonpolymerdeckschicht erhalten, welche anschließend oberflächenmodifiziert werden kann. Die Trägerfolien können dabei aus dem Fachmann bekannten Materialien bestehen. Einsetzbar sind beispielsweise, PET-, PP-, PE-, Metallfolien Verbundmaterialien derselben oder ähnliche Folientypen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Partikel in Schritt b) aus der Gruppe umfassend Farbpigmente, magnetische Partikel, elektrisch leitfähige Partikel, Peelingkörper, fraktal strukturierte Partikel, hydrophile Partikel, hydrophobe Partikel, Nanotubes, Carbon Nano Tubes (CNT), Graphen, Ruß, Nano Silber, Silber Nano-Drähte ausgewählt sein. Diese Materialgruppe hat sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als geeignet erwiesen, um effektiv und reproduzierbar in Silikonpolymerschichten eingebaut werden zu können. Die Silikonpolymerschichten lassen sich dabei auf die unterschiedlichste Art und Weise modifizieren. Beispielsweise kann die mechanische Festigkeit der Oberfläche durch den Einbau von Peelingkörpern variiert werden. Die Farbigkeit der Silikonpolymerschicht lässt sich durch den Einbau von Pigmenten gezielt steuern. Desweiteren lassen sich die Silikonpolymerschichten durch den Einbau von Silber bakteriostatisch oder bakteriozid ausrüsten. Zusätzlich kann durch Einbau elektrisch leitfähiger Partikel eine elektrische Leitfähigkeit innerhalb oder auf der Silikonpolymerschicht induziert werden. Es hat sich zudem für diese Gruppe an Materialien gezeigt, dass, verglichen mit im Stand der Technik bekannter Verfahren, eine deutlich verbesserte Verankerung erreicht werden kann. Dies hochwahrscheinlich durch eine zusätzliche Anbindung der Partikel im Rahmen des Aushärtungsprozesses.
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Ferner kann im erfindungsgemäßen Verfahren das Verfestigen der Silikonpolymerschicht in Schritt c) durch Vulkanisieren unter Hitzeeinwirkung erfolgen. Die Verfestigung der Silikonpolymerschicht über Einwirkung von Hitze oder Wärme hat sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders geeignet herausgestellt. Damit lassen sich schnell und reproduzierbar verfestigte Silikonpolymerschichten erhalten, welche die oberflächlich eingeschlossenen Partikel mechanisch stabil einschließen. Zur Hitzebehandlung lassen sich die gängigen Verfahren zur Vulkanisierung von Silikonpolymerschichten verwenden. Beispielsweise Vulkanisieren durch Konvektion über Anblasen mit heißer Luft oder durch Strahlungswärme, zum Beispiel über IR-Strahler. Die Trocknung der Silikonpolymerschichten kann dabei mit einer Temperatur von größer oder gleich 50°C und kleiner oder gleich 250°C, bevorzugt von größer oder gleich 100°C und kleiner oder gleich 200°C erfolgen. Dieser Temperaturbereich kann zu einer schnellen und reproduzierbaren Trocknung der Silikonpolymerschichten beitragen.
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Desweiteren ist eine funktionalisierte Silikonschicht im Sinne der Erfindung, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Silikonpolymerschichten reproduzierbar und mit geringen Änderungen am Herstellungsverfahren spezifisch an ihrer Oberfläche modifizieren, sodass wichtige mechanische, optische und/oder elektrische Eigenschaften der Schichten bei gleichbleibendem Basissilikonmaterial veränderbar sind. Dies kann zu einer Flexibilisierung des Produktspektrums unter gleichzeitiger Beibehaltung des Haupt-Produktionsweges führen. Derart lassen sich zudem Rüst- und Reinigungskosten einsparen.
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Desweiteren können die vorgestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäß funktionalisierten Silikonschicht als Schicht eines Silikonfolienschichtverbundes verwendet werden. Die dargestellte Erfindung eignet sich nicht nur zur Modifikation einer einzelnen Silikonpolymerschicht, es lassen sich durch das dargestellte Verfahren auch Silikonpolymerschichtverbünde an ihrer Oberfläche modifizieren. Dies mit der Maßgabe, dass mindestens eine, der äußersten Schichten eine Silikonschicht ist. In dieser Ausführungsvarianten müssen nicht alle Schichten Silikonschichten sein, es können, wie schon erwähnt, auch Verbünde mit Schichten aus anderen Materialien gebildet werden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante kann die funktionalisierte Silikonschicht Teil eines elektromechanischen Aktors und/oder eines Generators und/oder eines Sensors sein. Generatoren sind wichtiger Bestandteil von Anlagen, welche in der Lage sind, aus mechanischer Energie elektrische Energie zu erzeugen. Dies zum Beispiel durch Umwandlung von Wellen- in elektrische Energie. Dazu werden vorzugsweise elektroaktive Polymer-(EAP)Stapel eingesetzt, welche besonderen mechanischen und elektrischen Anforderungen und Belastungen ausgesetzt sind. Auch Aktoren und/oder Sensoren sind aus elektroaktiven Polymeren aufgebaut. Elektroaktive Polymere sind Polymere, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung Ihre Form ändern (Aktor) oder bei einer Formänderung eine Spannung erzeugen (Generator oder Sensor). Vorzugsweise sind die elektroaktiven Polymere als dielektrische Polymere ausgebildet, die nach dem Funktionsprinzip eines elektrostatischen Kondensators arbeiten. Insbesondere in diesen Fällen haben sich die erfindungsgemäß modifizierten Schichten in Bezug auf die Haftung der einzelnen Schichten untereinander, der mechanischen Belastbarkeit eines derartigen Verbundes und der elektrischen Eigenschaften des Stapels als geeignet erwiesen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die funktionalisierte Silikonschicht an der Außenseite oder im Inneren eines Schichtverbundes angebracht sein. Neben der Eignung die Funktion einer einzelnen Silikonpolymerschicht oder eines gesamten Silikonpolymerschichtverbundes zu einer Außenseite hin zu modifizieren, können die erfindungsgemäß oberflächenmodifizierten Silikonpolymerschichten auch dazu genutzt werden, verbesserte Funktionalitäten innerhalb eines Schichtverbundes bereitzustellen. Dazu können die erfindungsgemäßen Polymerschichten innerhalb eines weiteren Verfahrensschrittes mit einer weiteren Schicht oberhalb der modifizierten Silikonpolymerschicht versehen werden. Damit liegt nun die erfindungsgemäße Silikonpolymerschichten innerhalb eines Schichtverbundes. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn man die oberflächenmodifizierte Silikonpolymerschicht durch Partikel modifiziert, welche eine verbesserte Haftung weiterer Schichten ermöglicht. Dies beispielsweise durch nur partielles Einbringen von Partikeln, welche mit dem Hauptanteil ihres Volumens nicht innerhalb der modifizierten Schicht liegen. Hierdurch können sich zusätzliche Verankerungspunkte ergeben, welche eine bessere Verzahnung der weiteren mit der oberflächenmodifizierten Schicht ermöglicht. Somit lassen sich beispielsweise bessere Hafteigenschaften der oberflächenmodifizierten Silikonpolymerschicht erreichen. Insbesondere können sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren modifizierte Silikonpolymerschichten als Aktorschichten in Schichtverbünden von Vorrichtungen zur Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie und umgekehrt eignen. Hierbei kann das Verfahren eingesetzt werden um die mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Verbünde zu verbessern.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale der vorbeschriebenen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen, funktionalisierte Silikonschicht sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für die erfindungsgemäße funktionalisierte Silikonschichten und die erfindungsgemäße Verwendung anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmalen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
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1. schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen Aufbaus zur Herstellung oberflächenmodifizierter Silikonpolymerschichten.
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1 zeigt beispielhaft einen möglichen Herstellungsweg zum Erhalt oberflächenmodifizierter Silikonfolien oder -schichten. Dargestellt ist das Aufbringen 2 eines flüssigen Silikonpolymers 3 auf ein rotierendes Band 1 (Bandextrusion). Auf die noch flüssige oder pastöse Silikonpolymerschicht 3 werden in einem zweiten Verfahrensschritt Partikel 5 durch eine Vorrichtung 4 mechanisch aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Aufbringen mechanisch beschleunigter Partikel erfolgen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die mit Partikeln 5 modifizierte Silikonpolymerschicht 3 durch einen Vulkanisierungsschritt mittels der Vulkanisiereinheit 6 verfestigt. Dies kann beispielsweise durch Zufuhr von Wärme erfolgen. Dadurch erhält man die ausgehärtete Silikonpolymerschicht 7 mit mechanisch fest verankerten Partikeln 5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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