DE102018106435A1 - Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur beschrieben, umfassend das Bestrahlen von zwei oder mehr Silikongummi-Körpern mit UV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 250 nm und einer Strahlungsdosis im Bereich von 10 mJ/cmbis 10 J/cmin Anwesenheit von Sauerstoff. Weiterhin wird eine vorzugsweise nach diesem Verfahren herstellbare dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur beschrieben. Ebenfalls beschreiben wird die Verwendung einer vorzugsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur z.B. als Füllstoff, Homogenisator in Lichtanwendungen oder als Bau- bzw. Ersatzteil.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen, gefügten Silikongummi- (bzw. Silikonelastomer-) Struktur umfassend das Bestrahlen von zwei oder mehr Silikongummi-Körpern mit UV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 250 nm und einer Strahlungsdosis im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤ 10 J/cm² in Anwesenheit von Sauerstoff sowie eine vorzugsweise nach diesem Verfahren herstellbare dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer vorzugsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur z.B. als Füllstoff, Homogenisator in Lichtanwendungen oder als Bau- bzw. Ersatzteil.
• Die heute gängigen Silikone lassen sich z.B. in die Klassen HTV (hochtemperaturvernetzend), RTV (raumtemperaturvernetzend) und LSR (liquid silicon rubber bzw. Flüssigsilikone) einteilen. Sie vernetzen etwa durch Kondensation, peroxidisch-radikalisch oder additionsvernetzend (d.h. z.B. platinkatalysiert).
• Die Formgebung von Silikonbauteilen nach dem Stand der Technik erfolgt in der Regel über formgebende Gieß- und Presswerkzeuge, Transfer Molding, Extrusion oder Koextrusion. Auch Kalandrieren oder Niedrigdruckfüllung sind möglich und bekannt. Textilien werden überdies mittels Rakel beschichtet. Die Formgebung erfolgt in der Regel im teil- oder unvernetzten Zustand als Silikonkautschuk. Die Vernetzung und somit die Formstabilisierung des Kautschuks zum Elastomer erfolgt in der Regel mittels Vulkanisierung und schließt sich unmittelbar an die Formgebung an oder ist bereits in den Formgebungsprozess integriert, beispielsweise durch Aufheizen oder durch die Beimengung von Vernetzern.
• Die Oberflächenenergie eines vernetzten bzw. vollvernetzten Silikonelastomers bzw. Silikongummis beträgt ca. 20 mN/m und ist im Vergleich zu anderen Polymeren als überaus inert zu bezeichnen. Dies ist eine kennzeichnende Eigenschaft des Silikonelastomers bzw. Silikongummis, insbesondere des mindestens teilvernetzten Silikonelastomers bzw. Silikongummis und besonders des vollvernetzten Silikonelastomers bzw. Silikongummis, welche es für viele Anwendungen erst prädestiniert bzw. geeignet macht. Beispielsweise weist die inerte Oberfläche eines vollvernetzten Silikongummis eine hohe Resistenz gegenüber Bakterien und Pilzen auf, so dass Silikone, insbesondere Silikonelastomere bzw. Silikongummis, bevorzugt im Lebensmittel- und Medizinbereich eingesetzt werden.
• Die Formgebung von Silikonen ist mit dem Vulkanisieren in der Regel abgeschlossen. Eine Ausnahme ist die nachgeschaltete Formgebung durch Konfektionierung, d.h. durch subtraktive Formgebungsverfahren, z.B. Schneiden. Ansonsten ist es bei der Formgebung von Silikonen notwendig, die verwendeten Formwerkzeuge oder Extruderdüsen in Hinblick auf die spätere Bauteilgeometrie im Vorfeld auszulegen. Dies bedeutet, dass gegebenenfalls für jede Geometrie ein individuelles Werkzeug benötigt wird. Ein Nachteil bei der Verarbeitung von Silikonen, insbesondere von mindestens teilvernetzten Silikonen, Silikonelastomeren oder Silikongummis und besonders von vollvernetzten Silikonen, Silikonelastomeren oder Silikongummis, ist demgemäß deren verhältnismäßig unflexible Formbarkeit:
• Eine additive Formgebung ist für ein vernetztes Silikonelastomer bzw. für einen mindestens teilvernetzten und insbesondere für einen vollvernetzten Silikongummi aufgrund von dessen inerter Oberfläche nicht ohne weiteres möglich. Bekannt ist beispielsweise das Verkleben mit silikonbasierten Klebstoffen und Cyanacrylaten, oftmals auch in Verbindung mit geeigneten Haftvermittlern, z.B. basischen Verbindungen wie aliphatische Amine, Pyridin und Imidazolderivate [vgl. z.B.: Habenicht, G., „Kleben“, 3. neubearbeitete und erweiterte Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1997; DE4017801 A1 ]. Viele der für besagtes Verkleben eingesetzten Chemikalien besitzen jedoch stark gesundheitsgefährdende Wirkungen und sind somit bedenklich, vor allem für die Verwendung im lebensmittelnahen und medizinischen Bereich.
• Grundsätzlich bekannt ist daneben auch die Möglichkeit, Silikonelastomeroberflächen mit VUV- (Vakuum-Ultraviolett) Licht vorzubehandeln. Als „VUV-Licht“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung - wie auf dem Fachgebiet üblich (vgl. z.B. die Norm DIN 5031-7: 1984-01) - der Spektralbereich von 100 bis 200 nm bezeichnet. Die Oberfläche wird dabei in eine anorganische Matrix modifiziert, welche dann glasähnliche Eigenschaften aufweist. Durch diese strahlungsinduzierte Modifikation kann etwa die Palette von zum Verkleben der vorbehandelten Silikonelastomeroberflächen geeigneten Klebstoffen erweitert werden und auf den Einsatz eines sonst erforderlichen Primers kann dann unter Umständen verzichtet werden. Auch andere Eigenschaften wie Reibungskoeffizienten, Härte, Haptik oder Staubattraktion einer auf diese Weise vorbehandelten Silikonelastomeroberfläche können gezielt beeinflusst werden. Das Dokument WO 2016/030183 A1 beschreibt ein derartiges oberflächenmodifiziertes Silikon und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
• Eine Möglichkeit, ein ausreagiertes Silikonelastomerbauteil flächig (d.h. zweidimensional) mit einem Substrat zu verbinden bzw. zu fügen, besteht im Kaltverschweißen einer Oberfläche eines Silikonelastomers mit einem solchen Substrat. Bekannt ist in diesem Zusammenhang etwa das im Dokument WO 2015/075040 A1 beschriebene Verfahren zum Verbinden von Silikongummi mit einem Substrat.
• Eine ähnliche Methode zum flächigen Verbinden eines Polydimethylsiloxan-Substrates mit Glas oder Silizium mittels kurzwelliger UV-Strahlung beschreibt das Dokument JP 2007 130836 .
• T. Yamamoto beschrieb bereits eine Studie zur Oberflächenmodifizierung von Polydimethylsiloxan durch VUV-Licht für Mikro- oder Nano-Strömungsanwendungen (vgl. T. Yamamoto, Surf. Interface Anal. 2011, 43, 1271-1276).
• Angesichts dieses Standes der Technik war es eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches die Möglichkeiten zur additiven Formgebung für einen mindestens teilvernetzten und insbesondere für vollvernetzten Silikongummi erweitert und mit geringem apparativem Aufwand, hoher Flexibilität und mindestens weitgehend und vorzugsweise ganz ohne Verwendung von gegebenenfalls gesundheitsschädlichen Haftvermittlern die Herstellung möglichst frei gestaltbarer, dreidimensionaler Strukturen erlaubt.
• Eine spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren anzugeben, womit mindestens teilvernetzte und insbesondere vollvernetzte Silikongummi-Bausteine, vor allem Bausteine umfassend Recycling-Silikongummi und/oder Silikongummi-Überreste, Silikongummi-Verschnitt und/oder Silikongummi-Abfälle aus der Silikongummi-Produktion, zu wunschgemäß geformten Silikongummi-Produkten wieder- oder weiterverwertet werden können.
• Eine weitere spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, geeignete Verwendungen bzw. Einsatzmöglichkeiten von insbesondere aus Recycling-Silikongummi und/oder aus Silikongummi-Überresten, Silikongummi-Verschnitt und/oder Silikongummi-Abfällen aus der Silikongummi-Produktion, hergestellten dreidimensionalen Silikongummi-Strukturen anzugeben.
• Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass die primäre Aufgabe sowie weitere Aufgaben und/oder Teilaufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst werden durch ein Verfahren zur Herstellung einer gefügten Silikongummi-Struktur, mit folgenden Schritten:
• (V1) Bereitstellen von zwei oder mehr Silikongummi-Körpern, welche jeweils mindestens zwei Kontaktflächen aufweisen, die in verschiedene Raumrichtungen weisen,
• (V2) Bestrahlen von wenigstens einem Teil der Kontaktflächen der Silikongummi-Körper aus Schritt (V1), welche in verschiedene Raumrichtungen weisen, mit UV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 250 nm und einer Strahlungsdosis im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤ 10 J/cm² je Kontaktfläche, in Anwesenheit von Sauerstoff, wobei an mindestens einem der Silikongummi-Körper mindestens zwei Kontaktflächen bestrahlt werden, die in verschiedene Raumrichtungen weisen, und
• (V3) Kontaktieren von mindestens zwei bestrahlten Kontaktflächen aus Schritt (V2), wovon mindestens zwei zum selben Silikongummi-Körper gehören und in verschiedene Raumrichtungen weisen, mit mindestens je einer, bestrahlten oder unbestrahlten, Kontaktfläche mindestens eines anderen Silikongummi-Körpers aus Schritt (V1) oder (V2), wobei es zum Stoffschluss zwischen den Kontaktflächen der miteinander kontaktierten Silikongummi-Körper kommt, sofern mindestens eine der am Kontakt beteiligten Kontaktflächen eine bestrahlte Kontaktfläche ist,
so dass eine dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur resultiert.
• Es war besonders überraschend, dass sich durch eine Behandlung mit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehenen verhältnismäßig geringen Strahlungsdosis stabile, gefügte Silikongummi-Strukturen erzeugen ließen, mit im Wesentlichen frei gestaltbaren, dreidimensionalen Strukturen. Durch den im Idealfall vollständigen Verzicht auf Haftvermittler, etwa u.U. gesundheitsschädliche Klebstoffe, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren hervorragend zur Herstellung von Silikongummi-Strukturen zum Einsatz im Medizinbereich oder im Bereich von Lebensmitteln bzw. dem lebensmittelnahen Bereich.
• Als „Kontaktfläche“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Oberflächenbereich eines erfindungsgemäß einzusetzenden Silikongummi-Körpers bezeichnet, welcher mit mindestens einem anderen Oberflächenbereich (Kontaktfläche) mindestens eines anderen erfindungsgemäß einzusetzenden Silikongummi-Körpers so kontaktiert werden kann, dass es zum Stoffschluss zwischen den miteinander kontaktierten Oberflächenbereichen (Kontaktflächen) der Silikongummi-Körper kommt, sofern mindestens einer der am Kontakt beteiligten Oberflächenbereiche vor dem Kontakt wie in Schritt (V2) des erfindungsgemäßen Verfahrens definiert bestrahlt worden ist.
• Unter „verschiedenen Raumrichtungen“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verstanden, dass die Oberflächennormalen auf den Kontaktflächen, welche in verschiedene Raumrichtungen weisen, miteinander einen Winkel von > 0° einschließen, vorzugsweise ≥ 5°, besonders bevorzugt ≥ 10°, weiter besonders bevorzugt ≥ 20°, noch weiter besonders bevorzugt ≥ 45°. In einigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, wenn die Oberflächennormalen auf den Kontaktflächen, welche in verschiedene Raumrichtungen weisen, miteinander einen Winkel im Bereich von 85 ° bis 95 °, vorzugsweise einen Winkel von 90 °, einschließen.
• Es hat sich gezeigt, dass die in Schritt (V2) des erfindungsgemäßen Verfahrens bestrahlten Silikongummioberflächen über einen längeren Zeitraum bis zu mehreren Stunden, etwa bis zu 24 Stunden, unter normalen Atmosphärenbedingungen gelagert werden können, ohne dabei Haftpotenzial in einem Maß einzubüßen, dass eine dauerhafte, stoffschlüssige Verbindung mit bestrahlten oder unbestrahlten Silikongummi-Körper-Kontaktflächen nicht mehr möglich wäre. Somit besteht ein vorteilhaft langes Zeitfenster, währenddessen der Schritt (V3) (Kontaktieren und Verbinden) nach dem Schritt (V2) (Bestrahlen) durchgeführt werden kann, so dass ausreichend gute Haftergebnisse erzielt werden können.
• Die Erfindung sowie erfindungsgemäß bevorzugte Kombinationen bevorzugter Parameter, Eigenschaften und/oder Bestandteile der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert. Bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Beispielen angegeben bzw. definiert.
• Als Silikongummi-Körper im Sinne der vorliegenden Erfindung kommen regelmäßig geometrisch geformte Körper in Frage, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ring, Kugel, Kegel, Zylinder, Würfel, Quader, Pyramide und Prisma, oder es kommen unregelmäßig geformte Körper in Frage sowie Mischformen von regelmäßig und unregelmäßig geformten Körpern. Es können jeweils nur Silikongummi-Körper eines geometrischen Typs in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden oder es können Mischungen verschiedener geometrischer Typen eingesetzt werden. Auch Mischungen von regelmäßig geometrisch geformten Silikongummi-Körpern mit unregelmäßig geformten Körpern und/oder mit Mischformen von regelmäßig und unregelmäßig geformten Körpern können in Schritt (V1) eingesetzt werden. Zum Aufbau regelmäßig geordneter dreidimensionaler, gefügter Silikongummi-Strukturen werden erfindungsgemäß vorzugsweise regelmäßig geometrisch geformte Silikongummi-Körper, besonders bevorzugt des gleichen geometrischen Typs, in Schritt (V1) eingesetzt.
• Ein „Silikongummi“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist stets ein Elastomer (d.h. ein Silikonelastomer), wobei dies bedeutet, dass die Reißdehnung des Materials mindestens >100 % ist. Die Reißdehnung eines Silikongummis wird vorzugsweise gemessen nach DIN 53504:2009-10.
• Bevorzugte Eigenschaften von „Silikongummi“ im Sinne der vorliegenden Erfindung sind eine SHORE A-Härte von 5 bis 80, und/oder ein E-Modul bei 100 % Dehnung < 5 MPa und/oder eine Zugfestigkeit von ≤ 10 MPa. Die SHORE A-Härte (und die SHORE D-Härte, dazu s.u.) wird vorzugsweise gemessen nach DIN ISO 7619-1:2010. Die Zugfestigkeit sowie die Spannungswerte im Zugversuch (E-Modul bei 100 % Dehnung) werden vorzugsweise gemessen nach DIN 53504:2009-10.
• Ein Silikongummi im Sinne dieser Erfindung liegt dabei mindestens teilvernetzt und vorzugsweise vollständig vernetzt („vollvernetzt“) vor. „Teilvernetzt“ bedeutet dabei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass bevorzugt im Rahmen einer Vulkanisierungsreaktion eine weitere Vernetzung bis zur vollständigen Vernetzung (voll vernetzt) erfolgen kann. „Vollständig vernetzt“ oder „vollvernetzt“ bedeutet dabei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass bevorzugt im Rahmen einer Vulkanisierungsreaktion keine weitere Vernetzung mehr erfolgt, da der unter den angewendeten Bedingungen höchstens mögliche Vernetzungsgrad des Silikongummi-Materials bereits erreicht ist. So ist insbesondere bei bereits getemperten (d.h. nachvulkanisierten) Silikongummis davon auszugehen, dass sich keine (weiteren) unvernetzten Zwischenprodukte oder Anteile mehr im Silikon befinden.
• Silikongummis im Sinne des vorliegenden Textes enthalten bevorzugt silikatische Füllstoffe, besonders bevorzugt pyrogene Kieselsäure. Ein bevorzugtes Silikongummi im Sinne der vorliegenden Erfindung enthält 20 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bevorzugt 22 bis 38 Gew.-%, Füllstoffe, bezogen auf die Gesamtmasse der Silikongummiformulierung.
• Ein „Silikonharz“ stellt ausdrücklich keinen im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden „Silikongummi“ dar: ein Silikonharz ist kein Elastomer, wobei dies vorzugsweise bedeutet, dass die Reißdehnung des Materials eines Silikonharzes nach der oben angegebenen Definition < 100 % ist. Silikonharze enthalten typischerweise keine pyrogene Kieselsäure als Füllstoff. In vollständig vernetzter Form haben Silikonharze E-Module, die jene der Silikongummis um mindestens eine Größenordnung übertreffen, insbesondere E-Module von 100-1000 MPa. Zusätzlich oder alternativ verfügen „Silikonharze“ im Sinne dieses Textes bevorzugt über eine SHORE D „Härte“ von 20-50 gemäß der oben angegebenen Definition.
• Bevorzugt erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren das Bestrahlen in Schritt (V2) mittels einer Excimerlampe oder einem Quecksilberniederdruckstrahler als Strahlungsquelle, da sich diese Lampen als besonders geeignet und gut handhabbar für das erfindungsgemäße Verfahren erwiesen haben.
• Quecksilberniederdruckstrahler verfügen zusätzlich zu der Strahlung im Bereich von 185 nm über eine Strahlungsbande bei 254 nm. Diese Strahlungsbande kann sich allgemein vorteilhaft auf die Silikongummiaktivierung im Schritt (V2) auswirken. So wird Ozon beispielsweise durch die 254 nm Strahlung abgebaut und teilweise in atomaren, reaktiven Sauerstoff umgewandelt. Letzterer kann für die Aktivierung vorteilhaft genutzt werden. Für die Berechnung der Strahlendosis wird hier (wie auch für den gesamten Text) stets nur die Strahlung berücksichtigt, deren Wellenlänge ≤ 250 nm ist. Dies bedeutet, dass die aufgrund der 254 nm-Bande eingebrachte Dosis nicht bei der Berechnung der erfindungsgemäß zu verwendenden Dosis mitgezählt wird.
• Im Sinne dieses Textes wird bevorzugt (und im Zweifelsfall) für die Bestimmung der Bestrahlungsenergiedichte bzw. Bestrahlungsdosis E (Strahlungsdosis, insbesondere Strahlungsdosis in Schritt (V2) des erfindungsgemäßen Verfahrens) und der Strahlungsintensität bzw. Bestrahlungsstärke I von einem vereinfachten geometrischen Ansatz für das Strahlungsfeld des Strahlers ausgegangen. Anstelle des realen Volumenstrahlers wird stattdessen von einem Linienstrahler ausgegangen, dessen Licht radial nach außen abgestrahlt wird. Hierbei werden die Gesamtstrahlungsleistung des Volumenstrahlers und des Linienstrahlers als identisch angesetzt, wie nachfolgend ausgeführt.
• Zu einem vorgegebenen Abstand a zur Strahlerachse des Linienstrahlers gehört bei radialsymmetrischer Abstrahlung somit eine Mantelfläche M(a), die sich durch eine konstante Strahlungsintensität I(a) auszeichnet.
• Die Größe der Mantelfläche berechnet sich zu: $$\text{M}\left(\text{a}\right)\left[{\text{m}}^2\right]=2\times \text{pi}\times \text{a}\left[\text{m}\right]\times \text{s}\left[\text{m}\right],$$

  

  wobei s die endliche Leuchtlänge des Strahlers kennzeichnet.
• Somit ergibt sich die Strahlungsintensität I(a) im Abstand a zu: $$\text{I}\left(\text{a}\right)\left[\text{W}/{\text{m}}^2\right]=\text{W}0\left[\text{W}\right]/\text{M}\left(\text{a}\right)\left[{\text{m}}^2\right]$$

  

  mit Wo als Gesamtstrahlungsleistung des Strahlers. Die Strahlungsintensität I(a) bezeichnet hierbei eine Flächenleistungsdichte oder wird synonym als Bestrahlungsstärke bezeichnet.
• Sowohl Wo als auch s sind dem technischen Informationsblatt des Lampenherstellers zum Strahler zu entnehmen. Oftmals ist nur der Wert der Strahlungsintensität an der Strahleroberfläche angegeben, d.h. die Gesamtstrahlungsleistung I (r) im Abstand r mit r als Radius des zylindrischen Querschnitts des realen Volumenstrahlers. Hieraus lässt sich für nachfolgende Berechnungen die Gesamtstrahlungsleistung Wo berechnen zu: $${\text{W}}_0\left[\text{W}\right]=\text{I}\left(\text{r}\right)\left[\text{W}/{\text{m}}^2\right]\times \text{M}\left(\text{r}\right)\left[{\text{m}}^2\right].$$

  
• Mit r als Radius des zylindrischen Querschnitts des realen Volumenstrahlers resultiert die Strahlungsintensität nach dem vereinfachten Modellansatz zu: $$\text{I}\left(\text{d}\right)\left[\text{W}/{\text{m}}^2\right]={\text{W}}_0\left[\text{W}\right]/\text{M}\left(\text{d}\right)\left[{\text{m}}^2\right],$$

  

  wobei d nun den Abstand zur zugänglichen Strahleraußenfläche mit $$\text{a}\left[\text{m}\right]=\text{r}\left[\text{m}\right]+\text{d}\left[\text{m}\right]$$

  

  kennzeichnet. In der Praxis entspricht d dem Abstand zwischen der bestrahlten Oberfläche und der Strahleraußenkante.
• Weiterhin berechnet sich die Bestrahlungsenergiedichte E im Abstand d somit zu: $$\text{E}\left(\text{d}\right)\left[\text{J}/{\text{m}}^2\right]=\text{I}\left(\text{d}\right)\left[\text{W}/{\text{m}}^2\right]\times \text{t}\left[\text{s}\right]$$

  

  wobei t [s] die Zeitdauer der Bestrahlung angibt. Die Bestrahlungsenergiedichte wird synonym auch als Bestrahlungsdosis bezeichnet.
• Sofern die Arbeitsatmosphäre keine (V)UV-Strahlung absorbierenden Anteile enthält, kann die dargestellte Berechnung als gute Näherung verwendet werden. Dies gilt ebenso bei Inertgas-Atmosphären mit keiner bzw. vernachlässigbarer Absorption, z.B. unter Stickstoffatmosphäre.
• Enthält die Arbeitsatmosphäre dagegen (V)UV-Strahlung absorbierende Anteile, so sind diese wellenlängenabhängig in der Berechnung über das Lambert-Beersche Gesetz zu berücksichtigen. Nach Lambert-Beer bestimmt sich die Strahlungsleistung W_abs(d, λ) beim Durchlaufen eines Gasvolumens der Dicke d zu: $$\begin{array}{l}{\text{W}}_{\text{abs}}\left(\text{d},\mathrm{\lambda }\right)\left[\text{W}\right]={\text{W}}_0\left[\text{W}\right]\times \text{exp}(-\text{d}\left[\text{m}\right]/\left({\text{k}}_{\text{B}}\left[\text{J}/\text{K}\right]\times \text{T}\left[\text{K}\right]\right)\times \mathrm{\sigma }\left(\mathrm{\lambda }\right)\left[{\text{m}}^2\right]\times \text{n}\left[\text{mol}\right]/\text{V}\left[1/{\text{m}}^3\right]\\ \times \text{R}\left[\text{J}/\text{mol}/\text{K}\right]\times \text{t}\left[\text{K}\right])\end{array}$$

  

  mit
• Wo als Strahlerausgangsleistung,
• k_B als Boltzmann-Konstante (1,3806488 × 10^-23 J/K),
• T [K] als Temperatur (RT= 298 K (=25°C)),
• σ (λ) [m²] als wellenlängenabhängiger Absorptionsquerschnitt des betrachteten Gases,
• n[mol]/ V[m³] als Stoffmenge bzw. Molekülanzahl des Gases pro Volumeneinheit,
• R[J/mol/K] als universelle Gaskonstante (R = 8,314 J/mol/K).
• Mit P als von außen technisch einfach messbarer Druck vereinfacht sich mit $$\text{P}\left[\text{N}/{\text{m}}^2\right]=\text{n}\left[\text{mol}\right]/\text{V}\left[1/{\text{m}}^3\right]\times \text{R}\left[\text{J}/\text{mol}/\text{K}\right]\times \text{T}\left[\text{K}\right]$$

  

  die Gleichung (7) zu $${\text{W}}_{\text{abs}}\left(\text{d},\mathrm{\lambda }\right)\left[\text{W}\right]=\text{W0}\left[\text{W}\right]\times \text{exp}(-\text{d}\left[\text{m}\right]/\left(\text{kB}\left[\text{J}/\text{K}\right]\times \text{T}\left[\text{K}\right]\right)\times \mathrm{\sigma }\left(\mathrm{\lambda }\right)\left[{\text{m}}^2\right]\times \text{P}\left[\text{N}/{\text{m}}^2\right]).$$

  
• Bei der Anwesenheit von mehreren Gasspezies einer Anzahl m in der Arbeitsatmosphäre sind entsprechend alle Gase mit ihrem wellenlängenabhängigen Absorptionsquerschnitt und ihrem Partialdruck zu berücksichtigen: $$\begin{array}{l}{\text{W}}_{\text{abs}}\left(\text{d},\mathrm{\lambda }\right)\left[\text{W}\right]={\text{W}}_0\left[\text{W}\right]\times \text{exp}(-\text{d}\left[\text{m}\right]/\left({\text{k}}_{\text{B}}\left[\text{J}/\text{K}\right]\times \text{T}\left[\text{K}\right]\right)\times {(\mathrm{\sigma }}_1\left(\mathrm{\lambda }\right)\left[{\text{m}}^2\right]\times {\text{P}}_1\left[\text{N}/{\text{m}}^2\right]+\\ {\mathrm{\sigma }}_2\left(\mathrm{\lambda }\right)\left[{\text{m}}^2\right]\times {\text{P}}_2\left[\text{N}/{\text{m}}^2\right]+\dots +{\mathrm{\sigma }}_{\text{m}}\left(\mathrm{\lambda }\right)\left[{\text{m}}^2\right]\times {\text{P}}_{\text{m}}\left[\text{N}/{\text{m}}^{\text{2}}\right])).\end{array}$$

  
• Um sowohl die Reduzierung der Strahlungsintensität durch die radiale Abnahme des Strahlungsfeldes als auch durch Absorption zu berücksichtigen ist in Gleichung (4) die Ausgangsstrahlerleistung W0 durch die abstands- und wellenlängenabhängige Strahlungsleistung Wabs(d, λ) nach Gleichung (10) zu ersetzen. Man erhält einen abstands- und wellenlängenabhängigen Ausdruck für die Strahlungsintensität: $$\text{I}\left(\text{d},\mathrm{\lambda }\right)\left[\text{W}/{\text{m}}^2\right]={\text{W}}_{\text{abs}}\left(\text{d},\mathrm{\lambda }\right)\left[\text{W}\right]\text{/M}\left(\text{d}\right)\left[{\text{m}}^2\right].$$

  
• Weiterhin berechnet sich die Bestrahlungsenergiedichte E(d, λ) im Abstand d zu: $$\text{E}\left(\text{d},\mathrm{\lambda }\right)\left[\text{J}/{\text{m}}^2\right]=\text{I}\left(\text{d},\mathrm{\lambda }\right)\left[\text{W}/{\text{m}}^2\right]\times \text{t}\left[\text{s}\right].$$

  
• In der Realität handelt es sich bei den Strahlungsquellen jedoch um Volumenstrahler, so dass die Berechnung vor allem bei kleinen Abständen fehlerbehaftet ist. Die direkte Messung ist in der Praxis jedoch bei kleinen Abständen ebenso fehlerhaft, da verfügbare Sensoren über eine endliche, in der Regel ebene Sensorfläche verfügen und einen limitierenden Öffnungskegel aufweisen. Berechnungen mittels Ray-Tracing-Software können Volumenstrahler simulieren und es können genauere Bestrahlungsdosen angegeben werden. Entsprechende Software ist jedoch nicht jedermann und ständig verfügbar, so dass im Rahmen dieser Anmeldung ausschließlich die fehlerbehaftete, aber eindeutigen Angaben zur Bestrahlungsdosis gemäß dem vereinfachten Ansatz verwendet werden.
• Der Fachmann hat diesen Umstand in der rechnerischen oder experimentellen Bestimmung seiner Bestrahlungsstärken und -dosen jeweils bezogen auf sein Rechnungsmodell oder Sensor zu berücksichtigen.
• Mit einem winkellimitierten Sensor (Jenoptik AG) wurde bei verschiedenen Gasatmosphären die Abstandsabhängigkeit für einen Excimerstrahler (172 nm) bzw. für einen Hg-Niederdruckstrahler (185 nm) aufgenommen. Für den Hg-Niederdruckstrahler hat der Fachmann darauf zu achten, dass ausschließlich das UV-Signal unterhalb von 250 nm registriert wird. Ein Abgleich der theoretischen Messwerte bei Berechnung der Bestrahlungsenergiedichte gemäß Gleichung (11) findet unter Anpassung der Absorptionsquerschnitte derart statt, dass der qualitative Verlauf der Messwerte für Abstände größer 20 mm bestmöglich widergegeben wurde. Hieraus ergeben sich folgende Absorptionsquerschnitte für Luftsauerstoff: $$\mathrm{\sigma }\left(172\text{ nm}\right)=\mathrm{1,3}\times {10}^{-23}{\text{m}}^2=\mathrm{1,3}\times {10}^{-19}{\text{cm}}^2,$$

  

  $$\mathrm{\sigma }\left(185\text{ nm}\right)=\mathrm{2,18}\times {10}^{-24}{\text{m}}^2=\mathrm{2,18}\times {10}^{-20}{\text{cm}}^2.$$

  
• Vereinfacht wird bei der Berechnung davon ausgegangen, dass die Absorptionsquerschnitte für Luftsauerstoff und Ozon, welches bei der UV- bzw. VUV-Bestrahlung in Anwesenheit von Sauerstoff gebildet wird, identisch sind. In der Arbeitsatmosphäre befindlicher Wasserstoff oder Edelgase werden für die Zwecke der Berechnung vernachlässigt.
• Für die Bestrahlungsdosis von Plasmastrahlung wird der Fachmann über die Lichtstrahlung von 150 - 249 nm integrieren.
• Der Schritt (V2) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bestrahlen von wenigstens einem Teil der Kontaktflächen der Silikongummi-Körper aus Schritt (V1), welche in verschiedene Raumrichtungen weisen. Die Kontaktflächen können gleichzeitig oder nacheinander (sukzessive) bestrahlt werden. Der Schritt (V2) kann erfindungsgemäß als ein durchgehender Bestrahlungsvorgang ausgeführt werden oder er kann als eine Abfolge von mehreren, nacheinander ausgeführten, Bestrahlungsvorgängen ausgeführt werden, solange nur die Gesamt-Strahlungsdosis je Kontaktfläche in dem oben in Schritt (V2) definierten Bereich der Strahlungsdosis bleibt. Sofern der Schritt (V2) als eine Abfolge von mehreren, nacheinander ausgeführten, Bestrahlungsvorgängen ausgeführt wird, ist daher entsprechend die Dosis aller einzelnen Bestrahlungsvorgänge zu addieren, wobei die Summe der addierten Einzel-Dosen in dem oben in Schritt (V2) definierten Bereich der Strahlungsdosis bleiben muss. In beiden Fällen - Ausführung des Schrittes (V2) als ein durchgehender Bestrahlungsvorgang oder als eine Abfolge von mehreren, nacheinander ausgeführten, Bestrahlungsvorgängen - können Strahlungsquelle oder Strahlungsquellen und Silikongummi-Körper gegeneinander (relativ zueinander), auch während des Bestrahlungsvorganges, bewegt werden (dazu siehe auch unten).
• In Abhängigkeit von der genauen Art der Durchführung des Schrittes des Bestrahlens (V2) können erfindungsgemäß die Kontaktflächen der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Silikongummi-Körper alle die gleiche Strahlungsdosis erhalten oder besagte Kontaktflächen können verschiedene oder teilweise verschiedene Strahlungsdosen erhalten, solange nur die Gesamt-Strahlungsdosis je Kontaktfläche in dem oben in Schritt (V2) definierten Bereich der Strahlungsdosis bleibt. Gleiches gilt sinngemäß für die Strahlungsdosis, welche eine einzige Kontaktfläche erhält.
• Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, in welchem gezielt die zum Stoffschluss mit einer oder mehreren Kontaktflächen anderer Silikongummi-Körper vorgesehenen ein oder mehreren Kontaktflächen von Silikongummi-Körpern aus Schritt (V1) bestrahlt werden. In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werde alle Kontaktflächen (d.h. vollflächig oder allflächig) der in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper in Schritt (V2) bestrahlt.
• In Schritt (V3) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei bestrahlte Kontaktflächen aus Schritt (V2), wovon mindestens zwei zum selben Silikongummi-Körper gehören und in verschiedene Raumrichtungen weisen, mit mindestens je einer, bestrahlten oder unbestrahlten, Kontaktfläche mindestens eines anderen Silikongummi-Körpers aus Schritt (V1) oder (V2) kontaktiert.
• Es hat sich gezeigt, dass der durch Kontaktieren in Schritt (V3) verursachte Stoffschluss stabiler ist, sofern beide am Kontakt beteiligten Kontaktflächen in Schritt (V2) bestrahlt wurden. In Fällen, in denen es daher auf eine erhöhte Stabilität bzw. Bindungskraft zwischen den Silikongummi-Körpern einer dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur ankommt, ist ein erfindungsgemäßes Verfahren bevorzugt, in welchem beide bzw. alle am Kontakt in Schritt (V3) beteiligten Kontaktflächen bestrahlte Kontaktflächen sind.
• Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren,
  wobei
• - das Bestrahlen in Schritt (V2) mit UV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 225 nm, vorzugsweise mit VUV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 200 nm, und/oder einer Strahlungsdosis im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤ 1 J/cm², vorzugsweise im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤ 140 mJ/cm², durchgeführt wird, und/oder
• - das Bestrahlen in Schritt (V2) in Anwesenheit einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird, welche einen Sauerstoffgehalt im Bereich von 1 bis 25 Vol.-%, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25 Vol.-%, aufweist.
• Überaschenderweise wurde gefunden, dass sich stabile, dauerhafte, dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Strukturen bereits mit den oben angegebenen, verhältnismäßig geringen Strahlungsdosen erzielen lassen.
• Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in Luft als Arbeitsatmosphäre (mit dem oben angegebenen Sauerstoffgehalt) durchgeführt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei Atmosphärendruck oder bei (gegenüber Normaldruck) reduziertem Druck (Niederdruck) durchgeführt.
• Es wird bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei definierter relativer Luftfeuchtigkeit, bevorzugt bei einer relativen Luftfeuchtigkeit im Bereich von 20 bis 80 %, weiter bevorzugt im Bereich von 40 bis 60 %, durchgeführt wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 25°C, weiter bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 18 bis 22°C.
• Für die Probentemperatur (wobei die Proben die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Silikongummi-Körper umfassen) ist es bevorzugt, dass diese ≤ 70°C, weiter bevorzugt ≤ 50°C und besonders bevorzugt ≤ 40°C ist.
• Die oben und unten aufgeführten bevorzugten Verfahrensparameter können je nach Verfahrenserfordernissen gewählt werden, wobei Kombinationen der bevorzugten Verfahrensparameter miteinander möglich sind. Dadurch ist es möglich, das Verfahren auf gewünschte bzw. besonders bevorzugte Herstellungserfordernisse ideal anzupassen.
• Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren),
  wobei
• - der Schritt des Bestrahlens (V2) für eine Zeitdauer im Bereich von 0,1 s bis 30 min vorzugsweise im Bereich von 0,5 s bis 10 min, besonders bevorzugt im Bereich von 1 s bis 180 s und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 s bis 60 s durchgeführt wird, und/oder
• - der Schritt des Kontaktierens (V3) innerhalb eines Zeitraums im Bereich von 0,5 ms bis 24 h, vorzugsweise im Bereich von 0,5 ms bis 1 h, besonders bevorzugt im Bereich von 1 s bis 30 min und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 s bis 60 s, nach dem Schritt des Bestrahlens (V2) durchgeführt wird, wobei im Falle von mehreren im Verfahren ausgeführten Schritten (V2) der vorgenannte Zeitraum nach dem letzten dieser Schritte (V2) gerechnet wird.
• Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren),
  wobei
• - das Bestrahlen in Schritt (V2) bei einem Abstand des oder der Oberflächen der zum Bestrahlen eingesetzten (ein oder mehreren) Strahlungsquellen von den zu bestrahlenden Oberflächen der Silikongummi-Körper im Bereich von 0,5 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 20 mm, durchgeführt wird; und/oder
• - während des Bestrahlens in Schritt (V2) die Strahlungsquelle oder Strahlungsquellen im Verhältnis zu den Silikongummi-Körpern und/oder die Silikongummi-Körper im Verhältnis zu der oder den Strahlungsquellen bewegt werden.
• Als Strahlungsquellen werden dabei bevorzugt die oben angegebenen Strahlungsquellen (Excimerlampe bzw. Quecksilberniederdruckstrahler) eingesetzt.
• Während des Bestrahlens können im Schritt (V2) die (ein oder mehreren) eingesetzten Strahlungsquellen relativ zu den zu bestrahlenden Silikongummi-Körpern bewegt werden, oder es können die zu bestrahlenden Silikongummi-Körper relativ zu den (ein oder mehreren) eingesetzten Strahlungsquellen bewegt werden oder es können auch die eingesetzten Silikongummi-Körper und die (ein oder mehreren) eingesetzten Strahlungsquellen relativ zueinander bewegt werden. Vorzugsweise wird die Verfahrensvariante, worin während des Bestrahlens in Schritt (V2) die Strahlungsquelle oder Strahlungsquellen im Verhältnis zu den Silikongummi-Körpern und/oder die Silikongummi-Körper im Verhältnis zu der oder den Strahlungsquellen bewegt werden dort eingesetzt, wo eine möglichst homogene Bestrahlung der Kontaktflächen der Silikongummi-Körper erreicht werden soll bzw. wo mindestens ein Teil der in Schritt (V1) eingesetzten Silikongummi-Körper im Schritt (V2) vollflächig bzw. allflächig bestrahlt werden soll.
• Es ist auch ein erfindungsgemäßes Verfahren bevorzugt (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren),
  wobei
• - in Schritt (V1) eine Mehrzahl von Silikongummi-Körpern bereitgestellt wird, und/oder
• - das Bestrahlen in Schritt (V2) und/oder das Kontaktieren in Schritt (V3) so oft bzw. so lange fortgesetzt wird, bis mindestens 30 %, vorzugsweise 50 % und besonders bevorzugt 90 %, der in dem Verfahren eingesetzten Silikongummi-Körper durch Stoffschluss zwischen Kontaktflächen jeweils mit mindestens einem weiteren Silikongummi-Körper als Teil der resultierenden dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur verbunden sind.
• Bevorzugt ist ebenfalls auch ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren),
  wobei
• - die in Schritt (V1) eingesetzten Silikongummi-Körper jeweils einen maximalen Abstand zwischen zwei Punkten auf ihrer Oberfläche aufweisen, welcher im Bereich von 0,01 mm bis 10 cm, vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm, liegt; und/oder
• - die in Schritt (V1) eingesetzten Silikongummi-Körper jeweils ein Volumen im Bereich von 0,001 × 10^-3 mm³ bis 10³ cm³, vorzugsweise im Bereich von 10^-3 mm³ bis 125 mm³, aufweisen; und/oder
• - mindestens ein Teil der in Schritt (V1) eingesetzten Silikongummi-Körper im Schritt (V2) vollflächig bzw. allflächig bestrahlt wird.
• Es hat sich gezeigt, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut dafür eignet, Silikongummi-Körper der oben bezeichneten Abmessungen miteinander zu verbinden, da sich der apparative Aufwand zur Durchführung des Verfahrens in diesen Fällen gering halten lässt und eine Bestrahlung der Kontaktflächen rasch und effektiv erfolgen kann. Weiter hat sich gezeigt, dass sich mit Silikongummi-Körpern der oben bezeichneten bevorzugt einzusetzenden Abmessungen, von denen mindestens ein Teil vollflächig bzw. allflächig (d.h. auf allen Oberflächen) bestrahlt wurden, sehr leicht dreidimensionale, auch vernetzte, Strukturen herstellen lassen, welche sich hervorragend für verschiedene Einsatzzwecke (dazu siehe unten) eignen. Durch eine Steuerung der Abmessungen der im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Silikongummi-Körper und z.B. Mischen von Silikongummi-Körpern verschiedener Abmessungen und/oder verschiedener geometrischer Formen miteinander (dazu siehe oben), lassen sich z.B. gezielt dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Strukturen unterschiedlicher Dichte bzw. Porosität herstellen, die auf einen gewünschten Einsatzzweck abgestimmt werden können. Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte poröse, dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Strukturen umfassen Sauerstoff (O₂), Stickstoff (N₂) und/oder Luft als von der Silikongummi-Struktur umschlossenes Gas oder Gasgemisch. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur hergestellt, welche von der Umgebung abgetrennte (geschlossene), gasgefüllte Poren umfasst. Dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Strukturen mit besonders hohen Dichten (etwa im Sinne von dichtesten Packungen oder dichtesten Kugelpackungen) können erhalten werden, wenn regelmäßig geometrisch geformte Silikongummi-Körper mit jeweils gleichartigen Abmessungen im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
• Bevorzugt ist weiterhin auch ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren),
  wobei die in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper
• - mindestens teilvernetztes und vorzugsweise vollvernetztes Silikongummi umfassen, welches vorzugsweise eine Oberflächenenergie von ≥ 15 mJ/m², besonders bevorzugt von ≥ 18 mJ/m², aufweist; und/oder
• - Recycling-Silikongummi und/oder Silikongummi-Überreste, vorzugsweise Verschnitt, aus der Silikongummi-Herstellung, umfassen; und/oder
• - Silikongummi umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optischem Silikon, Polydimethylsiloxan, Polyphenylmethylsiloxan, Fluorsilikon und Polydimethylsiloxan, bei dem ein Teil der Methylgruppen durch Wasserstoff, Fluoralkyl-, Vinyl-, Phenyl-, Acetoxy-, Ester-. Alkoxy-, Amino-, Amido-, und/oder Oximogruppen substituiert ist.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „optisches Silikon“ - entsprechend der üblichen Bedeutung auf dem technischen Gebiet - ein transparentes Silikon, welches für optische Anwendungen wie LED-Leuchten oder optische Linsen besonders geeignet ist und vorzugsweise LSR-Silikon umfasst, wobei besonders bevorzugt das LSR-Silikon umfasst: lineare Siloxane im Bereich von 60 bis 80 Gew.-%, Füllstoffe im Bereich von 20 bis 40 Gew.-% und Additive im Bereich von 0,5 bis 2 Gew.-%, wobei die Gew.-% jeweils bezogen sind auf die Gesamtmasse des betrachteten LSR-Silikons.
• In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden demgemäß Silikongummi-Körper eingesetzt, welche bereits vollvernetzt sind und aus vorangegangenen Herstellungsverfahren für Silikongummi stammen. Diese bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft somit ein Recycling-Verfahren zur Verwertung oder Wiederverwertung von Silikongummi. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ideal geeignet für die Verarbeitung von Recycling-Silikongummi oder Silikongummi-Überresten aus der Produktion, da es eine rasche, haltbare und dauerhafte Verbindung von insbesondere bereits vollvernetzten Silikongummi-Körpern ohne den Einsatz von Haftvermittlern erlaubt sowie eine weitgehend unbeschränkte Formgebung von mit den Silikongummi-Körpern herzustellenden dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Strukturen.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren kann nur eine der vorgenannten Sorten von Silikongummi (z.B. nur Recycling-Silikongummi) aus nur einer Quelle eingesetzt werden oder es können verschiedene Sorten von Silikongummi (z.B. Recycling-Silikongummi und Silikongummi-Verschnitt) aus verschiedenen Quellen eingesetzt und auch miteinander vermischt bzw. kombiniert werden.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächenenergie von Silikongummi der in Schritt (V1) einzusetzenden Silikongummi-Körper bestimmt durch Messung des Wasser-Kontaktwinkels, vorzugsweise mit Hilfe eines Kontaktwinkelmessgeräts Krüss G2, Messung bei fortschreitendem (dynamischem) Kontaktwinkel unter Verwendung von Wasser, Dijodmethan und Ethylenglycol als Prüfflüssigkeiten und Auswertung nach der Methode von Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (ohne Fehlergewichtung).
• Es ist auch bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren),
  wobei die in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper:
• - vorbehandelt sind, wobei das Vorbehandeln ein Reinigen und/oder Tempern umfasst; und/oder
• - verschiedene Farben bzw. verschiedene Lichtdurchlässigkeiten (Transparenz gegenüber sichtbarem Licht) aufweisen.
• Das zur Vorbehandlung der in Schritt (V1) des erfindungsgemäßen Verfahrens einzusetzenden Silikongummi-Körper durchgeführte Tempern wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 210 °C, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 110 °C, für eine Dauer im Bereich von 5 bis 120 min, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60 min, durchgeführt.
• Bevorzugt ist in vielen Fällen ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem zur Oberflächenreinigung des Substrates und/oder des Silikongummis vor dem Bestrahlen in Schritt (V2) bzw. vor dem Kontaktieren in Schritt (V3) ein geeigneter Reinigungsschritt vorgenommen wird. Hierdurch werden vorzugsweise Kontaminationen entfernt, welche bei Ausbildung der Verbindung zwischen Kontaktflächen von Silikongummi-Körpern miteinander ansonsten stören könnten, etwa durch Herabsetzung der Haftkräfte.
• Durch den Einsatz verschiedenfarbiger Silikongummi-Körper lassen sich durch gezielte Einarbeitung von Farbgebung bzw. Mustern ästhetische Effekte in der resultierenden dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur erzielen oder es können voneinander abgegrenzte Bereiche einer resultierenden dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur mit unterschiedlichen Graden von Transparenz gegenüber sichtbarem Licht erzeugt werden, so dass verschiedene optische Eigenschaften resultieren. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die eingesetzten Silikongummi-Körper wenigstens teilweise transparent und/oder ist wenigstens ein Teil der eingesetzten Silikongummi-Körper vollständig transparent (d.h. durchlässig für sichtbares Licht).
• Es ist auch bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren),
  wobei
• - zwei oder mehr der in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper als Positiv- und Negativform, vorzugsweise als formschlüssige Positiv- und Negativform, zueinander ausgeführt sind und das Kontaktieren in Schritt (V3) so ausgeführt wird, dass die Positiv- und Negativformen der Silikongummikörper jeweils zusammengefügt, vorzugsweise sich ergänzend formschlüssig zusammengefügt, werden; und/oder
• - zwei oder mehr der in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper als sich ergänzende Bauteile ausgeführt sind und das Kontaktieren in Schritt (V3) so ausgeführt wird, dass die sich ergänzenden Bauteile der Silikongummikörper jeweils zusammengefügt, vorzugsweise sich ergänzend formschlüssig zusammengefügt, werden.
• Sofern zwei oder mehr der in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper als Positiv- und Negativform zueinander ausgeführt sind, können die jeweiligen Teilformen als vollständige oder als teilweise Positiv- bzw. Negativformen ausgeführt sein.
• Ein Beispiel für diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist etwa das Verbinden von Silikongummi-Körpern miteinander über als dreidimensionale Strukturen ausgeführte Kontaktflächen ähnlich dem Prinzip von Bausteinen (z.B. in Quaderform) bzw. Klemmbausteinen.
• Ein weiteres Beispiel für diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Entfernung einer geometrischen Form (etwa eines Quaders oder Zylinders) aus einem dreidimensionalen Silikongummi-Bauteil, etwa eines beschädigten Teiles des Silikongummi-Bauteiles, und Auffüllen des dadurch entstandenen Fehlvolumens durch ein entsprechendes Ersatzteil („Reparaturgeometrie“), wobei vor Auffüllen des Fehlvolumens die Kontaktflächen von Ersatzteil und/oder Silikongummi-Bauteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestrahlt werden.
• Sofern zwei oder mehr der in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper als sich ergänzende Bauteile ausgeführt sind, können die jeweiligen Teilformen als sich vollständig oder als sich teilweise ergänzende Bauteile ausgeführt sein.
• Es ist weiterhin bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren),
  wobei
• - vor, während und/oder nach dem Schritt des Kontaktierens (V3) der oder die Silikongummi-Körper und/oder die gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur nach einer vorgegebenen Form geformt wird; wobei vorzugsweise das Volumen der vorgegebenen Form zu einem Anteil („Füllfaktor“) im Bereich von 10 bis 90 Vol.-%, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 Vol.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 50 Vol.-% mit Silikongummi-Körpern gefüllt wird und das verbleibende Restvolumen der vorgegebenen Form von einem Gas, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Stickstoff, Luft und deren Gemischen, eingenommen wird; und/oder
• - vor oder während dem Schritt des Kontaktierens (V3) durch mechanische Einwirkung, vorzugsweise durch Schütteln und/oder Veränderung des Druckes, die Porosität und/oder die Dichte der dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur eingestellt wird.
• Auf die vorstehend angegebene Weise ist es möglich durch den Einsatz verschiedener Formwerkzeuge als vorgegebene Form dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Strukturen mit weitgehend unbeschränkter Formenvielfalt herzustellen.
• Weiter ist es auf die vorstehend angegebene Weise und vorzugsweise in Abhängigkeit von den Abmessungen der im Verfahren eingesetzten Silikongummi-Körper (dazu siehe oben) möglich, dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Strukturen mit variablen Dichten bzw. Porositäten herzustellen.
• Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei nach dem Schritt des Kontaktierens (V3) folgender zusätzlicher Schritt durchgeführt wird:
• (V4) Tempern der gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur durch eine oder mehrere Maßnahmen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
  • - Lagern bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 30 °C, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 25 °C, für eine Dauer im Bereich von 1 h bis 7 d, vorzugsweise im Bereich von 1 h bis 24 h;
  • - Lagern bei einer Temperatur im Bereich von 50 °C bis 210 °C, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 110 °C, für eine Dauer im Bereich von 5 bis 120 min, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60 min;
  • - Aussetzen eines Drucks im Bereich von 0,1 bis 50 MPa, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 10 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 5 MPa.
• Es hat sich gezeigt, dass sich unter den oben angegebenen Bedingungen des Temperns in Schritt (V4) des erfindungsgemäßen Verfahrens in den meisten Fällen die bestmögliche, d.h. vorzugsweise die stärkste mögliche, Festigkeit der Verbindung, vorzugsweise des Stoffschlusses, zwischen den Kontaktflächen der Silikongummi-Körper ausbildet. In der Regel kommt es nach den oben angegebenen bevorzugten Zeitdauern des Temperns bei den ebenfalls oben angegebenen bevorzugten Temperaturen und vorzugsweise bei zusätzlicher oder alternativer Anwendung des oben angegebenen bevorzugten Druckes, zu keiner weiteren Verstärkung der zwischen den Silikongummi-Körpern der dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur (bzw. zwischen deren stoffschlüssig verbundenen Kontaktflächen) wirkenden Bindungskräfte mehr.
• Wie aus den oben angegebenen bevorzugten Bedingungen ersichtlich ist, kann durch eine Erhöhung von Temperatur und/oder Druck in Schritt (V4) des erfindungsgemäßen Verfahrens die vollständige Ausbildung einer Verbindung zweier durch Stoffschluss zwischen Kontaktflächen miteinander verbundener Silikongummi-Körper erheblich beschleunigt werden.
• Es ist ebenfalls bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei mindestens eine bestrahlte Kontaktfläche der gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur mit der Oberfläche mindestens eines Substrates kontaktiert wird, wobei das Substrat an seiner Oberfläche über reaktive Gruppen verfügt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxy-, Alkoxy-, Acetoxy-, Ether-, Keto-, Aldehyd-, Ester-, Carboxy- und/oder Halogenidgruppe.
• Die reaktiven Gruppen an der Oberfläche des mindestens einen Substrates liegen entweder bereits (als Stoffeigenschaft) des Substrates vor, oder werden durch eine entsprechende Vorbehandlung des Substrates erzeugt, bevor ein solches vorbehandeltes Substrat dann im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird.
• Sofern als Substrat ein Glas eingesetzt wird, stellt dieses (als Stoffeigenschaft) in der Regel an seiner Oberfläche für Kondensationsreaktionen meist bereits geeignete Silanolgruppen zur Verfügung.
• Alternativ können geeignete reaktive Gruppen an der Oberfläche eines Substrates auch durch eine entsprechende Vorbehandlung, beispielsweise eine Silikatisierung und/oder Silanisierung, erzeugt werden. Als Substrate sind hierbei beispielsweise Metalle, Keramiken, Steine und Hölzer geeignet, sowie einige Kunststoffe - letztere ggf. nach (physikalischer) Vorbehandlung zwecks Verbesserung ihrer adhäsiven Eigenschaften.
• Als Verfahren zur Silikatisierung und/oder /Silanisierung sind im Rahmen der Erfindung bevorzugt:
1. (i) Eine Flammenpyrolyse geeigneter Silane, ein kommerziell erhältliches Beispiel ist das GASilan® der Firma IKTZ.
2. (ii) Eine plasmapolymere Beschichtung ausgehend von einem siliziumorganischen Vorläufer („precursor“).
3. (iii) Eine chemische Vorbehandlung auf Basis einer Primerzusammensetzung, die hydrolisierbare Siloxane enthält, ein kommerzielles Beispiel ist der Primer OS1200 von Dow Corning.
• Durch jedes der genannten Verfahren (i) bis (iii) werden die Substrate mit einer siliziumbasierten Schicht ausgestattet. Diese stellt oberflächlich Silanol-, Acetoxy- und/oder Alkoxygruppen zur Verfügung für eine anschließende Kondensation mit z.B. Silanolgruppen des erfindungsgemäß vorbehandelten (bestrahlten) Silikongummis.
• In der vorgenannten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend ein Substrat (auch bezeichnet als „heterogenes Fügen“) wird vorzugsweise die mindestens eine bestrahlte Kontaktfläche der gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur in Schritt (V2) bestrahlt und nicht mit einer weiteren Kontaktfläche eines Silikongummi-Körpers kontaktiert, sondern stattdessen mit der Oberfläche mindestens eines oben genannten Substrates kontaktiert und/oder es wird vorzugsweise die mindestens eine bestrahlte Kontaktfläche der gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur in Schritt (V2) nicht bestrahlt, sondern diese wird erst nach Herstellung der dreidimensionalen Silikongummi-Struktur bestrahlt und mit der Oberfläche mindestens eines oben genannten Substrates kontaktiert. Die Bestrahlung der mindestens einen Kontaktfläche der gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur zur Verbindung mit der Oberfläche des mindestens einen Substrates wird dabei vorzugsweise jeweils durchgeführt wie für Schritt (V2) des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
• Bevorzugt ist weiter auch ein erfindungsgemäßes Verfahren (oder ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
• - Silikongummi,
• - Metall, vorzugsweise silikatisiertes oder silanisiertes Metall,
• - Glas, vorzugsweise Borosilikatglas, und
• - Kunststoff vorzugsweise silikatisierter oder silanisierter Kunststoff.
• Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur, herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (oder einem vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren).
• Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen und möglicher Kombinationen von bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren vorstehend angegebenen Erläuterungen entsprechend (gegebenenfalls sinngemäß), und umgekehrt.
• Bevorzugt ist eine gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur, vorzugsweise herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (oder einem vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren),
• - umfassend mindestens drei durch UV-Strahlung formschlüssig aneinandergefügte Silikongummi-Körper und/oder
• - wobei die Silikongummi-Struktur eine poröse Silikongummi-Strukur umfasst.
• Die poröse Silikongummi-Struktur der oben angegebenen gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur kommt vorzugsweise durch deren offene oder geschlossene Porosität zustande. Als „offene Porosität“ wird im vorliegenden Text-wie auf dem Fachgebiet üblich - die Summe der Hohlräume bezeichnet, die untereinander und mit der Umgebung in Verbindung stehen. Unter dieser „offenen Porosität“ wird daher im vorliegenden Text nicht die Eigenschaft der die gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur bildenden Silikongummi-Körper verstanden, sondern eine durch Hohlraumbildung bzw. Gaseinschlüsse zwischen den Silikongummi-Körpern beim Aufbau der gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur, vorzugsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, zustande kommende offene Porosität. Als „geschlossene Porosität“ wird im vorliegenden Text - wie auf dem Fachgebiet üblich - die Summe der nicht mit der Umgebung verbundenen Hohlräume in der porösen, gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur verstanden. Die poröse, gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur kann demnach auch als dreidimensionale, wabenartig aufgebaute Struktur aufgefasst werden.
• Derartige poröse, gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Strukturen können beispielsweise als offenporige Silikonschäume etwa als Füllung eines Rohrreaktors für photochemische Reaktionen eingesetzt werden.
• In einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung können die Eigenschaften derartiger poröser, gefügter, dreidimensionaler Silikongummi-Strukturen ausgenutzt werden, etwa als „Homogenisator“ für Lichtanwendungen bzw. Lichtquellen. Hierzu kann etwa das emittierte Licht einer Lichtquelle, z.B. eines LED-Strahlers, durch Reflektion, Beugung und Brechung an vorgenannten porösen, gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Strukturen räumlich verteilt werden. Auf diese Weise kann aus einer punktförmigen Lichtquelle, etwa einem LED-Strahler, ein Flächenstrahler erzeugt werden.
• Die vorliegende Erfindung betrifft somit weiterhin die Verwendung einer gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur, vorzugsweise herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (oder einem vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren),
• - als Füllstoff, vorzugsweise zur Füllung eines Rohrreaktors für photochemische Reaktionen; und/oder
• - als Homogenisator in Lichtanwendungen, vorzugsweise zur räumlichen Verteilung des emittierten Lichtes eines Punktstrahlers, und/oder
• - als optisches Bauteil und/oder Bestandteil einer Lichtquelle; und/oder
• - als Bau- oder Ersatzteil in der Medizintechnik, im Baubereich und/oder im Fahrzeugbereich.
• Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen und möglicher Kombinationen von bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendungen gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren und für die erfindungsgemäße gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur vorstehend angegebenen Erläuterungen entsprechend (gegebenenfalls sinngemäß), und umgekehrt.
• Eine spezielle Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes, welcher mindestens ein Substratmaterial teilweise oder vollständig umschließt sowie einen entsprechenden Silikongummi-Verbund.
• Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen und möglicher Kombinationen von bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Silikongummi-Verbundes gelten die für das weiter oben definierte erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer gefügten Silikongummi-Struktur, für die erfindungsgemäße gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur und für die erfindungsgemäßen Verwendungen vorstehend angegebenen Erläuterungen entsprechend (gegebenenfalls sinngemäß), und umgekehrt.
• In dieser speziellen Variante der vorliegenden Erfindung werden zwei oder mehrere, vorzugsweise vollvernetzte, Silikongummi-Teile derart miteinander verbunden, dass ein Substratmaterial teilweise oder vollständig von den vorgenannten Silikongummi-Teilen umschlossen wird. Diese Variante ermöglicht es, einen Silikongummi-Verbund mit teilweise oder vollständig eingebetteten Substratmaterialien herzustellen. Solche Gegenstände sind über klassische Gießtechniken oft nicht zugänglich.
• Diese spezielle Variante der vorliegenden Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes, mit folgenden Schritten:
• (VV1) Bereitstellen (mindestens) eines ersten Silikongummis, bevorzugt in teilvernetzter und besonders bevorzugt in vollständig vernetzter Form, mit mindestens einer Oberfläche A1,
• (VV2) Bereitstellen mindestens eines Substratmaterials zum Aufbringen auf die Oberfläche A1 des ersten Silikongummis, wobei die Abmessungen des Substratmaterials und/oder die Oberfläche A1 so gewählt (bzw. aufeinander abgestimmt) werden, dass das Substratmaterial wenigstens teilweise (vorzugsweise vollständig) von den Begrenzungen der Oberfläche A1 eingeschlossen wird,
• (VV3) Bestrahlen von mindestens einem Teil der Oberfläche A1 des ersten Silikongummis mit UV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 250 nm und einer Strahlungsdosis im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤ 10 J/cm², in Anwesenheit von Sauerstoff, so dass der bestrahlte Teil der Oberfläche A1 wenigstens teilweise (vorzugsweise vollständig) über die oder über einen Teil der Abmessungen des mindestens einen Substratmaterials hinausreicht,
• (VV4) Aufbringen des mindestens einen Substratmaterials auf die bestrahlte Oberfläche A1, so dass der bestrahlte Teil der Oberfläche A1 wenigstens teilweise (vorzugsweise vollständig) über die oder über einen Teil der Abmessungen des mindestens einen Substratmaterials hinausreicht,
• (VV5) Bereitstellen (mindestens) eines zweiten Silikongummis, bevorzugt in teilvernetzter und besonders bevorzugt in vollständig vernetzter Form, mit mindestens einer Oberfläche A2,
• (VV6) Aufbringen des zweiten Silikongummis auf dem mindestens einen Substratmaterial, so dass das mindestens eine Substratmaterial wenigstens teilweise (vorzugsweise vollständig) von der Oberfläche A2 des zweiten Silikongummis bedeckt wird und die Oberfläche A2 des zweiten Silikongummis wenigstens teilweise über die Abmessungen des Substratmaterials auf wenigstens einen Teil der bestrahlten Oberfläche A1 hinausreicht,
• (VV7) Kontaktieren wenigstens eines Teiles der über die Abmessungen des Substratmaterials hinausreichenden Oberfläche A2 (vorzugsweise Kontaktieren der vollständigen über die Abmessungen des Substratmaterials hinausreichenden Oberfläche A2) des zweiten Silikongummis mit wenigstens einem Teil der bestrahlten Oberfläche A1 (vorzugsweise mit der vollständigen über die Abmessungen des Substratmaterials hinausreichenden Oberfläche A1), wobei es zum Stoffschluss zwischen dem bestrahlten Teil der Oberfläche A1 und dem damit kontaktierten Teil der Oberfläche A2 des zweiten Silikongummis kommt, so dass ein das mindestens eine Substratmaterial mindestens teilweise (und vorzugsweise vollständig) umschließender Silikongummi-Verbund resultiert.
• Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes, wobei das Substratmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silikongummi, Keramik, Polymer, Metall, Glas, Textil, Faser, Papier, Tinte, Lack, Gas (vorzugsweise Luft) und Folie, vorzugsweise Kunststoff- bzw. Polymer-Folie.
• Bevorzugt ist weiter ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein vorstehend als bevorzugt angegebenes Verfahren zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes, weiter umfassend nach dem Schritt (VV5), den Schritt:
• (VV51) Bestrahlen von mindestens einem Teil der Oberfläche A2 des zweiten Silikongummis mit UV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 250 nm und einer Strahlungsdosis im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤ 10 J/cm², in Anwesenheit von Sauerstoff, so dass der bestrahlte Teil der Oberfläche A2 wenigstens teilweise (vorzugsweise vollständig) über die oder über einen Teil der Abmessungen des mindestens einen Substratmaterials hinausreicht.
• In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes ist das erste Silikongummi und das zweite Silikongummi verschieden. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes ist das erste Silikongummi und das zweite Silikongummi gleich. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes ist das erste Silikongummi und das zweite Silikongummi identisch.
• Bevorzugt ist weiter ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein vorstehend als bevorzugt angegebenes Verfahren zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes, wobei der erste Silikongummi und/oder der zweite Silikongummi transparent (mindestens teilweise durchlässig für sichtbares Licht) ist.
• Bevorzugt ist ebenfalls ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein vorstehend als bevorzugt angegebenes Verfahren zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes, wobei der erste Silikongummi und/oder der zweite Silikongummi eine dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur ist, welche vorzugsweise herstellbar ist nach dem oben definierten erfindungsgemäßen Verfahren.
• Auch die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines vorstehend als bevorzugt angegebenen Verfahrens zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes mit mehreren aufeinanderfolgenden Silikongummi-Bauteilen oder gleichzeitig mit mehreren Silikongummi-Bauteilen und/oder mit mehreren verschiedenen Substratmaterialien ist möglich (z.B. zur Bildung von Stapeln).
• In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes wird eine gasförmige (z.B. Luft) oder flüssige Substanz teilweise oder ganz von dem ersten Silikongummi und dem zweiten Silikongummi umschlossen.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein mindestens ein Substratmaterial, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silikongummi, Keramik, Polymer, Metall, Glas, Textil, Faser, Papier, Tinte, Lack, Gas (vorzugsweise Luft) und Folie (vorzugsweise Kunststoff- bzw. Polymer-Folie) mindestens teilweise (und vorzugsweise vollständig) umschließender Silikongummi-Verbund, vorzugsweise herstellbar nach dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes.
• Bevorzugt ist dabei ein mindestens ein Substratmaterial, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Keramik, Polymer, Metall, Glas, Textil, Faser, Papier, Tinte, Lack, Gas (vorzugsweise Luft) und Folie (vorzugsweise Kunststoff- bzw. Polymer-Folie), vollständig umschließender Silikongummi-Verbund, vorzugsweise herstellbar nach dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Silikongummi-Verbundes
• Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen und möglicher Kombinationen von bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Silikongummi-Verbundes gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Silikongummi-Verbundes, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer gefügten Silikongummi-Struktur, für die erfindungsgemäße gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur und für die erfindungsgemäßen Verwendungen vorstehend angegebenen Erläuterungen entsprechend (gegebenenfalls sinngemäß), und umgekehrt.
• Beispiele:
• Die nachfolgend angegebenen Beispiele sollen die Erfindung näher beschreiben und erklären, ohne ihren Umfang zu beschränken.
• Als Strahlungsquelle wurde in den Beispielen jeweils eine Xeradex-Excimerlampe der Firma Osram GmbH vom Typ XERADEX L40/375/DB-AZ48/90 eingesetzt. Die Wellenlänge bei der Bestrahlung betrug jeweils 172 nm.
• Beispiel 1: Herstellung einer regelmäßig geformten, dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur
• Aus ausreagiertem (vollvernetztem), transparentem Silikongummi wurden mehrere Quader als Silikongummi-Körper hergestellt. Die Quader (Abmessungen 20 × 10 × 4 mm oder 10 × 10 × 4 mm) wurden allseitig vollflächig an Luftatmosphäre mit VUV-Licht aus einer Excimerlampe mit einer Dosis von ca. 135 mJ/cm² bestrahlt, wobei die einzelnen Quaderoberflächen (Kontaktflächen) nacheinander (sukzessive) bestrahlt wurden. Der Abstand der zu bestrahlenden Quaderoberflächen von der Strahlungsquelle betrug jeweils ca. 10 mm. Die Bestrahlungsdauer je Quaderoberflächen betrug 10 s. Anschließend wurden die Quader ziegelartig gestapelt, wobei die bestrahlten Kontaktflächen der Quader miteinander in Kontakt gebracht wurden. Der Aufbau wurde für 24 h bei Raumtemperatur gelagert. Es entstand eine stabile, regelmäßig geformte, dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur mit hoher Haftung.
• Beispiel 2: Herstellung einer unregelmäßig geformten, dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur
• Aus ausreagiertem (vollvernetztem) Silikongummi werden mehrere Quader gleicher Größe (Abmessungen: 20 x 10 x 4 mm) als Silikongummi-Körper hergestellt. Die Silikongummi-Quader werden allseitig an Luftatmosphäre mit VUV-Licht aus einer Excimerlampe mit einer Dosis von 135 mJ/cm² bestrahlt, wobei die einzelnen Quaderoberflächen (Kontaktflächen) nacheinander (sukzessive) bestrahlt werden. Der Abstand der zu bestrahlenden Quaderoberlächen von der Strahlungsquelle beträgt jeweils ca. 10 mm. Die Bestrahlungsdauer je Quaderoberfläche beträgt 10 s. Anschließend werden die Oberflächen (bestrahlte Kontaktflächen) der Silikongummi-Quader beliebig miteinander in Kontakt gebracht. Der Aufbau wird für 24 h bei Raumtemperatur gelagert. Es entsteht eine stabile, unregelmäßig geformte, dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur mit hoher Haftung. Zwischen den Quadern liegen mit Luft gefüllte Hohlräume bzw. Poren vor.
• Beispiel 3: Herstellung einer porösen, dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur
• Ein Endlosstrang eines Silikongummi-Profils mit einem runden Durchmesser von 3 mm wird durch Stückelung in jeweils 3 mm hohe Silikongummi-Zylinder geschnitten. Diese Silikongummi-Zylinder werden allseitig an Luftatmosphäre mit VUV-Licht aus einer Excimerlampe bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgt derart, dass die Zylinder auf einer Ebene im Abstand von 10 mm von der Strahlungsquelle (Lampenunterkante) verteilt werden und eine Bestrahlung für 2 s durchgeführt wird (Dosis je Durchgang ca. 27 mJ/cm²). Die Ebene mit den Zylindern wird zur möglichst homogenen Verteilung der Zylinderoberflächen geschüttelt und die Bestrahlung unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Die Schritte „Schüttein“ und „Bestrahlung“ werden in Summe zehn Mal wiederholt. Anschließend werden die Zylinder in ein zylindrisches Formwerkzeug mit einem inneren Durchmesser von 2 cm und einer Höhe von 3 cm eingebracht (Füllfaktor ca. 85 Vol.-% Silikongummi) und bei einer Temperatur von 200°C für 60 min. getempert. Es entsteht eine stabile, poröse dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur, mit den Außenmaßen des Formwerkzeugs (Zylinder mit der Höhe 3 cm und dem Durchmesser 2 cm).
• Beispiel 4: Herstellung eines Silikongummi-Verbundes - Einschweißen eines Papieres
• Zwei transparente, quadratische Silikonelastomerstreifen (Abmessungen: Kantenlänge ca.15 mm, Dicke ca. 4 mm) wurden jeweils auf einer quadratischen Oberfläche (einseitig) vollflächig an Luftatmosphäre mit VUV-Licht aus einer Excimerlampe mit einer Dosis von jeweils 135 mJ/cm² bestrahlt. Der Abstand der zu bestrahlenden Silikonelastomer-Oberflächen von der Strahlungsquelle betrug jeweils ca. 10 mm. Die Bestrahlungsdauer je Oberfläche betrug 10 s. Vor dem vollflächigen Kontaktieren beider quadratischen, bestrahlten Silikonoberflächen miteinander wurde zwischen diesen ein rundes Papier (Substratmaterial) mit einem Radius von 5 mm mittig aufgebracht, so dass die über das Substrat hinausreichenden Bereiche der beiden quadratischen Oberflächen miteinander kontaktiert wurden, wobei es zum Stoffschluss zwischen ihnen kam. Der resultierende Silikongummi-Verbund wurde 24 h bei Raumtemperatur gelagert. Die beiden im Silikongummi-Verbund miteinander verbundenen Silikonelastomerstreifen ließen sich nicht mehr voneinander trennen, das Papier (Substratmaterial) war allseitig von Silikongummi umgeben. Das Papier schwebte optisch ohne Verbindung nach außen in einem Silikongummiblock.
• Beispiel 5: Herstellung eines Silikongummi-Verbundes - Integration eines 3D-Schriftzuges
• Fünf transparente, quadratische Silikonelastomerstreifen (Abmessungen: Kantenlänge jeweils ca.15 mm, Dicke ca. 4 mm) wurden jeweils beidseitig vollflächig an Luftatmosphäre mit VUV-Licht aus einer Excimerlampe mit einer Dosis von 135 mJ/cm² bestrahlt. Der Abstand der zu bestrahlenden Silikonelastomer-Oberflächen von der Strahlungsquelle betrug jeweils ca. 10 mm. Die Bestrahlungsdauer je Oberfläche betrug 10 s. Die bestrahlten Oberflächen der Silikonelastomerstreifen wurden daraufhin jeweils einseitig mit Tinte (Substratmaterial) beschrieben (Schriftzug). Sukzessive wurden die bestrahlten Oberflächen der einzelnen Silikonelastomerstreifen dann miteinander in Kontakt gebracht bzw. gestapelt in der Weise, dass sich die mit Tinte aufgebrachten Schriftzüge in einer Blickrichtung zu einem Gesamtdesign (einem dreidimensional erscheinenden Schriftzug) ergänzten und es zum Stoffschluss der miteinander kontaktierten Oberflächen der Silikonelastomerstreifen kam. Der resultierende Silikongummi-Gesamtverbund wurde für 24 h bei Raumtemperatur gelagert. Es entstand ein stabiler Silikongummi-Verbund mit hoher Haftung. Das Gesamtdesign (dreidimensional erscheinender Schriftzug) schwebte frei im entstandenen Silikonblock.
• Beispiel 6: Herstellung eines Silikongummi-Verbundes - Integration eines Schriftzuges
• Ähnlich wie in Beispiel 5 wurden zwei transparente, rechteckige Silikonelastomerstreifen (Abmessungen: ca.150 mm x 20 mm, Dicke ca. 4 mm) jeweils beidseitig vollflächig an Luftatmosphäre mit VUV-Licht aus einer Excimerlampe mit einer Dosis von 135 mJ/cm² bestrahlt. Der Abstand der zu bestrahlenden Silikonelastomer-Oberflächen von der Strahlungsquelle betrug jeweils ca. 10 mm. Die Bestrahlungsdauer je Oberfläche betrug 10 s. Auf die bestrahlte Oberfläche des einen Silikonelastomerstreifens wurde ein Text mit Tinte (Substratmaterial) geschrieben. Auf die beschriftete Oberfläche wurde der zweite Silikonelastomerstreifen (mit der bestrahlten Oberfläche die beschriftete, bestrahlte Oberfläche des ersten Silikonelastomerstreifens bedeckend) aufgelegt, d.h. in Kontakt gebracht. Es kam zum Stoffschluss der miteinander kontaktierten Oberflächen der Silikonelastomerstreifen. Der resultierende Silikongummi-Gesamtverbund wurde für 24 h bei Raumtemperatur gelagert. Es entstand ein stabiler Silikongummi-Verbund mit hoher Haftung. Das Gesamtdesign (der Text) schwebte frei im entstandenen Silikonblock.
• Beispiel 7: Herstellung eines Silikongummi-Verbundes - Erzeugung einer mit Luft gefüllten Linse
• Zwei transparente, quadratische Silikonelastomere (Abmessungen: Kantenlänge jeweils ca. 15 mm, Dicke ca. 4 mm) wurden jeweils einseitig vollflächig an Luftatmosphäre mit VUV-Licht aus einer Excimerlampe mit einer Dosis von 135 mJ/cm² bestrahlt. Der Abstand der zu bestrahlenden Silikonelastomer-Oberflächen von der Strahlungsquelle betrug jeweils ca. 10 mm. Die Bestrahlungsdauer je Oberfläche betrug 10 s. Das Kontaktieren der beiden bestrahlten Silikonelastomer-Oberflächen miteinander wurde anschließend derart ausgeführt, dass diese vollflächig miteinander überlappten, aber nur jeweils an ihren Randbereich aufeinander gedrückt und stoffschlüssig miteinander verbunden wurden, während mittig - eingeschlossen zwischen den beiden an ihren Rändern durch Stoffschluss miteinander verbundenen Silikonelastomer-Oberflächen - eine Luftblase (Substratmaterial) verblieb. Der resultierende Silikongummi-Gesamtverbund wurde für 24 h bei Raumtemperatur gelagert. Die beiden Silikongummi-Bauteile ließen sich nicht mehr voneinander trennen, die Luftblase war allseitig von Silikongummi umgeben.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 4017801 A1 [0006]
• WO 2016/030183 A1 [0007]
• WO 2015/075040 A1 [0008]
• JP 2007130836 [0009]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Norm DIN 5031-7: 1984-01 [0007]
• T. Yamamoto beschrieb bereits eine Studie zur Oberflächenmodifizierung von Polydimethylsiloxan durch VUV-Licht für Mikro- oder Nano-Strömungsanwendungen (vgl. T. Yamamoto, Surf. Interface Anal. 2011, 43, 1271-1276) [0010]
• DIN 53504:2009-10 [0021, 0022]
• DIN ISO 7619-1:2010 [0022]

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung einer gefügten Silikongummi-Struktur, mit folgenden Schritten: (V1) Bereitstellen von zwei oder mehr Silikongummi-Körpern, welche jeweils mindestens zwei Kontaktflächen aufweisen, die in verschiedene Raumrichtungen weisen, (V2) Bestrahlen von wenigstens einem Teil der Kontaktflächen der Silikongummi-Körper aus Schritt (V1), welche in verschiedene Raumrichtungen weisen, mit UV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 250 nm und einer Strahlungsdosis im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤ 10 J/cm² je Kontaktfläche, in Anwesenheit von Sauerstoff, wobei an mindestens einem der Silikongummi-Körper mindestens zwei Kontaktflächen bestrahlt werden, die in verschiedene Raumrichtungen weisen, und (V3) Kontaktieren von mindestens zwei bestrahlten Kontaktflächen aus Schritt (V2), wovon mindestens zwei zum selben Silikongummi-Körper gehören und in verschiedene Raumrichtungen weisen, mit mindestens je einer, bestrahlten oder unbestrahlten, Kontaktfläche mindestens eines anderen Silikongummi-Körpers aus Schritt (V1) oder (V2), wobei es zum Stoffschluss zwischen den Kontaktflächen der miteinander kontaktierten Silikongummi-Körper kommt, sofern mindestens eine der am Kontakt beteiligten Kontaktflächen eine bestrahlte Kontaktfläche ist, so dass eine dreidimensionale, gefügte Silikongummi-Struktur resultiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei - das Bestrahlen in Schritt (V2) mit UV-Strahlung mindestens einer Wellenlänge ≤ 225 nm, vorzugsweise ≤ 200 nm, und/oder einer Strahlungsdosis im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤ 1 J/cm², vorzugsweise im Bereich von ≥ 10 mJ/cm² bis ≤140 mJ/cm², durchgeführt wird, und/oder - das Bestrahlen in Schritt (V2) in Anwesenheit einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird, welche einen Sauerstoffgehalt im Bereich von 1 bis 25 Vol.-%, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25 Vol.-%, aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - das Bestrahlen in Schritt (V2) bei einem Abstand des oder der Oberflächen des oder der zum Bestrahlen eingesetzten Strahlungsquellen von den zu bestrahlenden Oberflächen der Silikongummi-Körper im Bereich von 0,5 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 20 mm, durchgeführt wird; und/oder - während des Bestrahlens in Schritt (V2) die Strahlungsquelle oder Strahlungsquellen im Verhältnis zu den Silikongummi-Körpern und/oder die Silikongummi-Körper im Verhältnis zu der oder den Strahlungsquellen bewegt werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - die in Schritt (V1) eingesetzten Silikongummi-Körper jeweils einen maximalen Abstand zwischen zwei Punkten auf ihrer Oberfläche aufweisen, welcher im Bereich von 0,01 mm bis 10 cm, vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm, liegt; und/oder - die in Schritt (V1) eingesetzten Silikongummi-Körper jeweils ein Volumen im Bereich von 0,001 × 10^-3 mm³ bis 10³ cm³, vorzugsweise im Bereich von 10^-3 mm³ bis 125 mm³, aufweisen; und/oder - mindestens ein Teil der in Schritt (V1) eingesetzten Silikongummi-Körper im Schritt (V2) vollflächig bzw. allflächig bestrahlt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper - mindestens teilvernetztes und vorzugsweise vollvernetztes Silikongummi umfassen, welches vorzugsweise eine Oberflächenenergie von ≥ 15 mJ/m², besonders bevorzugt von ≥ 18 mJ/m², aufweist; und/oder - Recycling-Silikongummi und/oder Silikongummi-Überreste, vorzugsweise Verschnitt, aus der Silikongummi-Herstellung, umfassen; und/oder - Silikongummi umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optischem Silikon, Polydimethylsiloxan, Polyphenylmethylsiloxan, Fluorsilikon und Polydimethylsiloxan, bei dem ein Teil der Methylgruppen durch Wasserstoff, Fluoralkyl-, Vinyl-, Phenyl-, Acetoxy-, Ester-. Alkoxy-, Amino-, Amido-, und/oder Oximogruppen substituiert ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper - vorbehandelt sind, wobei das Vorbehandeln ein Reinigen und/oder Tempern umfasst; und/oder - verschiedene Farben bzw. verschiedene Lichtdurchlässigkeiten (Transparenz gegenüber sichtbarem Licht) aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - zwei oder mehr der in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper als Positiv- und Negativform, vorzugsweise als formschlüssige Positiv- und Negativform, zueinander ausgeführt sind und das Kontaktieren in Schritt (V3) so ausgeführt wird, dass die Positiv- und Negativformen der Silikongummikörper jeweils zusammengefügt, vorzugsweise sich ergänzend formschlüssig zusammengefügt, werden; und/oder - zwei oder mehr der in Schritt (V1) bereitgestellten Silikongummi-Körper als sich ergänzende Bauteile ausgeführt sind und das Kontaktieren in Schritt (V3) so ausgeführt wird, dass die sich ergänzenden Bauteile der Silikongummikörper jeweils zusammengefügt, vorzugsweise sich ergänzend formschlüssig zusammengefügt, werden.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - vor, während und/oder nach dem Schritt des Kontaktierens (V3) der oder die Silikongummi-Körper und/oder die gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur nach einer vorgegebenen Form geformt wird; und/oder - vor oder während dem Schritt des Kontaktierens (V3) durch mechanische Einwirkung, vorzugsweise durch Schütteln und/oder Veränderung des Druckes, die Porosität und/oder die Dichte der dreidimensionalen, gefügten Silikongummi-Struktur eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach dem Schritt des Kontaktierens (V3) folgender zusätzlicher Schritt durchgeführt wird: (V4) Tempern der gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur durch eine oder mehrere Maßnahmen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: - Lagern bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 30 °C, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 25 °C, für eine Dauer im Bereich von 1 h bis 7 d, vorzugsweise im Bereich von 1 h bis 24 h; - Lagern bei einer Temperatur im Bereich von 50 °C bis 210 °C, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 110 °C, für eine Dauer im Bereich von 5 bis 120 min, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60 min; - Aussetzen eines Drucks im Bereich von 0,1 bis 50 MPa, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 10 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 5 MPa.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine bestrahlte Kontaktfläche der gefügten, dreidimensionalen Silikongummi-Struktur mit der Oberfläche mindestens eines Substrates kontaktiert wird, wobei das Substrat an seiner Oberfläche über reaktive Gruppen verfügt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxy-, Alkoxy-, Acetoxy-, Ether-, Keto-, Aldehyd-, Ester-, Carboxy- und/oder Halogenidgruppe.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus - Silikongummi, - Metall, vorzugsweise silikatisiertes oder silanisiertes Metall, - Glas, vorzugsweise Borosilikatglas, und - Kunststoff vorzugsweise silikatisierter oder silanisierter Kunststoff.
12. Gefügte, dreidimensionale Silikongummi-Struktur, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Silikongummi-Struktur, vorzugsweise nach Anspruch 12, - umfassend mindestens drei durch UV-Strahlung formschlüssig aneinandergefügte Silikongummi-Körper und/oder - wobei die Silikongummi-Struktur eine poröse Silikongummi-Strukur umfasst.
14. Verwendung einer Silikongummi-Struktur nach einem der Ansprüche 12 oder 13, - als Füllstoff, vorzugsweise zur Füllung eines Rohrreaktors für photochemische Reaktionen; und/oder - als Homogenisator in Lichtanwendungen, vorzugsweise zur räumlichen Verteilung des emittierten Lichtes eines Punktstrahlers, und/oder - als optisches Bauteil und/oder Bestandteil einer Lichtquelle; und/oder - als Bau- oder Ersatzteil in der Medizintechnik, im Baubereich und/oder im Fahrzeugbereich.