Synthese und Charakterisierung anorganisch-organischer Beschichtungsmaterialien auf der Basis von 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden urethanbasierte anorganisch-organische Beschichtungsmaterialien auf der Basis von 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan (ICPTES) hergestellt. Der Syntheseweg erfolgte über die Blockierung des ICPTES und die Umsetzung mit verschiedenen aliphatischen und aromatischen Alkoholen. Neben den grundlegenden Untersuchungen zur anorganisch-organischen Netzwerkbildung dieser Materialien wurden über die Ermittlung mechanischer Kenndaten und der Korrelation mit praxisrelevanten Prüfmethoden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen herausgestellt. Hohe Universalhärten und hohe E-Moduli bei gleichzeitig hohen elastischen Anteilen führten zu Beschichtungen mit den höchsten Abrieb- und Kratzfestigkeiten. Ein System bestehend aus einem 1,2,4-Triazol blockierten ICPTES-Addukt und Trimethylolpropan wurde ausgewählt und bezüglich der mechanischen Eigenschaften optimiert. Neben der Variation der Aushärteparameter wurde der Einfluß nanopartikulärer Füllstoffe auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Durch die Optimierung des Beschichtungssystemes konnten Beschichtungen mit sehr hoher Abriebbeständigkeit (1,2 mg Gewichtsverlust nach 1000 Zyklen Taber Abrader Test) im Vergleich zu rein organischen Polyurethanbeschichtungen hergestellt werden, die somit ein hohes Potential als urethanbasierte Kratzfestbeschichtungen aufweisen.

In this work inorganic-organic coatings based on 3-isocyanatopropyltriethoxysilane (ICPTES) were developed. The synthesis was realized by blocking the ICPTES and reaction with different aliphatic and aromatic alcohols. Beside the basic investigations concerning the inorganic-organic network formation mechanical properties were determined, correlated with practical test methods and a relation between the structure and the properties of the coating matrix was established. Coatings with high hardness, high E-modulus and high elastic parts showed high abrasion and scratch resistance. A system based on a 1,2,4-triazole-ICPTES adduct and trimethylolpropane was selected and optimized concerning the mechanical properties. Coatings with very high abrasion resistance (1.2 mg weight loss after 1000 cycles Taber Abrader test) compared to pure organic polyurethane coatings were developed and therefore show high potential as scratch resistant urethane based coating materials.