Die α-Silan-Technologie von WACKER

Mit Entwicklung der α-Silan-Technologie gelang den Forschern bei WACKER im Jahr 2006 der Sprung in den Markt der silanterminierten Polymere. Hierbei konnten Formulierungsstrategien neu definiert werden, weil durch die Reaktivität dieser Systeme bis dato fest eingefahrene Wege aufgebrochen werden konnten. Durch das Weglassen von gesundheitsschädlichen Metallsalzen konnte die Verbraucherfreundlichkeit der Formulierungen maßgeblich verbessert und zum anderen Nebeneffekte wie ungewünschte Nebenreaktionen im Produkt vermieden werden. Und das unter Wahrung der SMP-typischen Nachhaltigkeitsvorteile. Was war der Schlüssel zu diesen Erfolgen?

Grundlagen der SMP-Technologie

Seit über 30 Jahren werden silanterminierte Polymere als Bindemittel für Dichtstoffe, Klebstoffe und Beschichtungen genutzt. Dafür gibt es eine Reihe von Gründen: Sie lassen sich beispielsweise wegen ihrer niedrigen Viskosität lösemittelfrei zu einkomponentigen, isocyanatfreien Verkaufsprodukten formulieren. Vorteilhaft ist, dass die Produke selbst bei ungünstigen Wetterverhältnissen blasenfrei aushärten. Heute basieren viele Parkettkleber, aber auch etliche Montageklebstoffe und Fassadenabdichtungen auf silanterminierten Polymeren. In solchen Anwendungen stehen die Elastizität der ausgehärteten Massen und deren universelles Haftungsspektrum im Vordergrund.

Die Herstellung von silanterminierten Polymeren erfolgt durch die Kopplung eines organischen Polymers mit einem organofunktionellen Silan. Das organofunktionelle Silane selbst besitzt zwei Gesichter: Jedes dieser Moleküle verbindet die Funktionalität einer reaktiven organischen Gruppe mit der anorganischen Funktionalität eines Silans.

Dabei lässt sich die reaktive organofunktionelle Gruppe X je nach Beschaffenheit des organischen Polymers variieren. Enthalten können Silane beispielsweise Amino-, Epoxy- und Glycidoxy-, Mercapto- und Sulfido-, Isocyanato-, Methacryloxy- und Vinylgruppen. Die Anbindung an das anorganische Substrat erfolgt auf der anderen Seite über hydrolisierbare funktionelle Gruppen OR. Um diese zu bilden, kommen hauptsächlich Methoxy- und Ethoxy-Substituenten zum Einsatz. Diese Alkoxygruppen des Silans hydrolisieren, sobald sie Kontakt mit Feuchtigkeit aus der Luft haben.

Durch die Hydrolyse entstehen reaktive Silanole. Diese kondensieren dann entweder zu polymeren Siloxanetzwerk oder sie reagieren mit dem anorganischen Substrat.

Der Unterschied zwischen α- und γ-silanterminierten Polymeren

Alle kommerziell erhältlichen silanmodifizierten Polymere (SMP) enthalten alkoxyfunktionalisierte Silylgruppen und können daher in Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzen. Unterschiede bestehen im organischen Grundgerüst, in der Anbindung der Silylgruppen an dieses Polymerrückgrat sowie im Abstand zwischen den Silylgruppen und dem Grundgerüst. Bei den silanterminierten Polyethern (GENIOSIL^® STP-E, im Folgenden als STP-E bezeichnet) sind die Silylgruppen über eine Alkyleneinheit mittels einer Urethangruppe an die Enden des Polyether-Grundgerüsts angekoppelt.

Diese kann entweder eine Methylen- oder eine Propylengruppe sein, wobei im ersten Fall von α-, und im zweiten Fall von γ-silanterminierten Polyethern gesprochen wird.

Der α-Effekt in aller Kürze

Struktur eines α-Silans

Die Länge dieser Einheit beeinflusst die Reaktivität der Alkoxysilylgruppen gegenüber Feuchtigkeit: Formulierungen von α-silanterminierten Polyethern härten ohne Zinnkatalysator zügig aus; bei ihnen genügt die Anwesenheit eines katalytisch wirkenden primären Amins.

Struktur eines γ-Silans

Bei γ-silanterminierten Polyethern ist dagegen stets ein Zinnkatalysator oder eine starke Base wie etwa 1,8-Diazabicycloundecen (DBU) erforderlich.

Beide Arten der silanterminierten Polyether haben ihre spezifischen Vorteile: Die γ-Silantechnologie ergibt Produkte, die sich durch ein besonders hohes Rückstellvermögen auszeichnen. Bei der α-Silantechnologie steht die erweiterte Formulierungsfreiheit im Vordergrund, die aus der Abwesenheit des Zinnkatalysators resultiert. So können beispielsweise esterbasierte Weichmacher eingesetzt werden, da ohne Zinnkatalysator keine Hydrolyse der Ester zu befürchten ist. Auch erhöht sich die Lagerbeständigkeit der Formulierungen. Der Verzicht auf zinnorganische Verbindungen bringt zudem Vorteile unter Umwelt- und Gesundheitsaspekten.