Selbstheilende melaminbasierte Beschichtungssysteme

Strategien um bei Melaminharzen thermisch induzierte Selbstheilungseffekte erzielen zu können. 

Das Ziel des Projektes bestand darin durch eine gezielte Harz-Modifikation Kratzer in Melaminharzoberfläche zu heilen.

Selbstheilung mittels Diels Alder Reaktion

Eine mögliche Grundreaktion, die für eine Heilung geeignet ist, stellt die Diels-Alder Reaktion (DA) dar, wie in der Abbildung mit einer Vernetzung von Furan und Maleimidgruppen dargestellt. Diese läuft bei niedrigen Temperaturen ab. Bei höheren Temperaturen kann diese Vernetzung wieder getrennt werden (retro Diels-Alder, rDA). Integriert man solche Gruppen in Melaminharzen werden Vernetzungsstellen im Harz gelöst und die Flexibilität der Harze wird erhöht, d.h. die Harze werden „flüssiger“. Die Harze können fließen und somit Kratzer wieder füllen. Die reaktiven Furan- und Maleimidgruppen können sich beim Abkühlen wiederfinden und erneut vernetzen – und die Oberfläche ist wieder geheilt. Dieser Vorgang kann theoretisch unendlich oft wiederholt werden. 

Selbstheilung braucht Flexibilität

Dieses Grundkonzept braucht jedoch Flexibilität, d.h. die thermisch aktivierbaren Vernetzungsgruppen müssen flexibel in das starre Melaminharzsystem eingebracht werden, damit sie „fließen“ können.

Es wurden zwei Wege verfolgt:

• Melaminharz-Partikel wurden an der Oberfläche mit Furangruppen modifiziert und anschließend mit einen flexiblen Maleimid-Crosslinker reversibel vernetzt.
• In der Melaminharzsynthese wird an Stelle von Melamin ein Melamin-Diels-Alder-Addukt eingesetzt und wie üblich zu einem Melaminharz vernetzt, dass jedoch reversibel vernetzende Eigenschaften besitzt. 

Mit der im Weg zwei beschriebenen Methode konnten Selbstheilungseffekte gezeigt und erzielt werden. Die Selbstheilung erfordert eine Temperatur von 120 °C. Hier wird das Harz „flüssig“ und fließt in den Kratzer. Durch Abkühlen auf 65 °C werden die Netzwerke wieder gebildet und die Oberfläche ist geheilt und besitzt die alten Eigenschaften. Durch auftretende Seitenreaktionen ist der Heilungseffekt derzeit auf drei Zyklen limitiert. Dennoch verfügt das vorgestellte System Potential einfach durchführbare Reparaturmechanismen für z. B. Möbeloberflächen zu realisieren. Die Projektergebnisse wurden zum Patent angemeldet (AT522154A4 Monomer auf Melaminbasis).