Home
Dokumentations-Service
Promotionsübersicht
Zurück
|
DIK-Dokumentationsservice
Promotion Thomas Früh (Abstract)
Der Einfluß von funktionalisierten Poly(butadien)-Mikrogelpartikeln auf die Eigenschaften zweiphasiger Elastomersysteme
Durch physikalisches Mischen zweier Polymere wird eine Phasenmorphologie erhalten, die schwer reprodozierbar ist. Wenn eine der beteiligen Phasen bereits vor dem Mischprozeß in ihrer Form fixiert wird, können heterophasige Elastomersysteme erhalten werden, die eine definierte Phasenmorphologie besitzen. Auf diese Weise wird der Einfluß der Kontaktoberfläche zwischen dispergierter Phase und kontinuierlicher Phase sowie des Vernetzungsgrades der dispergierten Phase auf die Eigenschaften von zweiphasigen Elastomernetzwerken zugänglich. Im Rahmen dieser Arbeit sind Poly(butadien)-Mikrogelpartikel polymeranalog funktionalisiert und als polymere Füllstoffe eingesetzt worden. Durch peroxidische Vernetzung in der Latexphase wurden Mikrogelpartikel mit unterschiedlichen Netzbogendichten erhalten. Es wurden sowohl polare als auch unpolare Mikrogelpartikel mit variablem Funktionalisierungsgrad hergestellt. Die Epoxidierung der Poly(butadien)-Mikrogelpartikel kann wegen ihrer sphärischen Gestalt zu unterschiedlichen Funktionalisierungsgraden geführt werden. Hierbei ist sowohl eine homogene wie auch eine inhomogene Epoxidierung möglich. Durch Reaktion mit einem Poly(butadien-co-maleinsäureanhydrid) können die epoxidierten Mikrogelpartikel mit einer Schale aus Pfropfästen versehen werden. Die Vernetzungsausbeute hängt von der Kontaktoberfläche ab.
Bei der Vernetzung durch Radikalreaktion von flüssigen und festen Kautschuken mit Poly(butadien)-Mikrogelpartikeln können Core/Shell-Systeme mit unterschiedlicher Pfropfastlänge und Pfropfastdichte hergestellt werden. Eine Pfropfungsreaktion ist sowohl mit festen wie auch mit flüssigen Kautschuken möglich. Vernetzungstemperatur und -zeit sowie die Dosierung mit DCP haben starke Auswirkungen auf die Netzwerkeigenschaften.
TEM-Aufnahmen belegen, daß die Mikrogelpartikel sowohl im Masterbatch als auch nach einem 'Reactive Processing' Experiment nicht homogen dispergiert vorliegen. Nach Pfropfung mit flüssigen Kautschuken werden Mikrogelklustern erhalten. Diese Klusterbildung tritt auch bei epoxidierten Mikrogelpartikeln auf und wird auf die starke Wechselwirkung der polaren Füllstoffoberflächen zurückgeführt. Gering vernetzte Mikrogelpartikel können unter uniaxialer Deformation gedehnt werden.
Ein Teil des Vernetzungssystems diffundiert aus der Matrix in die Mikrogelpartikel. Das Ausmaß der Diffusion ist sowohl vom Vernetzungszustand der Mikrogelpartikel als auch von ihrem Volumenfüllgrad in der Mischung abhängig.
Bei Quellungsmessungen verhalten sich die polymeren Füllstoffe analog den Rußpartikeln. Das Ausmaß dieser Quellbehinderung ist bei Mikrogelpartikeln größer als beim Ruß N220. Es kommt auch bei einer herkömmlichen Schwefelvernetzung zu einer Co-Vernetzung. Bei geringen und mittleren Füllgraden ist die Abnahme des Quellvermögens linear zum Füllgrad. Bei hohen Füllgraden kommt es zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Mikrogelpartikel. Durch Pfropfung infolge von „Reactive Processing“-Experimenten mit festen und flüssigen Kautschuken wird eine sehr starke Quellbehinderung erzielt. Hierbei wird ein Einfluß von der Molmasse und von der chemischen Natur der Pfropfäste beobachtet. Es können die apparenten Netzbogendichten der Netzwerke und die Netzbogendichten der Polymermatrix bestimmt werden. Demnach sind die zusätzlichen Mikrogel-Matrix-Kontakte zugänglich. Bei gleichem Volumenfüllgrad ergeben sich mit zunehmendem Durchmesser der Mikrogelpartikel mehr Kontakte pro Füllstoffpartikel. Durch Pfropfen mit flüssigen Kautschuken kann die Anzahl dieser Kontakte deutlich gesteigert werden.
Bei einer mehrfachen Belastung unter uniaxialer Dehnung zeigen die Mikrogelpartikel eine Hysterese. Diese ist abhängig vom Mikrogelvernetzungsgrad, vom Volumenfüllgrad der Mikrogelpartikel und vom Grad der Phasenanbindung der polymeren Füllstoffe. In Zug-/Dehnungsexperimenten zeigen die polymeren Füllstoffe ein rußanaloges Verhalten mit einem Festigkeitsmaximum bei einem Volumenfüllgrad von 33 %. Die Verstärkung ist geringer als bei den rußgefüllten Systemen. Bei geringen Dehnungen zeigen die Mikrogelpartikel einen hydrodynamischen Effekt. Durch eine kovalente Phasenanbindung wird eine größere Verstärkung erzielt, wobei das Ausmaß sowohl von dem effektiven Volumenfüllgrad, dem Durchmesser, dem Vernetzungszustand und der Polarität der Mikrogelpartikel als auch von der Art und der Menge der Pfropfäste beeinflußt wird.
In amplitudenabhängigen dynamischen Experimenten zeigen die Mikrogelpartikel einen Payne-Effekt, dessen Ausmaß bei kovalent phasenangebundenen Mikrogelpartikeln größer ist als bei rußgefüllten Systemen und erst bei größeren Deformationsamplituden einsetzt. Bei kovalent angebundenen Mikrogelpartikeln ist der Payne-Effekt kleiner. Bei Deformationsamplituden zwischen 0,1 bis ca. 1 % ist der Ausgangsmodul in zwei aufeinanderfolgenden Belastungszyklen gleich. Bei großen Amplituden bis 100 % ist er bei der zweiten Belastung kleiner. Die Entwicklung des tan δ* Maximum zeigt für die epoxidierten Mikrogelpartikel eine starke Adhäsion. Deshalb tritt das tan δ Maximum erst bei 10 % Deformationsamplitude auf. Temperaturabhängige dynamische Experimente zeigen, daß die Tg der Mikrogelpartikel nach der Phasenanbindung zu höheren Temperaturen verschoben wird. G' zeigt im Temperaturverhalten eine starke Abhängigkeit von der Stärke der Phasenanbindung und von der Polarität der Mikrogeloberfläche. Aus den temperaturabhängigen Messungen kann die Festigkeit der Füllstoffnetzwerke näherungsweise ermittelt werden.
* griechische Buchstaben werden leider nicht von allen Browsern korrekt dargestellt. In diesem Abstract wird die Bezeichnung 'tan delta Maximum' verwendet.
Home
Anfragen an Webmaster @ DIKautschuk.de
Ursprungsadresse der DIK-Homepage: www.DIKautschuk.de