Charakterisierung der Verteilung von Weichmacheranteilen in Kautschukverschnitten
Das Verarbeitungsverhalten von Kautschukmischungen und die mechanischen Eigenschaften der Vulkanisate werden durch den Zusatz von Weichmachern gesteuert und beeinflußt. Speziell im Fall von binären Kautschukverschnittsystemen wird die Weichmacherwirkung durch die Einstellung einer Gleichgewichtskonzentrationsverteilung des Weichmachers bzw. einzelner Weichmacherkomponenten in den einzelnen Kautschukphasen bestimmt. Für die Charakterisierung dieser Gleichgewichtskonzentrationsverteilung ist eine leistungsfähige Methode erarbeitet worden.
Die Methode nutzt die Tatsache, daß Weichmacher zwischen in Kontakt stehenden Kautschuken diffundieren, bis eine Gleichgewichtsverteilung erreicht ist. Um den Kontakt der Kautschuke im Mischwerkzeug zu simulieren, werden die beiden Polymere in einer Sandwichanordnung unter Verwendung einer speziellen Form aufeinandergepreßt.
Ist einer der beiden Kautschuke vorher mit einem Weichmacher angereichert worden, so diffundiert der Weichmacher in den zweiten Kautschuk hinein bis die Einstellung des gleichen chemischen Potentials der niedermolekularen Verbindung in beiden Polymeren erreicht ist.
Nach Einstellung des Verteilungsgleichgewichts werden die in der Sandwichanordnung gelagerten Kautschuke voneinander getrennt und einzeln extrahiert. Eine schematische Darstellung der Sandwich-Methode zeigt die nachfolgende Abbildung.
Die gravimetrische Bestimmung der extrahierbaren Anteile je Kautschukphase ergeben die Verteilung des eingesetzten Mineralölweichmachers insgesamt. Eine weitere chromatographische Analyse der Extrakte mittels HPLC ergibt die Gleichgewichtsverteilung der einzelnen Stoffgruppen des Weichmacheröles.
Die Auftrennung und Quantifizierung der Mineralölweichmacherkomponenten mittels HPLC wird nach dem Prinzip der Flüssig-Adsorptionschromatographie mit Silicagel oder Aluminiumoxid als stationäre Phase und Pentan oder Heptan als Elutionsmittel vorgenommen.
Unter Verwendung einer Backflush-Anordnung, die eine Flußumkehr der mobilen Phase nach definierter Laufzeit der Chromatographie ermöglicht, läßt sich eine Gruppentrennung von Paraffinen/Naphtenen, Olefinen und Aromaten erreichen. Direkt nach Elution der gesättigten Kohlenwasserstoffe werden mit Hilfe eines Vierwegeventils die Aromaten in umgekehrter Richtung von der Trennsäule eluiert. Die Güte der chromatographischen Trennung wird über Fraktionierung des Eluentenstromes und FT-IR-spektroskopischer Analyse charakterisiert.
Die Quantifizierung der einzelnen Stoffgruppen des Mineralölweichmachers erfolgt gemäß der Methode des „Externen Standards“.
Die eingesetzten Analysenmethoden (Extraktion, HPLC, FT-IR) gewährleisten eine hohe Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit, wodurch diese Methode anderen, welche auf Tg-Konzentrationsbeziehungen beruhen, überlegen ist.
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Prof. Dr. Ulrich Giese
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