Definition der Grenzschicht (I) in Polymerblends - Leibniz-Institut für ...
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<strong>Def<strong>in</strong>ition</strong> <strong>der</strong> <strong>Grenzschicht</strong> (I) <strong>in</strong> <strong>Polymerblends</strong><br />
Die <strong>Grenzschicht</strong> ist e<strong>in</strong>e <strong>in</strong>homogene dritte Phase mit e<strong>in</strong>em<br />
Gradienten von Strukturparametern wie<br />
chemische Zusammensetzung<br />
Anordnung <strong>der</strong> Moleküle<br />
Struktur (Isotropie)<br />
Kristall<strong>in</strong>ität<br />
Morphologie<br />
und e<strong>in</strong>em Gradienten <strong>der</strong> Eigenschaften wie<br />
Elastizitätsmodul<br />
Festigkeit<br />
Zähigkeit<br />
Brechungs<strong>in</strong>dex U. a.
diffuston of block copolymer<br />
to new <strong>in</strong>terface<br />
TI M E<br />
NON-COMPATlBlLlZED<br />
V.".-.
Möglichkeiten zur Kompatibilisierung von <strong>Polymerblends</strong><br />
I. E<strong>in</strong>führung von nichtreaktiven Pfropf- o<strong>der</strong> Blockcopolvmeren<br />
Mischbarkeit <strong>der</strong> Copolymersegmente mit jeweils e<strong>in</strong>er <strong>der</strong><br />
Blendkomponenten A und B (A - B ; A - C ; B - D ; C - D)<br />
Lokalisierung an <strong>der</strong> Phasengrenze zwischen den unmischbaren.<br />
phasenseparierten Blendkomponenten<br />
Reduzierung <strong>der</strong> Grenzflächenspannung<br />
Verr<strong>in</strong>gerung <strong>der</strong> Teilchengröße <strong>der</strong> dispersen Phase<br />
Stabilisierung <strong>der</strong> Dispersion gegen Koaleszenz<br />
I I. Ausnutzung spezifischer Wechselwirkungen<br />
H - Brücken; Ion - Dipol -, Dipol - Dipol -, Donor - Acceptor - und n; -<br />
Elektron - Wechselwirkungen<br />
Wechselwirkungen s<strong>in</strong>d relativ schwach; hohe Konzentration <strong>für</strong><br />
effektive Kompatibilisierung erfor<strong>der</strong>lich<br />
I I I. Reaktive Kompatibilisierunq<br />
a) durch Addition niedrigmolekularer reaktiver Verb<strong>in</strong>dungen<br />
z.B. von Radikalbildnern zur Erzeugung von Copolymeren aus bzw.<br />
Vernetzungen zwischen den Blendpartnern<br />
b) durch aeeianete Funktionalisieruna von Polvmeren<br />
Isocyanat-; Anhydrid-; Oxazol<strong>in</strong>-; Carboxyl-; Epoxy-; ...<br />
<strong>in</strong> situ - Bildung von Block- bzw. Pfropfcopolymeren durch chemische<br />
Reaktion <strong>der</strong> funktionellen Gruppen (a kovalente B<strong>in</strong>dungen)<br />
C) durch Zusatz reaktiver Pfropf- o<strong>der</strong> Blockcopolvmerer<br />
mit Reaktionsmöglichkeiten zu e<strong>in</strong>er o<strong>der</strong> beiden<br />
Blend komponenten
Compatibilizer<br />
sorgen <strong>für</strong> Verträglichkeit <strong>in</strong> den <strong>Grenzschicht</strong>en<br />
.. .<br />
Phase A Phase B<br />
Phase A<br />
Phase B<br />
Wirkung von Block- o<strong>der</strong> Pfropf-Copolymer-Compatibilizer durch<br />
E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> die A- und B-Phasen des Blends<br />
l<strong>in</strong>ks: Block-Copolymer-Compatibilizer,<br />
rechts: geffopfier Compatibilizer (nach G. Menges)
Diblock - * Propfcopolymere<br />
Konkurrenz: Micellbildung<br />
Fall 1 : C> CMC<br />
niegrige Molmasse <strong>der</strong> Blockcopolymere<br />
Fall 2: C < CMC<br />
hohe Molmassen <strong>der</strong> Blockcopolymere<br />
Unterhalb CMC:<br />
===+ Grenzflächenspannung nimmt kont<strong>in</strong>uierlich mit steigen<strong>der</strong><br />
Molmasse des Blockcopolymeren ab<br />
Diffusionsprobleme können die Wirksamkeit <strong>der</strong><br />
Blockcopolyrnere mit hoher Molmasse e<strong>in</strong>schränken<br />
Wirksamkeit von Poiymeremulgatoren
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
.<br />
-<br />
ohne EC<br />
-<br />
1 % EC20<br />
3 % EC20<br />
5 % EC20<br />
15 % EC20<br />
I I I a I<br />
I I I I I I I I<br />
0 5 10 15 20 25 30<br />
Temperzeit bei 230 "C (m<strong>in</strong>)<br />
Stabilisierung <strong>der</strong> TPU-Est/PP=8OJ2O-Blendmorphologie<br />
durch Zusatz v on'~~20
Typen von K m pati bilisierungsm kthwn<br />
<strong>für</strong> Reactive Blendlng<br />
Reaktionstyp<br />
Addition / Subsütution<br />
Amidien<strong>in</strong>g<br />
lmidierung<br />
Veresterung<br />
Harnstoffbildung<br />
Urethanbildung<br />
Substitution<br />
Austauschreaktion<br />
Am<strong>in</strong>olyse<br />
Esteraustausch<br />
U mesterung<br />
Amid-Ester Austausch<br />
Epoxid<br />
Lactam<br />
reaktive Gruppe<br />
Carbonsäure<br />
MSA<br />
Carbonsäure und MSA<br />
CaWiimid<br />
lsocyanat<br />
Am<strong>in</strong><br />
Ester<br />
Ester<br />
Ester<br />
Amid<br />
Epoxid<br />
Lactam<br />
Liu, N.C.; Baker, W.€.<br />
Advan~es <strong>in</strong> Polymer Technology 1 1 (4) (4 992) S. 249 - 262<br />
coreaküve Gruppe<br />
Am<strong>in</strong><br />
Am<strong>in</strong><br />
Hydroxyl<br />
Carbonsaure<br />
Hydroxyl<br />
Hydmxyi / Halogenid<br />
Am<strong>in</strong><br />
Ester<br />
Hydroxyl / Carbonsäure<br />
Ester<br />
H Y ~ ~ M<br />
Am<strong>in</strong><br />
Carbonsäiure<br />
Carbonsäure<br />
Phenol<br />
Am<strong>in</strong>
4'-<br />
emulgierende Wirkung<br />
Reduktion <strong>der</strong> Teilchengröße<br />
und <strong>der</strong> Verteilungsbreite<br />
i<br />
stabilisierende Wirkung<br />
Unterdrückung <strong>der</strong> Koaleszenz<br />
b<br />
phasenanb<strong>in</strong>dende Wirkung<br />
hohe Adhäsion <strong>in</strong> <strong>der</strong> Phasengrenze,<br />
Kraftübertragung bei Beanspruchung
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Polymerforschung Dresden<br />
Teil<strong>in</strong>stitut Makromolekulare Chemie<br />
Abteilung Polymerlegierungen<br />
Reaktive Compoundierung<br />
Stoffliche Beispiele<br />
System: TPU / PET<br />
Chemisches Konzept: Aufbau <strong>in</strong>termolekularer kovalenter B<strong>in</strong>dungen<br />
zwischen vorhandenen freien und unter Scherbeanspruchung neu entstehenden<br />
Hydroxylendgruppen des TPU und Carboxylendgmppen des PET über<br />
Diisocy anate<br />
Herstellung: Schrnelzecompoundierung im Doppelschneckenextru<strong>der</strong> unter<br />
Zugabe des reaktiven Kopplers <strong>in</strong> die bereits fe<strong>in</strong>disperse Verteilung <strong>der</strong><br />
Komponenten<br />
Ergebnisse: Thermoplastischer Werkstoff mit erhöhter mechanischer<br />
Belastbarkeit (Zugfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit) und. erhöhter Warmeform-<br />
beständigkeit bei weitgehen<strong>der</strong> Beibehaltung <strong>der</strong> elastischen Eigenschaften des<br />
TPU
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Polymfoi.schung Dresden<br />
Teil<strong>in</strong>stitut Makromolekulare Chemie<br />
Abteilung Polymerlegierungen<br />
Reaktive Compoundierung<br />
stoffliche Beispiele<br />
System: TPU I EVA<br />
Chemisches Konzept: Aufbau <strong>in</strong>termolekularer kovalenter B<strong>in</strong>dungen<br />
zwischen TPU und EVA durch radikalisch <strong>in</strong>itiierte Kopplungsreaktionen <strong>in</strong><br />
<strong>der</strong> Phasengrenzfläche<br />
TPU + EVA --+<br />
- 2RH<br />
Herstellung: Schmelzecompoundierung im Doppelschneckenextru<strong>der</strong> unter<br />
Zusatz von Radikalbildner<br />
Ergebnisse: Thermoplastischer Werkstoff mit erhöhter mechanischer<br />
Belastbarkeit (Zugfestigkeit, Kerbschlagzähigkei t) und <strong>in</strong>sbeson<strong>der</strong>e<br />
verbesserter Hydrolysebeständigkeit gegenüber TPU
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