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Modifizierung von Kunststoffen mit Nanodomänen

Fadel, Hicham Ahmad :
Modifizierung von Kunststoffen mit Nanodomänen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Modifizierung von Kunststoffen mit Nanodomänen
Language: German
Abstract:

Diese Arbeit beschäftigt sich in zwei Teilen mit zwei Problemen der Thermoplaste im Rahmen dieser Konkurrenz der anorganischen und organischen transparenten Werkstoffe. Bei beiden Themen werden die Thermoplaste mit Phasenbildenden Additiven modifiziert werden, und zwar möglichst so, daß die Transparenz nicht verlorengeht. Deshalb werden die Phasen des Additivs nanoskopisch klein gestaltet, so daß sie kein Licht streuen. Beiden Themen sind weiterhin gemeinsam, so daß die synthetische Problemlösung mit Hilfe von Techniken der heterogenen Polymerisation in wässrigen oder alkoholischen Medien angegangen wird. In Teil I werden Versuche geschildert, mit Hilfe von Elastomeren Nanodomänen transparent-schlagzähe Thermoplaste herzustellen. Spröde Thermoplaste wie Polystyrol (PS) und seine Acrylnitrylcopolymeren (SAN) oder Polymethylmethacrylate (PMMA) werden schon seit langem erfolgreich mit Elastomeren schlagfest ausgerüstet. Dabei verlieren sie aber ihre Transparenz, weil das Elastomere in dispergierten Domänen vorliegt, die Licht streuen. Nach einer neuen Theorie, dem Modell der präkavitierten Thermoplaste, sollten aber ganz besonders kleine, nanoskopische Elastomerdomänen ebenfalls in der Lage sein, den Sprödbruch zu verhindern, und zwar nicht durch Mikrocrazing, sondern durch duktiles Scherfließen. Das Modell sagt voraus, daß auch ein spröder Thermoplast, wenn seine Matrix mit ausreichend kleinen Poren in hinreichend kurzem Abstand zueinander aufgelockert wird, unter Zug oder Schlag duktil fließt, anstatt spröd zu brechen. Wegen der Auflockerung durch Poren wird der Thermoplast präkavitiert genannt. Statt echter Nanoporen, die koaleszieren würden, müssen elastomere Nanopartikel als Pseudoporen verwendet werden. In Teil II dieser Arbeit wurden Studien zur Erhöhung des Brechungsindex in Thermoplasten mit hochbrechenden Nanopartikeln durchgeführt. Die Wahl des Füllers fiel auf nanoskopisches TiO2, das zu den höchstbrechenden Metalloxiden gehört, die noch farblos sind. Nanoskopisches Titandioxid mit Partikeldurchmessern von 4-13 nm wurde mit einer Variante des Sol-Gel-Prozesses in DMAc-Dispersionen hergestellt, wobei es erstmals gelang, besonders konzentrierte NanoTiO2-Dispersionen mit einem Gehalt von 20 Gew.-% TiO2 zu realisieren. Die NanoTiO2-Partikel wurden in vernetzte polymere Mikropartikel eingeschlossen. Die submikroskopischen Mikropolymerpartikeln mit einem NanoTiO2-Gehalt bis zu 20 Gew.-% wurden durch Emulsionspolymerisation hergestellt. Filme und Extrudate dieser Mikropolymer-NanoTiO2-Hybridkugeln waren trotz kleiner Cluster der TiO2-Partikel transparent und wiesen erhöhten Brechungsindices auf.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
This work concerns itself in two parts with two problems of thermoplastics in the context of the competition of inorganic and organic transparent materials. In both cases the thermoplastics will be modified with phase forming additives, so that if possible transparency is not lost. The phases of the additive must therefore be nanoscopically small, so that they do not scatter light. Both topics are further linked, in that the solution to the synthesis problem utilises techniques of heterogeneous polymerization in aqueous or alcoholic media. In Part I attempts are described to synthesis transparent-impact toughened thermoplastics with the aid of elastomer nano particles. For some time brittle thermoplastics such as polystyrene (PS) and its acrylonitrile copolymers (SAN) or polymethyl methacrylate (PMMA) have been modified to be impact resistant by the addition of elastomers, however they lose their transparency, because these elastomers are present in dispersed domains, which scatter light. According to a new theory, the model of precavited thermoplastics, however particularly small, nanoscopic elastomer domains should be in the position to prevent brittle failure not through Micro crazing, but by ductile shear flow. The model forecasts that a brittle thermoplastic, if its matrix is loosened with sufficiently small pores in close proximity to one another undergoes ductile flow during impact, instead of brittle fracture. Because of the loosening by pores the thermoplastic is called precavited. Instead of genuine nano-pores, which would coalesce, elastomer nano-particles must be used as pseudo pores. In part II of this work, trials were also carried out to increase the refractive index of thermoplastic materials by blending or mixing with nanoparticles which posses high refractive indices. Titandioxide nanoparticles were used because they belong to the metallic oxides that have high refractive indices and are still colourless. The TiO2 nanoparticles with diameter between 4-13 nm are synthesised with a Sol-gel-Process in the presence of DMAc as solvent. For the first time highly concentrated TiO2 nanoparticles with 20 wt.% titandioxide in the dispersion were synthesised. The TiO2 nanoparticles are encapsulated with Polymer via Emulsion polymerisation. Films and blends of the TiO2-Polymer hybrids particles were transparent and colourless and exhibited high refractive indices.English
Uncontrolled Keywords: Schlagzähmodifizierung, Verkapselung, Titandioxid, Hochbrechende Thermoplaste
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Schlagzähmodifizierung, Verkapselung, Titandioxid, Hochbrechende ThermoplasteGerman
Impact Modification, Encapsulation, TitandioxideEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: Fachbereich Chemie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:50
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000545
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-5458
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Gruber, Prof. Dr. Erich
Advisors: Rehahn, Prof. Dr. Mathias
Refereed: 7 February 2005
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/545
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