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Development of novel nucleating and clarifying agents for polypropylene

Budde, Felix :
Development of novel nucleating and clarifying agents for polypropylene.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2018)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Development of novel nucleating and clarifying agents for polypropylene
Language: English
Abstract:

The topic of the present thesis was the design, development and evaluation of novel nucleating and clarifying agents for isotactic polypropylene. The focus was on the identification of structure-activity relationships, allowing to gain further insights into the nucleating and clarifying phenomena.

Dibenzylidene-L-gulonic acid (DBGAc) derivatives were identified as model structures, which allowed for systematic variation of the chemical structure of the additives. Based on this a broad ‘library’ of derivatives became accessible to study structure-property relationships.

The whole ‘library’ was screened with regard to their ability to nucleate and clarify iPP in the concentration range from 0.03 to 0.60 wt%. The influence of the molecular structure on crystallization temperature and optical properties haze and clarity was discussed. All derivatives were found to nucleate iPP with different levels of efficiency and selected derivatives were even found to improve haze and clarity values of injection-molded samples.

Detailed experiments on selected derivatives were conducted to further explore the mechanism of action of the novel nucleating and clarifying agents. Therefore, different techniques were used. Wide angle X-ray scattering (WAXS) measurements revealed that the derivatives are predominantly α-nucleating and clarifying agents. One derivative was surprisingly found to be a ‘hybrid’ nucleating agent, inducing a mixture of both polymorphs (α and β).

For the first time, dibenzylidene sorbitol (DBS) like structures were investigated systematically regarding their nucleation and clarifying ability, taking into account the influence of different functional ‘tails’ in combination with different substitution pattern on the benzylidene ‘wings’. As a general learning, the results demonstrate that the individual chemical structure and even minor changes have a significant impact on the performance of the respective additives.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Das Ziel dieser Dissertation war die Identifizierung, Entwicklung und Evaluierung von neuen Nukleierungsmitteln und Transparenzverstärkern für isotaktisches Polypropylen. Der Fokus der Untersuchungen lag auf der Aufklärung von Struktur-Wirkungsbeziehungen, um einen tieferen Einblick in das zu Grunde liegende Phänomen der Nukleierung und Transparenzverstärkung zu erlangen. Derivate der Dibenzyliden-L-gulonsäure konnten als Modellstruktur identifiziert werden. Durch systematische Variation der chemischen Struktur des Additivs war es möglich eine umfangreiche Molekül-Bibliothek aufzubauen, um so deren Struktur-Eigenschaftsbeziehungen zu studieren. Die nukleierungs- und/oder transparenzverstärkende Wirkung der neuen Dibenzyliden-L-gulonsäure Derivate in isotaktischem Polypropylen wurde in einem Konzentrationsbereich von 0.03 bis 0.60 Gew.% getestet. Der Einfluss der molekularen Struktur auf die Kristallisationstemperatur und die optischen Eigenschaften Trübung (Haze) und Bildschärfe (Clarity) wurden diskutiert. Alle Derivate nukleieren iPP, jedoch mit unterschiedlicher Effektivität und ausgewählte Derivate zeigten sogar eine Verbesserung der Trübungs- und Bildschärfewerte von spritzgegossenen Mustern. Um den Wirkungsmechanismus der neuen Nukleierungsmittel und Transparenzverstärker besser zu verstehen, wurden detaillierte Untersuchungen an ausgewählten Derivaten durchgeführt. Dazu wurden verschiedene Techniken verwendet. Röntgenographische Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, dass die meisten der neuen Additive die α-Phase des PP induzieren. Dennoch zeigte überraschenderweise ein Additiv, dass es eine Mischform aus α- und β-Phase induziert. Zum ersten Mal wurden Sorbitol-ähnliche Strukturen anhand ihrer nukleierungs- und transparenzverstärkenden Wirkung unter Berücksichtigung des Einflusses verschiedener funktioneller Reste in Kombination mit verschiedenen Substitutionsmustern an den Benzyliden-Resten systematisch untersucht. Generell zeigen die Ergebnisse, dass die individuelle chemische Struktur und kleinste Veränderungen derer einen wesentlichen Einfluss auf die Wirksamkeit der jeweiligen Additive haben.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 07 Department of Chemistry > Fachgebiet Makromolekulare Chemie
Date Deposited: 06 Aug 2018 11:23
Last Modified: 06 Aug 2018 11:23
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-75794
Referees: Rehahn, Prof. Dr. Matthias and Busch, Prof. Dr. Markus
Refereed: 9 July 2018
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/7579
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