Nanokomposite basierend auf polymeren Matrices und Schichtsilikat als Füllstoff wurden mit Hilfe der Röntgenkleinwinkelstreuung hinsichtlich der Dispergierung und der Orientierung der Füllstoffpartikel untersucht.
Hierzu wurde eine Software entwickelt, welche aus Röntgenkleinwinkelstreudaten die mittlere Größe und die Größenverteilung von Nanopartikeln bestimmt. Anders als konventionelle Programme setzt diese Software keine vorgegebene Verteilungsfunktion für die Partikelgröße voraus, sondern basiert auf freien Verteilungsfunktionen. Anhand von Referenzsystemen konnte eine verlässliche und präzise Funktion der Software nachgewiesen werden.
Mit Hilfe dieser Software ist es gelungen, die innere Struktur eines mit einem Schichtsilikat gefüllten, temperatursensitiven Mikrogels in Abhängigkeit von der Temperatur zu untersuchen. Es konnte so die Dispergierung der Füllstoffpartikel bestimmt und eine Modellvorstellung für das Verhalten des Schichtsilikats während der Temperaturänderung entwickelt werden.
An mit Schichtsilikat gefülltem Polyethylen konnte weiterhin gezeigt werden, dass mit Hilfe der Röntgenkleinwinkelstreuung die Orientierung von plättchenförmigen Nanopartikeln in einer polymeren Matrix quantitativ bestimmt werden kann. Mittels ortsaufgelöster Messungen an spritzgegossenen Zugstäben wurde der Grad der Ausrichtung quantitativ bestimmt. In-situ Messungen während des Dehnungsvorgangs zeigten zusätzlich eine Verstärkung der Ausrichtung der Silikatschichten.
Aktualisiert: 2021-03-31
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Seit mehr als 15 Jahren wird in Industrie und Wissenschaft über den Einsatz von Nanopartikeln als funktionelle Füllstoffe zur Verbesserung bestimmter Werkstoffeigenschaften von Kunststoffen diskutiert. In Universitäten und Forschungsinstituten werden weltweit neue Nanocomposites und Prozesse zu ihrer Herstellung entwickelt. Im Falle des Nano-Schichtsilikats gilt als erwiesen, dass geringste Anteile den Elastizitätsmodul und die Gasbarriere von Kunststoffen verbessern können. Die Kunststoff verarbeitende Industrie, insbesondere die Rohstoff- und Verpackungsbranche, zeigt ein reges Interesse an diesem Thema. Trotz der vielversprechenden Ergebnisse wird jedoch bislang kaum von erfolgreichen Anwendungen in die Industrie berichtet. Der industrielle Einsatz von Schichtsilikat beschränkt sich derzeit hauptsächlich auf Anwendungen, in denen es als Additiv für den Brandschutz wirkt.
In dieser Dissertation werden die maßgeblichen Barrieren für die industrielle Einführung von Schichtsilikat als Additiv für die Verbesserung von mechanischen Eigenschaften und der Gasbarriere von Kunststoffen ermittelt. Es werden Versuche zur Compoundierung und Weiterverarbeitung von Masterbatches auf Basis von Polyethylen und Schichtsilikat durchgeführt. Außerdem wird die Technik zur Analyse der Dispergierung des Schichtsilikats im Hinblick auf den industriellen Einsatz thematisiert. Es werden Lösungsansätze gezeigt, die den industriellen Einsatz von Schichtsilikat erleichtern sollen.
Aktualisiert: 2019-03-15
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