The Influence of Blast Furnace Slag as a Functional Filler on Polypropylene Compounds

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Hochofenschlacke (BFS) ist ein sekundäres Nebenprodukt der Stahlindustrie und besteht aus einer Kombination aus sauren und basischen Oxiden. Gezielt modifizierte Hochofenschlacken zeigen großes Potential, das Eigenschaftsprofil thermoplastischer Kunststoffe wie beispielsweise Polypropylen (PP) deutlich zu verbessern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein BFS-Füllstoff entwickelt, welcher darüber hinaus eine Reduktion der Produktionskosten erlaubt, da BFS in großen Mengen verfügbar ist. Die Möglichkeit des Einsatzes zur Verbesserung des Eigenschaftsprofils bietet gegenüber herkömmlichen mineralischen Füllstoffen den Vorteil, dass große Mengen an Energie eingespart werden können, da Abbau und Aufbereitung entfallen. Daher war die Untersuchung des Einflusses zweier BFS-Typen auf rheologische, thermische und mechanische Eigenschaften eines PP-Copolymers das Hauptziel dieser Arbeit. Dabei wurden im Rahmen von systematischen Experimenten BFS Partikel im Mikro-Maßstab modifiziert und mittels eines Labormesskneters in die Thermoplastschmelze eingebracht. Nach grundlegenden Untersuchungen wurden zwei BFS-PP Rezepturen ausgewählt, durch einen Doppelschneckencompounder gemischt, formgepresst und spritzgegossen. Basierend auf ihren mechanischen Eigenschaften könnten BFS-PP Compounds vermutlich im Automotive-Bereich als Innenaustattungsmaterial zum Einsatz kommen. Dazu wurden die BFS-PP Rezepturen mit einem industriellen Compound im Rahmen der rheologischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften verglichen. Außerdem wurde eine CO2-Fußabdruckanalyse durchgeführt. Hierzu wurde der ökologische CO2-Fußabdruck eines repräsentativen BFS-PP Produkts bewertet und mit einem Kreide-PP Compound vergleichen wurde. Die Untersuchung von den unmodifizierten BFS-PP Compounds zeigte, dass bei 30 Gew.-% BFS-Anteil die komplexe Scherviskosität um 35 % und die Zugsteifigkeit fast linear bis zu 20 % anstieg. Der Kristallinitätsgrad zeigte eine lineare Abnahme bis zu 40 % mit Erhöhung der Füllmenge. Bei einer Füllmenge von 20 Gew.-%, erhöhte BFS die Wärmeleitfähigkeit von PP um ca. 40 – 50 %. Das Doppelschneckencompoundieren und Spritzgießen des modifizierten BFS mit PP erhöhten die Bruchdehnung des PP um über 350 %. Das war durch die Nutzung des unmodifizierten BFS Füllstoff nicht möglich, da frühzeitiger Bruch stattfand. Nach der Prüfung ihrer Verwendbarkeit für automobile Innenraumanwendungen, erreichten die BFS-PP ca. 800 % Bruchdehnungszunahme sowie vergleichbare Zugsteifigkeit und Zähigkeitsniveaus wie ein industriell mineralgefüllter PP Compound, welcher für automobile Innenraumanwendungen benutzt wird. Schließlich schlug die ökologische CO2-Fußabdruckanalyse ein ‚best for slag‘ Szenario vor, wo ein Tonne von unmodifiziertem BFS-PP Compound etwas weniger CO2 als sein Kreide-PP vergleichbares Pendant erzeugt hat. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass BFS nicht wie Kreide bereits modifiziert und zur Compoundierung als Füllstoff bereit liegt. Folglich ist zu erwarten, dass der Modifizierungsvorgang von BFS zusätzlich CO2 produziert, was die Hochofenschlacke in Richtung ‚50:50‘ Szenario verschieben könnte.

Details

Titel in ÜbersetzungEinsatz von der Hochofenschlacke als funktioneller Füllstoff für Polypropylen Compounds
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Holzer, Clemens, Beurteiler A (intern)
  • Jana, Sadhan C., Beurteiler B (extern), Externe Person
StatusVeröffentlicht - 2017