TY - THES

T1 - Steigerung der thermischen Beständigkeit von Polymeren auf Basis nachwachsender Rohstoffe

AU - Ziegler, Wolfgang

N1 - gesperrt bis 07-03-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Die niedrige Wärmeformbeständigkeit von Polymilchsäure (50 bis 60 °C) sollte durch Modifizierung oder durch Verwendung eines anderen geeigneten Biopolymers erhöht werden. Zunächst sollten die Gründe für die niedrige thermische Stabilität von Polymilchsäure identifiziert und in weiterer Folge auf Basis diverser Publikationen und Informationen von Materialherstellern geeignete Möglichkeiten und Additive zur Modifizierung von Polymilchsäure gefunden werden. Daraus sollten Rezepturen definiert, Prüfkörper hergestellt und diese sowohl thermischen (DSC, TGA, HDT) als auch mechanischen Analysen (Charpy-Schlagzähigkeit, Zugversuch, DMA) unterzogen werden. Als Referenzmaterial diente Polylactid IngeoTM Biopolymer 2003D (PLA2003D, NatureWorks LLC). Ein kettenverlängerndes Additiv (BioAdimideTM 500 XT, Rhein Chemie Rheinau GmbH) wurde zu 0,5, 1 und 2 Gew.-% in das Referenzmaterial eingearbeitet, ein oberflächenwirksamer Zusatzstoff (IncroMaxTM 100, Croda Europe Limited) zu 0,2, 0,3 und 0,5 Gew.-%. Zwei fertige Compounds, MirelTM P4001 (Metabolix Inc.), ein Polyhydroxyalkanoat, und ein modifiziertes Polymilchsäure-Compound, DaniMer 42370 (DaniMer Scientific LLC), wurden ebenfalls ausgewählt. Des weiteren wurden Blends aus den Homopolymeren PLLA und 1, 3 und 5 Gew.-% PDLA (Synterra® PLLA 1510 und Synterra® PDLA 1010, Synbra Technology bv) hergestellt. Außerdem sollte das PLA2003D mit Hilfe von Brückenmolekülen (TAIC 70, Kettlitz Chemie GmbH) und eines UV-Initiators (Irgacure® TPO, BASF SE) vernetzt werden. Versuchsweise wurde PLA2003D mit 1, 3, 5 und 10 Gew.-% PDLA geblendet. Wie die DSC-Messungen zeigten, kristallisiert das Referenzmaterial PLA2003D sehr langsam, bildet im Herstellprozess keine kristallinen Anteile und ist somit bei Raumtemperatur vollständig amorph, wobei es im Aufheizmodus zu Kaltkristallisation kommt. Die niedrige Wärmeformbeständigkeit resultiert aus der niedrigen Kristallinität. Die Zusatzstoffe BioAdimide und IncroMax haben keinen Einfluss auf die Kristallinität und bewirken keine höhere thermische Stabilität von PLA2003D. Die UV-Vernetzung von PLA2003D war nicht erfolgreich. Die Compounds Mirel P4001 und DaniMer 42370 sind teilkristallin und anhand der DSC-Messungen und der Dynamisch-Mechanischen Analyse als vielversprechend einzustufen, dieser Einschätzung stehen jedoch niedrige mechanische Kennwerte gegenüber. Erfolgsversprechende Rezepturen waren die Blendformulierungen aus PLLA und PDLA. Deren hohe Kristallinität, die Ausbildung von zusätzlichen Halt gebenden Stereokomplexen, vergleichbare mechanische Kennwerte wie PLA2003D und die, wie die Dynamisch-Mechanische Analyse gezeigt hat, Ausbildung eines Plateaus des Speichermoduls von etwa 400 MPa nach dem Glasübergangsbereich, sind gute Grundvoraussetzungen für deren Einsatz bei höheren Temperaturen. Die Blends aus PLA2003D und PDLA bilden mit steigendem PDLA-Anteil größere Stereokomplexe, Kristallisation tritt jedoch keine ein.

AB - Die niedrige Wärmeformbeständigkeit von Polymilchsäure (50 bis 60 °C) sollte durch Modifizierung oder durch Verwendung eines anderen geeigneten Biopolymers erhöht werden. Zunächst sollten die Gründe für die niedrige thermische Stabilität von Polymilchsäure identifiziert und in weiterer Folge auf Basis diverser Publikationen und Informationen von Materialherstellern geeignete Möglichkeiten und Additive zur Modifizierung von Polymilchsäure gefunden werden. Daraus sollten Rezepturen definiert, Prüfkörper hergestellt und diese sowohl thermischen (DSC, TGA, HDT) als auch mechanischen Analysen (Charpy-Schlagzähigkeit, Zugversuch, DMA) unterzogen werden. Als Referenzmaterial diente Polylactid IngeoTM Biopolymer 2003D (PLA2003D, NatureWorks LLC). Ein kettenverlängerndes Additiv (BioAdimideTM 500 XT, Rhein Chemie Rheinau GmbH) wurde zu 0,5, 1 und 2 Gew.-% in das Referenzmaterial eingearbeitet, ein oberflächenwirksamer Zusatzstoff (IncroMaxTM 100, Croda Europe Limited) zu 0,2, 0,3 und 0,5 Gew.-%. Zwei fertige Compounds, MirelTM P4001 (Metabolix Inc.), ein Polyhydroxyalkanoat, und ein modifiziertes Polymilchsäure-Compound, DaniMer 42370 (DaniMer Scientific LLC), wurden ebenfalls ausgewählt. Des weiteren wurden Blends aus den Homopolymeren PLLA und 1, 3 und 5 Gew.-% PDLA (Synterra® PLLA 1510 und Synterra® PDLA 1010, Synbra Technology bv) hergestellt. Außerdem sollte das PLA2003D mit Hilfe von Brückenmolekülen (TAIC 70, Kettlitz Chemie GmbH) und eines UV-Initiators (Irgacure® TPO, BASF SE) vernetzt werden. Versuchsweise wurde PLA2003D mit 1, 3, 5 und 10 Gew.-% PDLA geblendet. Wie die DSC-Messungen zeigten, kristallisiert das Referenzmaterial PLA2003D sehr langsam, bildet im Herstellprozess keine kristallinen Anteile und ist somit bei Raumtemperatur vollständig amorph, wobei es im Aufheizmodus zu Kaltkristallisation kommt. Die niedrige Wärmeformbeständigkeit resultiert aus der niedrigen Kristallinität. Die Zusatzstoffe BioAdimide und IncroMax haben keinen Einfluss auf die Kristallinität und bewirken keine höhere thermische Stabilität von PLA2003D. Die UV-Vernetzung von PLA2003D war nicht erfolgreich. Die Compounds Mirel P4001 und DaniMer 42370 sind teilkristallin und anhand der DSC-Messungen und der Dynamisch-Mechanischen Analyse als vielversprechend einzustufen, dieser Einschätzung stehen jedoch niedrige mechanische Kennwerte gegenüber. Erfolgsversprechende Rezepturen waren die Blendformulierungen aus PLLA und PDLA. Deren hohe Kristallinität, die Ausbildung von zusätzlichen Halt gebenden Stereokomplexen, vergleichbare mechanische Kennwerte wie PLA2003D und die, wie die Dynamisch-Mechanische Analyse gezeigt hat, Ausbildung eines Plateaus des Speichermoduls von etwa 400 MPa nach dem Glasübergangsbereich, sind gute Grundvoraussetzungen für deren Einsatz bei höheren Temperaturen. Die Blends aus PLA2003D und PDLA bilden mit steigendem PDLA-Anteil größere Stereokomplexe, Kristallisation tritt jedoch keine ein.

KW - biopolymer

KW - heat stability

KW - polylactic acid

KW - polyhydroxyalkanoate

KW - modification

KW - UV-crosslinking

KW - thermal analyses

KW - mechanical analyses

KW - Biopolymer

KW - thermische Stabilität

KW - Polymilchsäure

KW - Polyhydroxyalkanoat

KW - Modifizierung

KW - UV-Vernetzung

KW - thermische Analysen

KW - mechanische Analysen

M3 - Masterarbeit

ER -