Details
| Originalsprache | Deutsch |
|---|---|
| Qualifikation | Doctor rerum naturalium |
| Gradverleihende Hochschule | |
| Betreut von |
|
| Datum der Verleihung des Grades | 5 Okt. 2023 |
| Erscheinungsort | Hannover |
| Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2023 |
Abstract
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Hannover, 2023. 142 S.
Publikation: Qualifikations-/Studienabschlussarbeit › Dissertation
}
TY - BOOK
T1 - Entwicklung von Elastomeren geringer Dichte und hoher Verstärkung durch den Einsatz von faserigen Füllstoffen
AU - Pinkernelle, Malte
PY - 2023
Y1 - 2023
N2 - Ein schonender Umgang mit Ressourcen und die Erforschung neuer regenerativer Füllstoffe sind wesentliche Bestandteile bei der Entwicklung neuer Elastomer-Materialien. Eine vollständige oder anteilige Substitution des am weitesten verbreiteten Füllstoffs Ruß kann in diesem Zusammenhang einen wichtigen Beitrag leisten. In dieser Arbeit wurde die Eignung und das Verstärkungspotential des am häufigsten vorkommenden Biopolymers Cellulose als Füllstoff untersucht, welche eine faserige Morphologie und eine geringe Dichte aufweist. Durch die Einarbeitung einer wässrigen Cellulose-Suspension in einen Kautschuk-Latex kann die hohe spezifische Oberfläche der nanofibrillierten Cellulose (NFC) aufrechterhalten werden und ermöglicht so die Herstellung von Elastomeren, die eine hohe Verstärkung und geringe Dichte aufweisen. Es wurden verschiedene Elastomermatrices ausgewählt und grundlegend charakterisiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Einarbeitung von NFC, im Vergleich zu den hergestellten Referenz-Ruß-Systemen, in vielen Fällen zu vergleichbaren oder verbesserten Eigenschaften der Komposit-Materialien führt. Bei der Einarbeitung in eine Polychloropren-Matrix konnte gezeigt werden, dass die NFC-Materialien eine höhere Verstärkung bei niedrigeren Dehnungswerten aufweisen sowie mit steigendem Füllstoffgehalt eine deutliche Abnahme des Quellverhaltens einhergeht. Des Weiteren sind die Dichte-Werte die NFC-Materialien geringer als die der Ruß-Materialien. Die Permeabilität der Ruß- und NFC-Systeme ist ebenfalls vergleichbar. Außerdem wurde die etablierte Silica-Silan-Technologie auf Celluose übertragen, um eine Hydrophobierung und eine damit einhergehende bessere Verträglichkeit der polaren Cellulose gegenüber der unpolaren Polymermatrix zu erzielen. Zuvor musste jedoch ein zusätzlicher Verarbeitungsschritt durchgeführt werden, um die leichtflüchtigen Bestandteile, die durch das Sekundärlatexverfahren im Masterbatch zurückgeblieben sind, zu entfernen. Durch Plastifizierung der Masterbatch-Materialien konnten die leichtflüchtigen Komponenten entfernt und eine erfolgreiche Weiterverarbeitung gewährleistet werden. Die Einarbeitung verschieden modifizierter Cellulose-Varianten in eine Butylkautschuk-Matrix hat gezeigt, dass durch die Silanisierung der Cellulose die Polymer-Füllstoff-Wechselwirkungen erheblich verbessert werden konnte. Dies hat sich in einer Zunahme der Reißfestigkeit, einer Abnahme des Quellgrads und in einer deutlichen Reduktion der Permeabilität gezeigt. Die Auswirkungen des statischen und dynamischen Koagulationsverfahrens wurden ebenfalls untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass das dynamische Koagulationsverfahren („Continuous Dynamic Latex Compounding“, CDLC) zu einer besseren Füllstoffdispersion beigetragen hat und dadurch Elastomere hergestellt werden konnten, die bessere Materialeigenschaften aufweisen. Dies wurde unter anderem an Mischungen untersucht, bei denen Acrylnitril-Butadien-Kautschuk als Polymermatrix eingesetzt wurde. Anhand der vorliegenden Ergebnisse und der breiten Untersuchungen in verschiedenen Polymeren konnte gezeigt werden, dass Cellulose eine nachhaltige Alternative zu den etablierten Füllstoffen darstellt und es möglich ist, Elastomere mit geringer Dichte und einer hohen Verstärkung herzustellen.
AB - Ein schonender Umgang mit Ressourcen und die Erforschung neuer regenerativer Füllstoffe sind wesentliche Bestandteile bei der Entwicklung neuer Elastomer-Materialien. Eine vollständige oder anteilige Substitution des am weitesten verbreiteten Füllstoffs Ruß kann in diesem Zusammenhang einen wichtigen Beitrag leisten. In dieser Arbeit wurde die Eignung und das Verstärkungspotential des am häufigsten vorkommenden Biopolymers Cellulose als Füllstoff untersucht, welche eine faserige Morphologie und eine geringe Dichte aufweist. Durch die Einarbeitung einer wässrigen Cellulose-Suspension in einen Kautschuk-Latex kann die hohe spezifische Oberfläche der nanofibrillierten Cellulose (NFC) aufrechterhalten werden und ermöglicht so die Herstellung von Elastomeren, die eine hohe Verstärkung und geringe Dichte aufweisen. Es wurden verschiedene Elastomermatrices ausgewählt und grundlegend charakterisiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Einarbeitung von NFC, im Vergleich zu den hergestellten Referenz-Ruß-Systemen, in vielen Fällen zu vergleichbaren oder verbesserten Eigenschaften der Komposit-Materialien führt. Bei der Einarbeitung in eine Polychloropren-Matrix konnte gezeigt werden, dass die NFC-Materialien eine höhere Verstärkung bei niedrigeren Dehnungswerten aufweisen sowie mit steigendem Füllstoffgehalt eine deutliche Abnahme des Quellverhaltens einhergeht. Des Weiteren sind die Dichte-Werte die NFC-Materialien geringer als die der Ruß-Materialien. Die Permeabilität der Ruß- und NFC-Systeme ist ebenfalls vergleichbar. Außerdem wurde die etablierte Silica-Silan-Technologie auf Celluose übertragen, um eine Hydrophobierung und eine damit einhergehende bessere Verträglichkeit der polaren Cellulose gegenüber der unpolaren Polymermatrix zu erzielen. Zuvor musste jedoch ein zusätzlicher Verarbeitungsschritt durchgeführt werden, um die leichtflüchtigen Bestandteile, die durch das Sekundärlatexverfahren im Masterbatch zurückgeblieben sind, zu entfernen. Durch Plastifizierung der Masterbatch-Materialien konnten die leichtflüchtigen Komponenten entfernt und eine erfolgreiche Weiterverarbeitung gewährleistet werden. Die Einarbeitung verschieden modifizierter Cellulose-Varianten in eine Butylkautschuk-Matrix hat gezeigt, dass durch die Silanisierung der Cellulose die Polymer-Füllstoff-Wechselwirkungen erheblich verbessert werden konnte. Dies hat sich in einer Zunahme der Reißfestigkeit, einer Abnahme des Quellgrads und in einer deutlichen Reduktion der Permeabilität gezeigt. Die Auswirkungen des statischen und dynamischen Koagulationsverfahrens wurden ebenfalls untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass das dynamische Koagulationsverfahren („Continuous Dynamic Latex Compounding“, CDLC) zu einer besseren Füllstoffdispersion beigetragen hat und dadurch Elastomere hergestellt werden konnten, die bessere Materialeigenschaften aufweisen. Dies wurde unter anderem an Mischungen untersucht, bei denen Acrylnitril-Butadien-Kautschuk als Polymermatrix eingesetzt wurde. Anhand der vorliegenden Ergebnisse und der breiten Untersuchungen in verschiedenen Polymeren konnte gezeigt werden, dass Cellulose eine nachhaltige Alternative zu den etablierten Füllstoffen darstellt und es möglich ist, Elastomere mit geringer Dichte und einer hohen Verstärkung herzustellen.
U2 - 10.15488/14898
DO - 10.15488/14898
M3 - Dissertation
CY - Hannover
ER -