Rheology, Processing and Properties of Polymer Nanocomposites Based on POSS and Boehmite

Zwei verschiedene Arten von polyhedral oligomerische Silsesquioxane (POSS), Oktaisobutyl POSS (Oib POSS) und Trisilanolphenyl POSS (Tsp POSS) wurden mit Polyäthylene (LDPE) niederer Dichte und mit linearer Polyäthylene niederer Dichte (LLDPE) bei unterschiedlichen Temperaturen auf einem Brabender Plastograph verschmolzen. Mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) wurde der Einfluss der Vermischungstemperatur auf den Dispersions-Zustand der Oib POSS und Tsp POSS Nanopartikel in PE Matrixe bestimmt. Große Agglomerate der Größe 5 – 10 Mikrometer wurden in LDPE/Oib POSS Schmelzen, die bei 175°C und 200°C hergestellt wurden, beobachtet. Dagegen verringerte sich ihre Größe auf ungefähr 1 Mikrometer nach einer Teilschmelze bei 270°C. Die Ergebnisse belegen, daß die Kompatibiltät von LLDPE mit Oib POSS größer ist als mit LDPE. SEM Bilder von Tsp POSS Nanokomposite zeigten, daß sich POSS-Nanopartikel Agglomerate in Submikrometerbereich in allen Proben bildeten. Aber der Grad der Agglomeratisierung in LLDPE/Tsp POSS und LDPE/Tsp POSS Nanokompositen wurde mit steigender Mischtemperatur bis zum Schmelzpunkt der Tsp POSS verringert. Weiterhin wurden Frequenzablauf-Messungen durchgeführt, um das rheologische Verhalten der Nanokomposite zu untersuchen. Eine Verringerung der komplexen Viskosität wurde nach Zugabe von Oib POSS Nanopartikel zu LDPE und LLDPE Matrixe beobachtet. Die Abnahme der komplexen Viskosität von LDPE war bei einer Mischtemperatur von 270°C stärker ausgeprägt, während eine Zugabe von Tsp POSS die komplexe Viskosiät vergrößerte. Tsp POSS und Oib POSS Nanopartikel wurden in PP, LLDPE und LDPE mittels einer Einschneckenextruders bei unterschiedlichen POSS Zusammensetzungen eingeführt. Die Eigenschaften dieser Nanokomposite wurden untersucht. Die Dehnuntersuchungen zeigten, daß der Zugmodul von PP, LLDPE und LDPE durch Zugabe von POSS Nanopartikel verbessert wurde, aber von einer Abnahme der Zugfestigkeit begleitet wurde. Das Verformungsverhalten von PE wurde bei Vorhandensein von POSS verbessert, dagegen hängte das Verformungsverhalten von PP von der Art der POSS ab. Komposite von LLDPE und LDPE mit zwei Arten von Böhmiten, BA40 und BA80, mit unterschiedlichen Kristallgrößen wurden mittels einer Einschneckenextruders präpariert und untersucht. Es wurde festgestellt, daß die Eigenschaften der PE/BA Komposite stark von der Art des Polyäthylens abhängen, während es zwischen PE/BA40 und PE/BA80 Kompositen keine signifikanten Unterschiede gab. Die komplexe Viskosität des LLDPE blieb nach Zugabe von BA Partikel unverändert, im Falle des LDPE stieg sie. Also war die Kompatibilität von BA Partikel mit LLDPE besser als mit LDPE. Dementsprechend verbesserte sich die Zugfestigkeit im Falle der LLDPE Komposite, aber verschlechterte sich für LDPE Komposite, währenddessen das Verformungsverhalten bei beiden Arten von PE sich verbesserte.