2006/2007 WELS KONKRET - FH Oberösterreich

Modifizieren von Biopolymeren
Autor: Richard Ruf
FH-Betreuer: Dr. Wolfgang Stadlbauer
Richard Ruf
Studiengang:
Material- und Verarbeitungstechnik
Transfercenter für Kunststofftechnik
TCKT
Franz-Fritsch-Straße 11
A-4600 Wels
FH-Studiengang:
Material- und Verarbeitungstechnik
Studiengangsleiter:
FH-Prof. DI Dr. Daniel Heim
Tel.: 07242/72811-3060
E-Mail: sekr.mvt@fh-wels.at
www.fh-ooe.at/mvt
Einführung
Biopolymere werden in stark steigenden Mengen bei
Einwegprodukten vor allem im Verpackungsbereich
eingesetzt. Daher sind die zurzeit am Markt erhältlichen
Biopolymere an den Verpackungsbereich angepasst
und diese zeigen ähnliche Verarbeitungseigenschaften
wie z.B. Polystyrol oder Polypropylen. Um
aber Polymilchsäure als Konstruktionsmaterial einsetzen
zu können, müssen gerade die Schlagzähigkeit
und die Wärmeformbeständigkeit des Rohpolymers
erhöht werden.
Aufgabenstellung
Das Ziel war es, die Schlagzähigkeit der Polymilchsäure
von ursprünglich 17 kJ/m2 auf ≥ 50 kJ/m2 dauerhaft
zu erhöhen. Dabei sollte die Steifi gkeit von ≥ 3000 MPa
beibehalten werden. Die Wärmeformbeständigkeit sollte
von etwa 53 °C auf ≥ 80 °C gesteigert werden.
Durchgeführte Arbeiten
Als Grundlage des Versuchsplans diente eine vorangegangene
Literaturrecherche. Anhand dieser wurden
die Modifi er für die Modifi kation der Polymilchsäure
ausgewählt. Um eine homogene Phasenverteilung der
Werkstoffblends zu erreichen, wurden folgende Verträglichkeitsvermittler
verwendet:
- EVA/MAH-basierendes Terpolymer
- EMA/MAH-basierendes Terpolymer
Zu Beginn wurde mit einem gleichl. Doppelschneckenextruder
ein Granulat hergestellt. Aus diesem Granulat
wurden anschließend mittels Spritzguss Prüfkörper der
Norm ISO-3167 hergestellt. Diese Prüfkörper wurden
im Anschluss charakterisiert, wobei die Parameter der
Schlagzähigkeit acU,RT, E-Modul und die Wärmeformbeständigkeit
HDT-A ermittelt wurden. Die Phasenverteilung
und Dispergierung der jeweiligen Modifi er
wurde lichtmikroskopisch untersucht. Des Weiteren
wurden je nach Bedarf thermische Analysen wie z.B.
eine dynamische Differenzkalorimetrie DSC durchgeführt.
Für die Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit
wurde eine kristalline Phase durch Tempern der Prüfstäbe
induziert.
Erzielte Ergebnisse
- Modifi er A:
Mit diesem Modifi er wurde eine Steigerung der Schlagzähigkeit
auf ≈ 62 kJ/m2 erreicht. Dies entspricht einer
Steigerung um etwa 264 Prozent. Eine homogene Phasenverteilung
konnte mit dem Verträglichkeitsvermittler
auf Basis EVA/MAH erreicht werden.
- Modifi er B:
Mit diesem Modifi er wurde die Schlagzähigkeit auf ≈
58 kJ/m2 erhöht. Das entspricht einer Steigerung der
Schlagzähigkeit von etwa 240 Prozent. Bei diesem
Werkstoffblend wurde eine homogene Phasenverteilung
mit dem Verträglichkeits-vermittler auf Basis EMA/
MAH erreicht.
- Modifi er C:
Mit diesem Modifi er wurde die Schlagzähigkeit auf ≈ 33
kJ/m2, und somit um ca. 94 Prozent gesteigert.
- Modifi er E:
Mit diesem Modifi er wurde die Schlagzähigkeit auf ≈
24 kJ/m2 gesteigert, was eine Steigerung von ca. 41
Prozent entspricht.
- Wärmeformbeständigkeit:
Die Wärmformbeständigkeit konnte um ≈ 5°C gesteigert
werden. Für größere Steigerungen waren die angewandten
Methodiken nicht ausreichend.
Die Modifi kation von Bio-polymeren ist Thema weiterer
Forschungsarbeiten. Dabei gilt es unter annähernder
Beibehaltung der Schlagzähigkeit, besonders die
Wärmeformbeständigkeit deutlich zu erhöhen.
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