Transparente PC/PMMA Blends : Einfluss der Funktionalisierung auf optische, morphologische und mechanische Eigenschaften

Titelangaben

Bubmann, Tobias:
Transparente PC/PMMA Blends : Einfluss der Funktionalisierung auf optische, morphologische und mechanische Eigenschaften.
Bayreuth , 2022 . - X, 169 S.
( Dissertation, 2022 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00006509

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Abstract

Polycarbonat (PC) ist eines der meisteingesetzten Polymere (hohen Transparenz, Wärmeform-beständigkeit und hervorragenden Zähigkeit). Als Blend wird PC hauptsächlich mit strukturähn-lichen (aromatischen) Kondensations- oder Copolymeren (wie z. B. ABS, ASA, PET oder PBT) eingesetzt, da diese eine bessere Mischbarkeit aufweisen als aliphatische Olefin/Acrylat-Polymere (wie z. B. PE, PP oder auch Polymethylmethacrylat (PMMA). PMMA ist aufgrund des Eigenschaftsprofils ein sehr guter Blendpartner zum Ausgleich der negativen Eigenschaften von PC (geringere Zugfestigkeit, schlechtere Kratzfestigkeit und leichteres Vergilben als PMMA). Transparente Thermoplaste kommen wegen ihrer Nachteile an anwendungstechnische Grenzen, vor allem aufgrund steigender Anforderungen, besonders im Automobilbereich (In-strumententafelträge oder in automobilen Karosserieanwendungen). Jedoch verliert das PC/PMMA-Blend durch die geringe Teilmischbarkeit die Transparenz, die Schlüsseleigenschaft beider Polymere. Ziel der Arbeit war es deshalb transparente PC/PMMA-Blends mittels konti-nuierlicher Reaktivextrusion unter Verbesserung technisch relevanter (mechanischer und opti-scher) Eigenschaften herzustellen. Anhand von Modelluntersuchungen wurde zu Beginn der Einfluss von verschiedenen reaktiven Gruppen sowie Katalysatoren auf die Zielreaktion zwi-schen PC und PMMA sowie mögliche Nebenreaktionen untersucht, um im anschließenden Blendsystem optimale Bedingungen für eine erfolgreiche Kompatibilisierung und Transparenz zu ermöglichen. Diese konnte durch die Modifizierung von PC mit phenolischen Hydro-xylgruppen (pOH) und einer Glycidylmethacrylat (GMA)-Modifizierung im PMMA erzielt werden. Der passende Katalysator konnte die Reaktionsgeschwindigkeit zudem deutlich be-schleunigen. Die Transparenz ist stark abhängig von Umsatz und Menge des gebildeten Copo-lymers, was durch den GMA-Gehalt gesteuert wird. Zu hohen Mengen an Copolymer und eine mögliche Vernetzung können zu einer Reduktion der Transmission führen. Die erzielte Transpa-renz war Resultat einer verbesserten Mischbarkeit und somit feineren tröpfchenförmigen Pha-senstruktur einerseits und der Ausbildung eines Brechungsindexgradienten an der Grenzfläche beider Polymere andererseits. Der so entstandene diffuse Phasenübergang führt dazu, dass an der Phasengrenzfläche keine Lichtbrechung stattfindet (Mottenaugeneffekt). Es konnte eine ho-he Lichttransmission des PC/PMMA-Blends erreicht werden. Zudem wurden verbesserte me-chanische Eigenschaften insbesondere bei der Biege und Kratzfestigkeit erzielt. Die industriere-levanten Eigenschaften dieser Blends lagen hierbei über denen des unmodifizierten opaken Blends als auch teils oberhalb der Ausgangsmaterialien.

Abstract in weiterer Sprache

Polycarbonate (PC) is one of the most widely used polymers (high transparency, heat resistance and excellent toughness). As a blend, PC is mainly used with structurally similar (aromatic) condensation or copolymers (such as ABS, ASA, PET or PBT), since these have better misci-bility than aliphatic olefin/acrylate polymers (such as PE, PP or polymethyl methacrylate (PMMA). PMMA's property profile makes it a very good blend partner to compensate the neg-ative properties of PC (lower tensile strength, poorer scratch resistance and easier yellowing than PMMA). Due to their disadvantages, transparent thermoplastics are reaching their applica-tion limits, especially due to increasing requirements, particularly in the automotive sector (in-strument panel or in automotive body applications). However, the PC/PMMA blend loses transparency, the key property of both polymers, due to the low partial miscibility. The aim of this work was therefore to achieve transparent PC/PMMA-blends by continuous reactive extru-sion while improving technically relevant (mechanical and optical) properties. The influence of different reactive groups and catalysts on the target reaction of PC and PMMA as well as possi-ble side reactions were investigated by means of model studies at the beginning in order to ena-ble optimum conditions for successful compatibility and transparency in the subsequent blend system. This could be achieved by modifying PC with phenolic hydroxyl groups (pOH) and a glycidyl methacrylate (GMA) modification in PMMA. The reaction rate could be significantly accelerated by the used catalyst. The transparency is strongly dependent on the conversion and amount of the formed copolymer, which is controlled by the GMA content. However, excessive amounts of copolymer and possible degree of crosslinking can lead to a reduction in transmis-sion. The transparency was the result of improved miscibility and thus finer droplet-like phase structure on the one hand and the formation of a refractive index gradient at the interface of both polymers on the other. The resulting diffuse phase transition means that no light refraction takes place at the interface (moth-eye effect). A high light transmission of the PC/PMMA blend was achieved. In addition, improved mechanical properties were reached, particularly in the bending and scratch resistance. The industrially relevant properties of these blends were higher than those of the unmodified opaque blend and in some cases also higher than those of the raw mate-rials.