Modifikation technischer Thermoplaste mit polymerfunktionalisierten Silica-Nanopartikel

Die Dissertation befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung von Silica-Nanokompositen, bestehend aus technischen Thermoplasten und polymerfunktionalisierten Silica-Nanopartikeln. In einem ersten Arbeitsabschnitt wird die Funktionalisierung der Oberfläche von handelsüblichen Silica-Nanopartikeln behandelt. Es wird aufgezeigt, wie die eingesetzten Partikel zunächst mit einem Makroinitiator ausgestattet werden, um anschließend von der Oberfläche ausgehend („grafting from“-Technik), die Polymere Polymethylmethacrylat - PMMA und Poly(styrol-co-acrylnitril) – SAN zu synthetisieren. Als Polymerisationsmethoden kommen die ATRP (Atom Transfer Radical Polymerisation) und die ARGET (Activators Regenerated by Electron Transfer) ATRP zum Einsatz. Diesbezüglich wird veranschaulicht, wie Limitierungen des erzielbaren Molekulargewichts von SAN bei der „klassischen“ ATRP, durch die ARGET ATRP überwunden wurden. Des Weiteren werden die Vorteile einer Reduzierung der ATRP-Katalysatormenge mithilfe der ARGET ATRP auf das optische Erscheinungsbild von Nanokompositen dargestellt. In einem weiteren Abschnitt behandelt diese Arbeit die Verarbeitung der polymermodifizierten Silica-Nanopartikel mit den technischen Thermoplasten Polycarbonat - PC (Makrolon® 3105), glykol-modifiziertem Polyethylenterephthalat - PET-G (EastarTM 6763), Poly(styrol-co-acrylnitril) - SAN (Luran® 358) und Polymethylmethacrylat – PMMA (Plexiglas®) zu Silica-Nanokompositen. Als Herstellungsmethoden werden das Extrusions- und das Spritzgussverfahren eingesetzt. Der letzte Arbeitsabschnitt beinhaltet die Charakterisierung der resultierenden Silica-Nanokomposite mittels thermischer (DSC-Prüfung), mechanischer (Zug-, Schlagbiege- und Tribologische Prüfung) und morphologischer (TEM-Analyse) Prüfungsmethoden. Insbesondere wurden in diesem Zusammenhang eine deutliche Reduktion kriechbedingter Deformation (bis 80%) und teilweise eine Reduktion von abrasivem Verschleiß (bis 70%) gefunden. Die besondere Herausforderung in dieser Arbeit war die Wahl und Durchführung einer adäquaten Funktionalisierung von Silica-Nanopartikeln für die Polykondensat-Matrices (PC/ PET-G). Für diese Thermoplaste wurden die verwendeten Silica-Nanopartikel mit dem PC- und PET-kompatiblen Copolymer SAN polymermodifiziert. Diese Strategie basiert auf einer eigenen Mischbarkeitsprognose, welche die Kompatibilität zwischen „Graft“- und Matrixpolymer untersucht. Ebenso ist ein Vergleich der Mischbarkeitsprognose mit den Ergebnissen der morphologischen Untersuchungen aufgeführt.