Einfluss von Stabilisatoren auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Polypropylens während der Alterung

Abstract

Im Rahmen eines Forschungsprojektes umfasst diese Arbeit das Thema ,,Alterung von Kunststoffen‘‘. Eine Reihe von Experimenten mit interessanten Zusammenhängen wurden durchgeführt, um ein Additivpaket für die Alterung des PP zu entwickeln. Weiters wurden die Konsequenzen der verschiedenen Additive und Stabilisatoren in unterschiedlichen Verhältnissen auf Polypropylen überprüft. Danach wurde die thermooxidative Abbau verwendeter Additive auf PP überprüft. Es sollten hier der Einfluss von Antioxidantien auf die Alterung von PP überprüft werden. Zur Alterung wurden alle Proben mit verschiedenen Additivgehalten bis zu 90 Tage bei 120oC, 135oC und 150oC in Öfen gelagert.In dieser Arbeit wurden als primäre Antioxidans bzw. Oxidationsstabilisator Irganox 1010 und als UV-Absorber Tinuvin 770 in das Polypropylen durch einen Extruder beigemischt. Durch einen Spritzgießen wurden die Zugstäbe hergestellt. Es wurden sowohl Zugversuche als mechanische Prüfung, als auch Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetrische Analyse (TGA) in Luft-/Stickstoffatmosphäre und Oxidationsinduktionszeit (OIT) als thermische Analyse durchgeführt.Eine optische Beobachtung zeigte Veränderungen der Farben, Verformungen und Oberfläche der Proben. Es wurden sowohl die Abnahme der Konzentration von Stabilisatoren in Abhängigkeit der Zeit als auch die Veränderung der Stabilisatoren und eine Veränderung des chemischen Aufbaues des Polypropylen in der FTIR Spektroskopie beobachtet. Bei der DSC Messung wurden die Schmelzenthalpien in Abhängigkeit von der Auslagerungstemperatur ermittelt. Die Ergebnisse zeigten bei der DSC die Veränderung der thermischen Eigenschaften von PP. Weiters wurden die Schmelz- und Kristallisationstemperatur während der Alterung bestimmt. Mittels OIT wurde eine Kalibrierkurve mit der Stabilisatorenkonzentrationen zum Anfangszeitpunkt vor der Auslagerung der Proben erzeugt. Die Abhängigkeit der OIT-Werte war linear und zeigte eine Abnahme der Konzentration über die Auslagerungszeit. Um den Abbauprozess und die Massenänderung des Polypropylens über die Zeit und/oder Temperatur überprüfen zu können, wurde eine TGA benutzt. Hier zeigten OIT- und TGA-Analyse einen früheren Abbau des Additives und des PP während der Alterung. Für die Bestimmung der E-Module und der Dehnung des Materials wurden Zugversuche durchgeführt. Bei den Zugversuchen wurden die Versprödung, Rissbildung und Festigkeitsverlust während der Alterung festgestellt.

As part of a research project, this submitted work will cover the topic "Aging of Plastics", since the influence of oxidation and UV stabilizers on the thermal and mechanical properties of the polypropylene are checked. The consequences and the thermo-oxidative stability of the various additives and stabilizers in different concentrations on polypropylene were checked. Then the thermo-oxidative resistance of used additives on polypropylene was tested. Hereby, the influence of antioxidants on the aging of PP will be examined. For aging, all samples with different additive contents are stored in ovens for up to 90 days at 120oC, 135oC, and 150oC.In this work, Irganox 1010 was used as primary antioxidant and oxidation stabilizer, as well as Tinuvin 770 as UV-stabilizer. Both were admixtures by a mini-Extruder, the samples and the tensile bars were produced. A tensile test as mechanical test, as well as differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) in air/nitrogen atmosphere and oxidation induction time (OIT) as thermal analysis were performed. An optical observation showed the change of colors, deformations, and surface texture of the samples. Both the decrease in the concentration of stabilizers as a function of time and a change in the stabilizers, as well as a change in the chemical structure of the polypropylene in FTIR spectroscopy, could be observed. The results showed in the DSC the change in the thermal properties of PP. The OIT shows a calibration curve for the concentrations of the stabilizers at the start time before the samples were outsourced. The OIT curve is linear and shows a decrease in concentration over the removal time. To measure the reduction and the mass change in the polypropylene over time and/or temperature a TGA was used. Here, OIT and TGA analysis showed earlier degradation of additive and the PP during aging. The tensile tests showed embrittlement, cracking, and loss of strength during aging.