Radikalisches Pfropfen von neuen Epoxy-funktionellen Monomeren auf Polypropylen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde Polypropylen durch peroxid-initiiertes radikalisches Pfropfen sowohl in Lösung als auch in Schmelze mittels Reaktivextrusion mit Epoxid-Gruppen ausgestattet, um neue Compatibilizer für Polypropylen-Blends herzustellen. Zur Anbindung an das Polypropylen-Rückgrat wurden ein epoxy-funktionelles Maleimid (MI-Epo) und ein epoxy-funktionelles Methacrylat (Met-Epo) synthetisiert. Beide besitzen einen langkettigen aliphatischen Spacer für eine bessere Verträglichkeit mit dem hydrophoben Polypropylenrückgrat. Als kommerziell erhältliches Monomer wurde Glycidylmethacrylat (GMA) zu Vergleichszwecken ebenfalls auf Polypropylen gepfropft. Für die peroxid-initiierten Pfropfversuche in Lösung und in Schmelze wurde Luperox als Initiator verwendet und der Einfluss von Monomer- und Initiatorkonzentration auf den Pfropfgrad und die Pfropfausbeute mithilfe von FT-IR-Spektroskopie untersucht.<br />Zusätzlich wurde der Funktionalisierungsgrad berechnet, eine Kenngröße, bei der im Gegensatz zum Pfropfgrad die unterschiedlichen Molekulargewichte der drei Monomere berücksichtigt werden. Beim Pfropfen in Schmelze wurde ein positiver Effekt des langkettigen aliphatischen Spacers auf den Pfropf- und den Funktionalisierungsgrad beobachtet, während beim Pfropfen in Lösung erwartungsgemäß keine Beeinflussung durch die Hydrophobierung ersichtlich war. Zusammenfassend wurde festgestellt, dass, wenn das Ziel ein hoher Funktionalisierungsgrad ist, Methacrylate mit hydrophober Molekülstruktur ungefähr gleich gut geeignet sind wie Maleimide. Bei Maleimid-Pfropfcopolymeren sind aber die Funktionalitäten gleichmäßiger verteilt, da eher Kurzkettenverzweigungen entstehen.<br />

In this work the synthesis of epoxy-functional monomers with tailored molecular structure with respect to compatibility with polyolefins and the epoxy-functionalization of polypropylene (PP) by peroxide-initiated grafting are described. An epoxy-functional maleimide (MI-Epo) containing a long-chain aliphatic spacer was synthesized in three steps, an epoxy-functional hydrophobic methacrylate (Met-Epo) in two steps. Graft copolymers were prepared by grafting in solution and by reactive extrusion with Luperox as initiator. For comparison also commercially available glycidylmethacrylate (GMA) was grafted onto PP.<br />Monomer and initiator concentrations were varied and the influence of this parameters on the degree of grafting (DG) and the grafting efficiency (GE) was studied. DG and GE were determined by FT-IR-analysis using calibration curves with mixtures of PP and the respective homopolymers. For comparison of the results also the degree of functionalization (DF) was calculated, taking into account the different molecular weights of the monomers. Grafting in melt resulted in two times higher DF of Met-Epo compared with GMA under the same reaction conditions, clearly showing the beneficial effect of the aliphatic spacer, which increases the solubility in the polymer melt, whereas in solution no influence of the spacer was observed, as expected. The highest increase of DG and DF with increasing monomer concentration showed PP-g-MI-Epo. This can be explained by the fact that maleimides do not tend to undergo thermally initiated homopolymerization. With increasing initiator concentration grafting of Met-Epo and MI-Epo led to similar DF, which can be explained by the formation of long-chain grafts in the case of Met-Epo.