Properties and applications of epoxy-functional polyolefins synthesized by reactive extrusion

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde die di-tert-Butylperoxid initiierte Epoxy-Funktionalisierung von High Density Polyethylen (HDPE) und Polypropylen (PP) mit Glycidylmethacrylat (GMA) durch Reaktivextrusion untersucht.<br />Gepfropfte Proben wurden mit einem Miniextruder mit zwei gleichlaufenden Schnecken hergestellt. Pfropfgrad (PG) und Propfausbeute wurden mittels FT-IR Spektroskopie ermittelt. Der Einfluß der Prozessparameter, sowie der Monomer- und Initiatorkonzentrationen wurde untersucht.<br />Als optimale Prozessparameter zum Pfropfen von GMA auf Polyolefine wurden folgende Daten ermittelt: Reaktionstemperatur 210 °C (HDPE) und 260 °C (PP), Schneckendrehzahl 90 min-1 (HDPE) und 80 min-1 (PP), und Reaktionszeit 5 min (HDPE, PP). Mit ansteigender Monomer- und Initatorkonzentration erhöhte sich der DG. Beim Pfropfen von GMA auf PP wurden im Vergleich zu HDPE niedrigere DG erhalten.<br />Thermische Analysen, Zugversuche und Kontaktwinkelmessungen zeigten, dass das Pfropfen zu einem Anstieg der Bruchdehnung, einem Sinken der Kristallinität und einem Ansteigen der polaren Oberflächenenergie führte.<br />GMA gepfropftes PP wurde als Kompatibilisierungsmittel für Blends aus PP und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) verwendet.<br />Blends mit unterschiedlichen Verhältnissen von PP und EVOH wurden hergestellt. Proben mit 5 20 m% PP g GMA wurden durch reaktives Schmelzpfropfen hergestellt.<br />Die Ringöffnung der Epoxidgruppe resultierte in einer kovalenten Bindung von PP g GMA auf EVOH und wurde durch FT-IR Analysen bestätigt. Die guten Kompatibilisierungs¬eigenschaften von PP g GMA zeigten sich in den thermischen, morphologischen und mechanischen Eigenschaften der Blends.<br />Erste Expermiente zur stromlosen Metallisierung zeigten, dass Polyolefine ohne Vorbehandlung vernickelt werden konnten.<br />

In the present work, the epoxy-functionalization of high density polyethylene (HDPE) and polypropylene (PP) with glycidylmethacrylate (GMA), initiated by di-tert-butyl-peroxide by "reactive polymer processing" was investigated. Grafted samples were prepared using a co-rotating mini extrusion equipment. FT-IR spectroscopy was applied to investigate the degree of grafting (DG) and grafting yields. The effect of processing parameters and the influence of monomer and initiator concentration were investigated. The optimal processing parameters for grafting of GMA onto the polyolefins were found to be as follows: reaction temperature 210°C (HDPE) and 260°C (PP), screw speed 90 rpm (HDPE) and 80 rpm (PP), and reaction time 5 min (HDPE, PP). DG increased with increasing monomer and initiator concentration. Compared to HDPE grafting of GMA onto PP resulted in lower degrees of grafting.<br />Thermal analysis, tensile test and contact angle measurement showed that grafting resulted in an increase of elongation at break, a decrease of crystallinity and the increase of the polar part surface energy.<br />GMA grafted PP was used as compatibilizer in polypropylene and ethylene vinyl alcohol (EVOH) blends.<br />Blends were produced with different aspect ratios between PP and EVOH.<br />Samples combining 5-20 wt% PP-g-GMA were prepared by reactive melt blending. The epoxy ring opening reaction resulting in covalent bonding of PP-g-GMA to EVOH was proved by FTIR analysis. The good compatibilizing effect of PP-g-GMA was shown by thermal, morphology and mechanical properties of the blends. Preliminary electroless metallization experiments have been revealed and the epoxy-functional polyolefin could be nickel plated without any pre-treatment.<br />