Nonisothermal thermophysical evaluation of polypropylene/natural rubber based TPEs: Effect of blend ratio and dynamic vulcanization

Abstract

Der nicht-isotherme Schmelzkristallisationsprozess von Polypropylen (PP) und thermoplastischen Elastomeren (TPE) aus Naturkautschuk/Polypropylen (NR/PP) wird anhand des Ozawa makrokinetischen Modells in Abhängigkeit von Mischungsverhältnis und dynamischer Vulkanisation der Kautschuksphase beschrieben. Es wurde festgestellt, dass mit steigender Kühlrate die Kristallisationstemperatur Tc und die Halbwertzeit der Kristallisation t1/2 verringert werden. Dynamische Vulkanisate zeigen einen ähnlichen Trend bei der Kristallisation wie reines PP. Die Kristallisationsgeschwindigkeitskonstante und der Ozawa Exponent wurden für verschiedene Temperaturen mit der Methode der linearen Regression unter Verwendung der Ozawa Analyse ermittelt. Der Ozawa Exponent(n0)zeigte mit fortschreitender Kristallisation Unterschiede in den Werten. Für reines PP ergaben sich für n0 Änderungen von 1,4 (102 °C) bis 3 (112 °C). Die n0 Werte für die NR / PP 50/50 Mischung waren höher (z.B. 4,1 bei 116 °C). Die Kristallisationsgeschwindigkeitskonstante KO zeigt ein Maximum bei einem relativen Kristallinitätsgrad von 0,5. Die höchste Kristallisationsgeschwindigkeitskonstanten wurden bei NR/PP 50/50 TPE ermittelt. Weiter zeigte sich dass die Aktivierungsenergie für die Schmelzkristallisation mit dem Grad der Umwandlung sowie mit der Menge an NR in dem TPE variiert. Zu Letzt wurde die Korrelation der Kristallisation mit der Morphologie des Blends ermittelt.

Ozawa macrokinetic model is applied to describe the nonisothermal melt crystallization process of polypropylene (PP), in natural rubber/polypropylene (NR/PP) thermoplastic elastomers (TPEs) as a function of blend ratio and dynamic vulcanization of the rubber phase. It was found that as cooling rate increases, the crystallization temperature Tc and half time for crystallization t1/2 get diminished. Dynamic vulcanizates show a similar trend in crystallization as that of neat PP. Crystallization rate constant and Ozawa exponent were found out for different temperatures by linear regression method using Ozawa analysis. Ozawa exponent, nO, showed variation in values when the conversion proceeded. For neat PP, the value of nO changes from 1.4 (102°C) to 3 (112°C). The nO values for NR/PP 50/50 blend were higher (e.g. 4.1 at 116°C). Crystallization rate constant KO shows a maximum at 0.5 relative crystallinity. The highest crystallization rate constants were found for NR/PP 50/50 TPEs. The activation energy for the melt crystallization was found to vary with the degree of conversion, as well as with the concentration of NR in the TPEs. Finally, attempts have been made to correlate the crystallization process with morphology of the blend.