Pfropfen von Glycidylmethacrylat auf HD-PE durch Reaktiv-Spritzguss

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, HD-PE mittels "Reaktiv-Spritzguss" durch Peroxid-initiiertes radikalisches Pfropfen von Glycidylmethacrylat (GMA) mit Epoxid-Gruppen auszurüsten und die chemischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften der Produkte zu untersuchen.<br />Pfropfversuche wurden zu Vergleichszwecken sowohl in Lösung in 1,2-Dichlorbenzol als auch in Schmelze mittels Reaktiv-Spritzguss durchgeführt, wobei Di-tert-Butylperoxid und Di(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhex-3-in als Initiatoren zum Einsatz kamen. Initiator- und Monomer-Konzentrationen wurden variiert und der Einfluss dieser Parameter auf Pfropfgrad, Restmonomer- und Homopolymer-Gehalt untersucht. Pfropfgrade und Pfropfausbeuten wurden mittels FT-IR-Spektroskopie, die mechanischen und thermischen Eigenschaften durch Zugversuche, TGA- sowie DSC-Messungen analysiert und der Restmonomer-Gehalt mittels TGA bestimmt.<br />Es zeigte sich, dass sich die Zusammensetzungen der Pfropfprodukte in weitem Umfang, abhängig von den eingesetzten Initiator- und Monomer-Konzentrationen, veränderten. Durch Erhöhung der Initiator-Konzentration konnte der Pfropfgrad gesteigert werden. Auch eine Steigerung der Monomer-Konzentration führte zunächst zu einer Zunahme des Pfropfgrades, bei höheren Konzentrationen nahm dieser jedoch wieder ab. Als Folge davon änderten sich der E-Modul, die Kristallinität sowie das Schmelz- und Abbauverhalten, wobei der Restmonomer-Gehalt den größten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften nimmt. Die Kristallinität zeigte eine starke Abhängigkeit vom Pfropfgrad. Das Abbauverhalten wurde auch durch die Zusammensetzung beeinflusst, wobei kein genereller Trend festzustellen war. Einen starken Einfluss auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften nehmen Nebenreaktionen der Pfropfung wie Vernetzung und [beta]-Spaltung.

In this work, the free radical grafting of Glycidylmethacrylate (GMA) onto HD-PE, initiated by Di-tert-butyl-peroxide and Di(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhex-3-ine, was studied.<br />Experiments were carried out in solution with 1,2-Dichlorobenzene as solvent and by reactive injection moulding. Monomer- and initiator-concentrations were varied and the influence of these parameters on the grafting yields and the content of residual monomer and homopolymer of GMA were studied. Additionally the mechanical and thermal properties of the grafting products were determined. Grafting yields were analyzed by FT-IR-spectroscopy, the residual monomer content by TGA, and the mechanical and thermal properties by means of tensile tests, TGA, and DSC. It was found, that the compositions of the grafted products were subject to change in a wide range depending on the initial concentrations of monomer and initiator. Grafting yields could be raised by increasing the initial content of peroxide as well as of monomer, the addition of high monomer concentrations lead to a decrease of the grafting yields. The amount of homopolymer and monomer residuals was varied by varying the monomer- and initiator-concentrations, too. Consequently the Youngs-Modulus, crystallinity, and the melting and degradation behaviour varied as well as function of the composition, whereby the content of monomer residuals showed the highest impact on the mechanical properties, while the crystallinity was subject to change as a function of the grafting yield. The degradation behaviour was affected by the composition of the grafted products, too, whereby no generally valid conclusions could be drawn. The results indicated a significant impact on the mechanical and thermal properties by the formation of crosslinks between the PE-chains and [beta]-cleavage reactions.