Einfluss von Oxidations- und UV-Stabilisatoren auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Polypropylens

Abstract

Das Ziel der Diplomarbeit ist es, chemische und mechanische Eigenschaften von bereits verwendeten Kunststoffen aus Polypropylen (PP), sogenannten Nachgebrauchskunststoffen, zu bestimmen. Weiters wird die Auswirkung, aufgrund der Beimengung verschiedener Additive zu einem unstabilisierten Polypropylen, auf die thermisch-oxidative Beständigkeit, analysiert. Es werden dabei ein Oxidationsstabilisator (Irganox 1010) und zwei UV-Absorber (Tinuvin 770 und Chimassorb 2020) mittels Miniextruder beigemischt. Weiters wird die gegenseitige Beeinflussung zweier Additive (Irganox 1010 und Tinuvin 770) in Polypropylen untersucht. Zusätzlich wird versucht die natürliche Alterung des Nachgebrauchskunststoffes mittels Veränderung des Extrusionsvorganges (Dauer) und der Variation der Additivkonzentration nachzustellen. Für die Bestimmung der Materialeigenschaften werden Zugversuche und gängige Methoden der thermischen Analyse durchgeführt. Des Weiteren soll durch die FTIR Messung eine Standardreihe mit bekannter Additivkonzentration in Polypropylen erstellt werden, mit Hilfe der die Additivkonzentration einer unbekannten Polypropylenprobe bestimmt werden kann. Zusätzlich wird mittels FTIR Spektroskopie eine Veränderung des Additivs und eine Veränderung des chemischen Aufbaues des Polypropylens, während einer Wärmebehandlung einer mit Irganox 1010 stabilisierten Polypropylenprobe, aufgezeigt. Mit dem Zugversuch sollen mögliche Veränderungen der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes aufgrund variierender Extrusionszeiten durch eine mögliche Degradierung des Materials erfasst werden. Die thermischen Methoden werden angewendet um im Polypropylen in Abhängigkeit der Additive und deren Konzentrationen die Auswirkungen durch thermische und oxidative Vorgänge zu untersuchen. Sowohl an den Ergebnissen der OIT- (Oxidation-Induction-Time) als auch an jenen der TGA-Messung (Thermogravimetrische Analyse), der mit Irganox 1010 stabilisierten Proben, kann eine lineare Abhängigkeit zwischen der Konzentrationssteigerung der Additive (bis 3 wt.-%) und der Verbesserung der thermischen Beständigkeit erkannt werden. Die thermisch-oxidative Stabilität hat sich mit zunehmender Additivmenge sichtbar erhöht. Des Weiteren kann mittels Thermogravimetrischer Analyse nachgewiesen werden, dass sich die thermische Beständigkeit bei einem mit Irganox 1010 (0,4 wt.-%) stabilisierten Polypropylen mit zunehmender Tinuvin 770 Konzentration (bis 1 wt.-%), entgegen den Erwartungen, verschlechtert.

The aim of this work is to characterise the chemical and mechanical properties of an already used polypropylene (PP), so called post-consumer-PP. Furthermore, the influence on the thermal-oxidative resistance by adding different additives on an unstabilised polypropylene is analysed. Therefore the antioxidant Irganox 1010 and the two UV-stabilisers: Tinuvin 770 and Chimassorb 2020 are added by using a mini extruder. The synergetic influence of an antioxidant and an UV-aborber (Irganox 1010 and Tinuvin 770) in polypropylene is also analysed. Additionally, the aging of the post-consumer-PP is imitated by a variation of the extrusion time. Tensile tests and common methods of thermal analysis are performed for determination of the material properties. Furthermore, by means of FTIR analyis a standard series with known concentrations of additives in polypropylene were conducted in order to evaluate the additive concentration of unknown polypropylene samples. Additionally, the FTIR spectroscopy is used to detect a possible alteretion of the additive used and degradation effects of the polypropylene during a heat treatment of the samples stabilised with Irganox 1010. With the tensile test changes of the mechanical properties of the polymer should be detected. Such differences occour because of a variation of extrusion time and because of a possible degradation of the materials. The thermal analysis methods are used to analyse the influence of the additives and their concentration on polypropylene in case of a thermal and oxidative attack. In the results of the OIT- (Oxidation-Induction Time) as well as in those of the TGA-measurement (Thermogravimetric analysis) of a PP-sample stabilised with Irganox 1010, a linear dependence between the increase in the additive concentration (up to 3 wt.-%) and the improvement of the thermal resistance is shown. The thermal-oxidative stability thus improved with increasing additive concentration. Furthermore, the results of the thermalgravimetric analysis show 'contrary to expectation' a decrease of thermal resistance by using the additive Irganox 1010 (0,4 wt.-%) and additionally by increasing the Tinuvin 770 concentration (up to 1 wt.-%).