Chemische Modifikation von Kunststoffen zur Verbesserung der Verbundhaftung in der Mehrkomponentenspritzgießtechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Vorhabens wurden Methoden zur reaktiven Kompatibilisierung inBlends und Verbunden aus PP und PA6 bzw. PP und PET erarbeitet. In der ersten Projektphase konnten feste Verbünde aus PA6 und PPgMAn-Blends im Zwei-KSpritzgießen hergestellt werden. Beachtenswert ist, dass durch die Anpassung der Massetemperatur des reinen mit Maleinsäureanhydrid-modifizierten PP als erster Komponente und Anspritzen mit PA 6 hohe Verbundfestigkeiten erzeugt werden konnten. Die morphologischen Untersuchungen zeigten hier ein Anschmelzen des Blends beim Anspritzen mit der zweiten Komponente. Die thermischen Randbedingungen für das Stattfinden von chemischen Reaktionen an der Grenzfläche der beiden Materialien sind so gegeben. Verbünde aus anderen kommerziell erhältlichen mit MAn gepfropften Polyolefinen und PA6 wiesen deutlich niedrigere bzw. keine Verbundfestigkeiten auf. In der zweiten Projektphase wurde untersucht, inwieweit sich die Methoden zur reaktiven Kompatibilisierung in Blends und Verbunden auf das System PP/PET übertragen lassen. Zwei Schritte, die Umsetzung von PPgMAn mit Amin und die radikalische Pfropfung von Vinylformamid an PP wurden verfolgt. Zur Umsetzung mit Amin wurde das PPgMAn mit unterschiedlichen funktioneilen Verbindungen modifiziert. Sowohl die Verwendung von Diamin als auch Jeffaminen führte nicht zu kompatibilisierten Blends. Im ersten Fall erwies es sich als schwierig Vernetzungen zu vermeiden. Im zweiten Fall führte die Umsetzung mit Jeffamin zu funktionalisierten Blends, bei denen jedoch keine kompatibilisierende Wirkung mit PET eintrat. Vermutlich war hier der gekoppelte Jeffamin-Anteil zu gering. Die aus PPgVFA und dessen Hydrolyse- bzw. Thermolyseprodukte (Aminogruppen) und PET hergestellten Blends zeigten in Theologischen Untersuchungen bis auf einen Fall (PPgVFA-50) keine Anzeichen für die Bildung von Verzweigungen und erwiesen sich im Ergebnis von DSC-Untersuchungen als unverträglich. Die Umwandlung in Aminogruppen ist bisher nur ansatzweise gelungen. Haftfeste Verbünde aus PET und dem entsprechend modifizierten PP konnten nicht gewonnen werden. Der Einsatz der Plasmabehandlung der PP-PET-Blends als erster Komponente zur Einbringung zusätzlicher funktioneller Gruppen in den Verbundbereich zeigte keine signigfikanten Verbesserungen der Verbundeigenschaften. Es konnten nur geringfügig höhere Verbundfestigkeiten, speziell bei Verbunden mit TPU, erreicht werden. Da es sich bisher als unmöglich erwies, die eine oder andere Komponente mit reaktiven freien Aminogruppen für die Verbundbildung auszurüsten, wurde schließlich untersucht, inwieweit eine reaktive Haftvermittlerschicht die Verbundbildung unterstützen kann. Dazu wurden unterschiedliche reaktive Polymere als Haftvermittler eingesetzt. Es zeigte sich, dass eine Schicht aus hochmolekularem, hochverzweigtem PEI eine sehr gute kompatibilisierende Wirkung hatte. Die Aminogruppen des PEI reagieren sowohl mit den Anhydridgruppen im PPgMAn als auch mit den Estergruppen des PET unter Ausnutzung der Schmelzetemperatur der zweiten Komponente. Verbundfestigkeiten von über 15 N/mm2 wurden erreicht. Im Rahmen des Vorhabens konnten originär unverträgliche Kunststoffe, wie PP und PA 6 bzw. PP und PET durch gezielte Modifikation und Oberflächenbehandlung eines Verbundpartners erreicht werden. Grundlegende Aspekte zum reaktiven Ablauf der Modifikation sowie zu Einflüssen der Verarbeitung und Fertigung im Mehrkomponentenspritzgießen konnten aufgezeigt und mit den gemessenen Verbundeigenschaften korreliert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Lurz, A.; Amesöder, S.; Ehrenstein, G. W.; Nagel, J.: PA 6/PP-Verbünde im 2K-Spritzguß durch chemische Modifizierung, GAK 59 (2006) 7, S. 447-453
- Nagel, J.; Scheidler, D.; Hupfer, B.; Bräuer, M.; Lehmann, D.; Amesöder, S.: Investigations on the formation of composites by injection molding of PA6 and different grafted polypropylenes and their blends, Journal of Applied Sciences 100 (2006), S. 2992-2999
