Oligomere Polyvinylester zur Entwicklung duktiler Polyvinylacetat-Barrierematerialien

• Oligomeric poly(vinyl esters) for the preparation of ductile poly(vinyl acetate) barrier materials

Heinze, Daniel; Möller, Martin (Thesis advisor); Mang, Thomas (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung oligomerer Polyvinylester als Additive für die Herstellung duktiler Polyvinylacetat (PVAc)-Barrierematerialien mit geringer Sauerstoff-Permeabilität über Schmelzcompoundierung und unter Einsatz von Schichtsilikaten. Als geeignete Methode zur Synthese der Polyvinylester erwies sich die Telomerisation von Vinylestern durch Zusatz von Tetrachlorkohlenstoff als Übertragungsreagenz. Die thermischen Eigenschaften der chlorierten Oligomere wurden maßgeblich durch die Seitenkettenlänge beeinflusst. Hierbei war von Bedeutung, dass der Einsatz einer längeren Seitenkette die thermische Stabilität drastisch steigerte und ab 8 C-Atomen stabile Produkte erhalten wurden. Um Polyvinylacetat problemlos verarbeiten zu können, war demgegenüber eine Reduktion notwendig.Oligomeres PVAc mit einem Polymerisationsgrad von 10 erwies sich während der Vermischung im Microcompounder als effektiver Weichmacher für kommerzielles, sprödes Polyvinylacetat und wirkte als Verträglichkeitsvermittler zur verbesserten Dispergierung eines organisch modifizierten Schichtsilikates in der PVAc-Matrix. Letzteres beruhte auf dessen kleine Molmasse und dem daraus resultierenden geringeren Trägheitsradius im Vergleich zum Schichtabstand des Füllstoffes. Hierbei präsentierte die Masterbatch-Methode das erfolgreichste Vorgehen zur Compoundierung mit den Schichtsilikaten. Auf diese Weise wurden bis zu einem Füllstoff-Gehalt von 7,5 Gew.-% weichgemachte Nanokomposite mit deutlich höherer O2-Barrierewirkung als das reine Polyvinylacetat erhalten. Im Rahmen der Arbeit wird somit gezeigt, dass mit Hilfe der Masterbatch-Methode unter Einsatz eines oligomeren Polyvinylacetats als Additiv und Bildung von Schichtsilikat-Nanokompositen die Möglichkeit besteht, duktile PVAc-Materialien mit geringer O2-Permeabilität anzufertigen. Diese Vorgehensweise eröffnet für PVAc neue Anwendungsgebiete, da sie dessen Sprödigkeit eliminiert und gegenüber der herkömmlichen Verwendung als Dispersionen lösemittelfrei und kompatibel mit gängigen Kunststoff-Verarbeitungsprozessen ist. Die weichgemachten PVAc-Folien bieten z.B. infolge der guten Schmelzverarbeitbarkeit von PVAc sowie der gegenüber Polyolefinen geringeren O2-Permeabilität eine vielversprechende Alternative als Barrierematerial. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass in den Kompositen eine Exfolierung nicht erreicht wurde und somit die hergestellten PVAc-Materialien keinen gleichwertigen Ersatz zu herkömmlichen O2-Barrierepolymeren darstellen. Für eine kommerzielle Anwendung sind zudem ein Scale-up, eine präzisere Analyse der Migration des PVAc-Oligomers und die Überprüfung von Verordnungen für Nanopartikeln unvermeidlich. Infolge der Vorteile einer Verarbeitbarkeit mittels Extrusion stellt die hier vorgestellte Masterbatch-Methode dennoch einen neuen und interessanten Weg vor, um durch Zugabe eines Oligomers mit gegenüber der Polymer-Matrix identischer Struktur die Verträglichkeit mit Schichtsilikaten zu erhöhen und gleichzeitig eine Weichmachung der Matrix zu gewährleisten. Dieses Verfahren könnte in Zukunft einen attraktiven Ansatz für weitere kommerziell wichtige Polymere repräsentieren und sollte nicht nur für PVAc intensiv erforscht werden.