Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3981
Main Title: Rheology, Processing and Properties of Polymer Nanocomposites Based on POSS and Boehmite
Translated Title: Rheologie, Verarbeitung und Eigenschaften von Polymer-Nanokompositen aus POSS und Böhmit
Author(s): Mohammed, Nabilah Adel
Advisor(s): Fleck, Claudia
Referee(s): Wagner, Manfred H.
Schnabel, R.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Zwei verschiedene Arten von polyhedral oligomerische Silsesquioxane (POSS), Oktaisobutyl POSS (Oib POSS) und Trisilanolphenyl POSS (Tsp POSS) wurden mit Polyäthylene (LDPE) niederer Dichte und mit linearer Polyäthylene niederer Dichte (LLDPE) bei unterschiedlichen Temperaturen auf einem Brabender Plastograph verschmolzen. Mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) wurde der Einfluss der Vermischungstemperatur auf den Dispersions-Zustand der Oib POSS und Tsp POSS Nanopartikel in PE Matrixe bestimmt. Große Agglomerate der Größe 5 - 10 Mikrometer wurden in LDPE/Oib POSS Schmelzen, die bei 175°C und 200°C hergestellt wurden, beobachtet. Dagegen verringerte sich ihre Größe auf ungefähr 1 Mikrometer nach einer Teilschmelze bei 270°C. Die Ergebnisse belegen, daß die Kompatibiltät von LLDPE mit Oib POSS größer ist als mit LDPE. SEM Bilder von Tsp POSS Nanokomposite zeigten, daß sich POSS-Nanopartikel Agglomerate in Submikrometerbereich in allen Proben bildeten. Aber der Grad der Agglomeratisierung in LLDPE/Tsp POSS und LDPE/Tsp POSS Nanokompositen wurde mit steigender Mischtemperatur bis zum Schmelzpunkt der Tsp POSS verringert. Weiterhin wurden Frequenzablauf-Messungen durchgeführt, um das rheologische Verhalten der Nanokomposite zu untersuchen. Eine Verringerung der komplexen Viskosität wurde nach Zugabe von Oib POSS Nanopartikel zu LDPE und LLDPE Matrixe beobachtet. Die Abnahme der komplexen Viskosität von LDPE war bei einer Mischtemperatur von 270°C stärker ausgeprägt, während eine Zugabe von Tsp POSS die komplexe Viskosiät vergrößerte. Tsp POSS und Oib POSS Nanopartikel wurden in PP, LLDPE und LDPE mittels einer Einschneckenextruders bei unterschiedlichen POSS Zusammensetzungen eingeführt. Die Eigenschaften dieser Nanokomposite wurden untersucht. Die Dehnuntersuchungen zeigten, daß der Zugmodul von PP, LLDPE und LDPE durch Zugabe von POSS Nanopartikel verbessert wurde, aber von einer Abnahme der Zugfestigkeit begleitet wurde. Das Verformungsverhalten von PE wurde bei Vorhandensein von POSS verbessert, dagegen hängte das Verformungsverhalten von PP von der Art der POSS ab. Komposite von LLDPE und LDPE mit zwei Arten von Böhmiten, BA40 und BA80, mit unterschiedlichen Kristallgrößen wurden mittels einer Einschneckenextruders präpariert und untersucht. Es wurde festgestellt, daß die Eigenschaften der PE/BA Komposite stark von der Art des Polyäthylens abhängen, während es zwischen PE/BA40 und PE/BA80 Kompositen keine signifikanten Unterschiede gab. Die komplexe Viskosität des LLDPE blieb nach Zugabe von BA Partikel unverändert, im Falle des LDPE stieg sie. Also war die Kompatibilität von BA Partikel mit LLDPE besser als mit LDPE. Dementsprechend verbesserte sich die Zugfestigkeit im Falle der LLDPE Komposite, aber verschlechterte sich für LDPE Komposite, währenddessen das Verformungsverhalten bei beiden Arten von PE sich verbesserte.
Two different types of polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS), octaisobutyl POSS (Oib POSS) and trisilanolphenyl POSS (Tsp POSS), were melt blended with low density polyethylene (LDPE) and linear low density polyethylene (LLDPE) at different processing temperatures on a Brabender plastograph. Scanning electron microscopy (SEM) was used to determine the effect of mixing temperature on the dispersion state of Oib POSS and Tsp POSS nanoparticles in PE matrices. Large agglomerates with sizes of 5-10 μm were observed in LDPE/Oib POSS blends prepared at 175°C and 200°C, but the size of the agglomerates was reduced to approximately 1μm when the nanoparticles were partially melted during processing at 270°C. The results indicate that the compatibility of LLDPE with Oib POSS is better than with LDPE. SEM images of Tsp POSS nanocomposites show that POSS nanoparticles form agglomerations of sub-micrometer sizes in all the samples. However, the level of agglomerations in LLDPE/Tsp POSS and LDPE/Tsp POSS nanocomposites is decreased with increasing the mixing temperature up to the melting temperature of Tsp POSS. Moreover, frequency sweep tests were carried out to study the rheological behavior of the nanocomposites. A decrease in the complex viscosity was observed by addition of Oib POSS nanoparticles to LDPE and LLDPE matrices. The reduction in the complex viscosity of LDPE was more pronounced at a mixing temperature of 270°C, while the addition of Tsp POSS increased the complex viscosity of PE. Tsp POSS and Oib POSS nanoparticles were incorporated into PP, LLDPE and LDPE by use of a single screw extruder at different POSS contents, and the properties of the nanocomposites were investigated. From the tensile test results it is found that the tensile modulus of PP, LLDPE and LDPE is enhanced by addition of POSS nanoparticles, but this increase is accompanied by a reduction of the tensile strength. The flexural properties of PE are improved in the presence of POSS, whereas the flexural properties of PP depend on the type of POSS. Composites of LLDPE and LDPE with two types of boehmite, BA40 and BA80, with different crystalline size were prepared using a single screw extruder, and their properties were investigated. It is found that the properties of PE/BA composites strongly depend on the type of polyethylene, while there is no significant difference between PE/BA40 and PE/BA80 composites. The complex viscosity of LLDPE is unchanged with addition of BA particles, while it increases in the case of LDPE. Also, the compatibility of BA particles with LLDPE is better than with LDPE. Accordingly, it was found that the tensile properties improve in the case of LLDPE composites, but decreases for LDPE composites, whereas the flexural properties are improved for both types of PE.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-48574
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4278
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3981
Exam Date: 6-Feb-2014
Issue Date: 16-May-2014
Date Available: 16-May-2014
DDC Class: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): Böhmit
Nanokompositen
Polyethylen
Polypropylen
Rheologie
Boehmite
Nanocomposites
Polyethylene
Polypropylene
POSS
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Series: Schriftenreihe Kunststoff-Forschung
Series Number: 80
ISBN: 978-3-7983-2681-1
ISSN: 2197-814X
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