Untersuchung zur kontinuierlichen Schmelzefunktionalisierung eines PP-PE-Blends im Doppelschneckenextruder mithilfe eines Atmosphärendruckplasmas

N. Reinhardt | Masterarbeit | Schlagwörter: Atmosphärendruckplasma, Compoundierung, Schmelzefunktionalisierung | 53 Seiten, 55 Abbildungen, 10 Tabellen, 55 Quellen

Wie eine Vielzahl anderer Kunststoffe auch sind die beiden Polyolefine Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) aufgrund ihrer Unverträglichkeit schlecht miteinander mischbar. Um die Verträglichkeit zu erhöhen werden im Zuge der Aufbereitung kostenintensive Kompatibilisatoren benötigt, welche an die Grenzflächen zwischen den Blendpartnern migrieren und über physikalische oder chemische Bindungen eine Verträglichkeitssteigerung bewirken. Ausschlaggebend sind hierbei die funktionellen Gruppen der Kompatibilisatoren. Entsprechende funktionelle Gruppen können auch mithilfe einer Plasmafunktionalisierung eingebracht werden. Auf erstarrten Kunststoffoberflächen wird eine derartige Modifizierung in einem separaten Prozessschritt mit Atmosphärendruckplasmen realisiert. Durch die reaktive Spezies des Atmosphärendruckplasmas kann hierbei sowohl die Bedruckbarkeit der Oberfläche als auch die Adhäsion zwischen zwei Kunststoffbauteilen verbessert werden.

In der Arbeit wird die Plasmafunktionalisierung, welche sich bei der Oberflächenmodifikation bewährt und als Stand der Technik etabliert hat, in den Compoundierprozess integriert. Durch die kontinuierliche Funktionalisierung der Blends in der Schmelze soll die Verträglichkeit von unverträglichen Blendpartnern erhöht und somit insbesondere die mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Das Ziel der Arbeit liegt im Aufzeigen und Verstehen der Wechselwirkungen zwischen dem Atmosphärendruckplasma und der Schmelze eines PP/PE-Blends. Hierbei soll zum einen der Einfluss der Funktionalisierung auf die Materialeigenschaften aufgezeigt werden und zum anderen die Frage geklärt werden, inwiefern die Prozessparameter die Plasmafunktionalisierung beeinflussen.

Der Versuchsaufbau sieht eine Plasmadüse vor, welche in eine teilgefüllte Zone des Doppelschneckenextruders ragt und die Schmelze kontinuierlich mit Atmosphärendruckplasma funktionalisiert. Mit dem um die Schmelzefunktionalisierung erweiterten Compoundierprozess werden PP/PE-Blends mit unterschiedlicher Zusammensetzung und bei Variation von Drehzahl, Durchsatz sowie des Temperaturprofils hergestellt. Zur Beurteilung des Plasmaeinflusses existiert zu jedem Versuchspunkt ein Referenzpunkt ohne Plasmaeinwirkung. Nach der Compoundierung und Weiterverarbeitung werden die Blends einer rheometrischen, optischen, thermischen und mechanischen Analyse unterzogen.Die Ergebnisse werden in Form von Hypothesen aufgearbeitet und anhand weiterer Versuchsreihen mit direkter Folienextrusion und identischen Analysemethoden auf ihre Gültigkeit überprüft. Die Parameter werden hierbei um den Ort der Plasmafunktionalisierung, die Eintauchtiefe der Plasmadüse sowie um andere Blendpartner-Typen erweitert.

Die abschließende Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass das Atmosphärendruckplasma und die Variation der Prozessparameter die ermittelten Kennwerte in unterschiedlichem Maße beeinflussen: Das Plasma hat im Rahmen der kontinuierlichen Schmelzefunktionalisierung einen uneinheitlichen Einfluss auf die Kennwerte, der sich zudem als nicht signifikant herausstellt. Die mitunter deutlichen Veränderungen der Kennwerte aufgrund der Variation der Vielzahl von Parametern kann auf die Materialdaten der Blendpartner oder aber auf die allgemeingültigen Kausalitäten im Doppelschneckenextruder zurückgeführt werden. Der Transfer der Plasmaanwendung in den kontinuierlichen Aufbereitungsprozess zur Steigerung der Verträglichkeit der Blendpartner konnte im Rahmen der Untersuchungen und anhand der ausgewählten Blendpartner daher nicht erfolgreich vollzogen werden.

Diese Arbeit können Sie über die IKV-Bibliothek bestellen.

Kennziffer: M-17-019
Sprache der Veröffentlichung: Deutsch

Die Arbeit wurde am IKV betreut von: Maximilian Adamy, M.Sc.

>> Arbeit jetzt bestellen