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Mikrozelluläre Nanokompositschäume geringer Dichte, nukleiert durch kohlenstoffbasierte Nanofüllstoffe – Herstellung, Eigenschaften und Schaumverhalten

Die Nachfrage an energieeffizienten Häusern führt zu einer erhöhten Nachfrage der Bau- und Konstruktionsindustrie an polymeren Schaumstoffen mit hervorragenden Wärmedämmeigenschaften. Voraussetzung hierfür ist die Herstellung von mikrozellulären oder, im besten Fall, nanozellulären Schäumen mit niedriger Dichte. Das Erreichen des oben genannten Ziels bringt natürlich einige Herausforderungen mit sich, wie die richtige Auswahl des Schaumbasismaterials, der Nukleierungsmittel, der Verarbeitungsbedingungen sowie der Verarbeitungstechniken.

Diese Arbeit skizziert einen systematischen Ansatz zur Realisierung von Schäumen mit niedriger Dichte auf Basis von Polystyrol (PS), Polymethylmethacrylat (PMMA) und einem Blend beider Materialien durch Zugabe von kohlenstoffbasierten Füllstoffen wie Ruß (CB), thermisch-reduzierten Graphitoxid (TRGO) und Talk (anorganischer Füllstoff) als Zell-Nukleierungsmittel. Die Schäumexperimente wurden im Batch-Schäumprozess und im Schaumextrusionsverfahren durchgeführt.

Darüber hinaus wurden Schäume niedriger Dichte mit hohen Volumenexpansionsverhältnisssen realisiert, insbesondere durch das Blenden von PS mit PMMA. Die CO2 -phile Eigenschaft (die hohe Affinität von PMMA zu Kohlenstoffdioxid aufgrund des Carbonyl-Sauerstoffs) von PMMA wurde ausgenutzt, um Zell- und Nukleierungsdichten von 1010 Zellen/cm3 zu realisieren. Mikrozellular-extrudierte PMMA-Schäume mit mittleren Zellgrößen von ca. 7 µm bei einer Dichte von 190 kg/m3 konnten mit TRGO erzielt werden. Außerdem wiesen die extrudierten Schaumstoffe mit geringer Dichte, die mit PS sowie PMMA realisiert wurden, homogene Zellmikrostrukturen auf und die Zellgrößenverteilungen folgten einer Gauß-Verteilung. Der Wert der Wärmeleitfähigkeit von extrudierten PS/TRGO Nanokompositschäumen war gegenüber des reinen Polystyrolschaumstoffs (Referenzmaterial) und Styrodur® C (ein im Handel erhältlicher extrudierter Polystyrolschaumstoff von der BASF) um 8 % bzw. 3 % überlegen.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Chimezie Okolieocha

Chimezie Okolieocha
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Universität Bayreuth

Informationen

Freie Schlagwörter: Nanozelluläre Schäume, Mikrozelluläre Schäume, Zellnukleierung, Wärmeleitfähigkeit, Knudsen-effekt, Nanofüllstoffe, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Blend.
Institut / Lehrstuhl: Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth
Sprache: Englisch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt, Prof. Dr. Hans-Werner Schmidt
Erscheinungsjahr: 2019
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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