Polyurethan-Nanocomposite als Werkstoffe zur Schwingungsisolierung

Wolfgang Ziegler

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Das Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung von Nanocompositen, die über ähnliche morphologische Strukturen wie Polyurethanelastomere verfügen. Einerseits wurden neuartige Elastomerwerkstoffe aus Nanopartikeln (Hartphasen) und langkettigen Polyetherolen (Weichphasen) generiert, andererseits wurden Nanopartikel in Polyurethanelastomere eingearbeitet. Diese lagen ungebunden oder kovalent verknüpft in der Polymermatrix vor. Für die erste Strategie wurden die Funktionalisierung der Komponenten, geeignete Synthesemethoden und Vernetzungsmechanismen definiert. Der Einsatz von Polyetherolen höherer Molmasse (≥ 1000 g mol-1) als Weichphase führte zu einem Kaltkristallisationsphänomen der Polyurethanelastomere zwischen -40 und 25 °C, welches der Polyetherolkomponente zugeordnet werden konnte. Die Zugabe von niedermolekularen Diolen oder Triolen reduzierte beziehungsweise eliminierte die Kaltkristallisation. Die bei Zugabe von niedermolekularen Diolen entstehende Phasenseparation (Hart- und Weichphasen) konnte mittels TEM und AFM dargestellt werden. Die Hartphasendimensionen waren größer als erwartet (0,4 bis 1,65 µm), kristalline Superstrukturen in Form von Hartphasensphärolithen lagen vor. Die Zugabe von mehrfach funktionellen Polyolen schränkte deren Ausbildung ein. Für die neuartigen Elastomerwerkstoffe wurde die aza-Michael-Reaktion von mit Acrylatgruppen funktionalisierten Polyetherolen und Silica-Nanopartikeln mit Aminogruppen an der Oberfläche herangezogen. Die Funktionalisierung der Polyetherole war erfolgreich. Die aza-Michael-Reaktion konnte nur für niedermolekulare Reaktionspartner, nicht für hochmolekulare, umgesetzt werden. Die aza-Michael-Reaktion ist mit den definierten Komponenten als nicht geeignet für umfassende Netzwerkbildung einzustufen. Weiters wurden unmodifizierte oder mit Aminogruppen funktionalisierte Silica-Nanopartikel in Polyurethanelastomere eingearbeitet. Eine Verarbeitungsvorschrift wurde entwickelt, um die Nanopartikel zu trocknen, deren Agglomeration zu verhindern und ihre Einarbeitung in hochviskose Komponenten zu ermöglichen. Die mit Aminogruppen funktionalisierten Silica-Nanopartikel wurden hinsichtlich der Anzahl ihrer funktionellen Gruppen charakterisiert, um stöchiometrische Berechnungen der Komponenten zu ermöglichen. Die Einarbeitung verschiedener Mengen an Silica-Nanopartikeln in Polyurethane zeigte keine Änderung ihres dynamisch-mechanischen Verhaltens. Durch die kovalente Kopplung funktionalisierter Silica-Nanopartikel an die Polymermatrix konnte die mechanische Stabilität verschiedener Polyurethanelastomere bei höheren Temperaturen optimiert werden, wenn die Agglomeration der Silica-Nanopartikel eingeschränkt wurde. Bei Verwendung dispergierter funktionalisierter Silica-Nanopartikel konnte die gleiche dynamisch-mechanische Charakteristik wie durch Hartphasen, gebildet durch niedermolekulare Diole, erreicht werden.
Titel in ÜbersetzungPolyurethane-nanocomposites as materials for isolating vibrations
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Rieß, Gisbert, Mitbetreuer (intern)
  • Kern, Wolfgang, Beurteiler A (intern)
  • Pinter, Gerald Gerhard, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2019

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Polyurethanelastomer
  • Nanocomposit
  • Hartphase
  • Weichphase
  • Phasenseparation
  • Nanopartikel
  • Polyetherole
  • Kaltkristallisation
  • Hartphasensphärolithe
  • aza-Michael-Reaktion
  • Funktionalisierung
  • Acrylatgruppen
  • Aminogruppen
  • Synthese
  • Spektroskopie
  • Dynamisch-Mechanische Analyse
  • Dispergierung

Dieses zitieren