Molekulare Verstärkung in Ionomerblends durch Einsatz von Füllerpolymeren auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Abstract

Durch Verwendung von auf Cellulose basierenden Polyelektrolyten wurde untersucht, ob auch mit diesen auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Polymeren ähnlich hohe Verstärkungseffekte erzielt werden können, wie mit Modell Ionomerblends, bestehend aus molekular in einer knäuelförmigen Polymermatrix dispergierten stäbchenförmigen Füllerpolymeren, wie zum Beispiel Poly(para-phenylene). Celluloseacetatphthalat (CAP) ist großtechnisch verfügbar und aufgrund seiner Carbonsäuregruppen befähigt, ionische Wechselwirkungen mit den basischen Gruppen der Matrix Poly(ethylacrylat-co-4-vinylpyridin) einzugehen, die für eine thermodynamisch stabile Mischung der Blendkomponenten notwendig sind. Hohe Young-Moduli werden durch Einsatz möglichst starrer Füllerpolymeren erzielt. Cellulose-Derivate sind semi-flexible Ketten, deren Persistenzlängen zwischen 5-20 nm liegen. Mittels gezielt abgebautem Cellulosetriacetat und anschließenden polymeranalogen Umsetzungen wird kurzkettiges, spezifisch substituiertes CAP synthetisiert. Der Verstärkungseffekt wird durch Variation des Polymerisationsgrades des Verstärkers und dem Füllgrad in den Ionomerblends untersucht.

In this approach to a practical application of molecular reinforcement, that has been found for model ionomerblends consisting of rod-like filler polymers such as poly(para-phenylene) in a coil polymer matrix, the use of cellulose based filler polymers is explored. Cellulose acetate phthalate (CAP) is commercially available. Due to the carboxylic acid groups, CAP is able to undergo ionic interactions with the basic groups of the matrix poly(ethylacrylate-co-4-vinylpyridine), which is necessary for a thermodynamically stable mixture of the blend components. High Young's moduli are achieved with rigid filler polymers. Most cellulose derivatives are semi-flexible chains with persistence lengths in the range of 5-20 nm. In this context, low-molecular CAP with well defined degrees of substitution are synthesized by controlled degradation of cellulose triacetate followed by polymer analogous conversions. The reinforcement effect is investigated for different filler contents and degrees of polymerizations of the filler.