Synthese von Modellpolymeren für molekular verstärkte Ionomerblends und Werkstoffeigenschaften

Abstract

Durch Mischen von knäuelförmigen Matrixpolymeren mit kettensteifen Füllerpolymeren können in Bezug auf das Matrixpolymer immense Young-Modulsteigerungen erzielt werden. Die aus entropischen Gründen vorherrschende Inkompatibilität zwischen stäbchen- und knäuelförmigen Blendkomponenten wird durch das Einführen von gegensätzlich geladenen Ionomeren überwunden, deren Ladung mittels ionogenen Säure- bzw. Basegruppen im Füller- bzw. Matrixpolymer durch Protonenaustausch bei der Blendbildung generiert werden. Grundlegende Erkenntnisse auf dem Gebiet der molekularen Verstärkung sind bereits in früheren Arbeiten erworben worden. So konnte anhand eines Blendsystems bestehend aus Poly(ethylacrylat-co-4-vinylpyridin) als Matrixpolymer und Poly(paraphenylensulfonsäure) PPPSH als Füllerpolymer die Abhängigkeit des Verstärkungseffekts entsprechender Ionomerblends von der Kettenlänge des Füllerpolymers experimentell bestimmt werden. Die zunächst ansteigenden Young-Moduli und der anschließende Übergang in ein Plateau bei Erreichen der Persistenzlänge des Verstärkerpolymers kann mit Hilfe der Kombination aus der Halpin-Tsai-Gleichung und der „fuzzy cylinder“ Theorie qualitativ verstanden werden. Auf ähnliche Weise konnte der Zusammenhang zwischen Molekülgestalt und dem Verstärkungseffekt untersucht und beschrieben werden, indem meta- bzw. para-verknüpfte Poly(arylen/pyridylen-ethinylene) als Füllerpolymere in einer sulfonierten Polystyrolmatrix P(S-co-SSH) eingesetzt wurden. Die vorliegende Arbeit fußt auf den bereits erhaltenen Ergebnissen und erweitert durch systematische Variation der Füllergestalt das Verständnis für die herrschenden Gesetzmäßigkeiten und die einzelnen Einflussgrößen, die bei der molekularen Verstärkung in Ionomerblends den Verstärkungseffekt beeinflussen.

By blending coil-like matrix polymers and rod-like filler polymers an extraordinary increase of the Young's-moduli with respect to the matrix polymer can be achieved. The entropycaused incompatibility of rod-like and coil-like polymer blend components is overcome by introducing contrary charged ions, whose charges are generated during the blending process due to a proton exchange reaction by acidic and basic groups attached to the filler and matrix polymer. Principles of molecular reinforcement have already been found in recent years. The influence of the chain length of the polymeric filler on the reinforcement effect of ionomer blends consisting of poly(ethylacrytlate-co-4-vinylpyridine) as matrix polymer and poly(para-phenylene sulfonic acid) could be shown experimentally. The initially increasing Young's-moduli and its transition to a plateau value when reaching the persistence length of the filler polymer can be understood qualitatively by applying a combination of the Halpin-Tsai equation and the "fuzzy cylinder" theory. In a similar manner, the connection between the filler's shape and the reinforcement effect could be described and shown experimentally, by employing meta- and para-linked poly(arylene/pyridylene-ethinylene) as filler polymers in a sulfonated polystyrene matrix. The present work is based on the already existing results and expands the knowledge about the principles and the parameters influencing the molecular reinforcement effect, by systematic variation of the filler.