134 / 160
EuroWire – März 2009
132
technischer artikel
Polymer die ganze Oberfläche der
Schichten verfügbar macht. Dies sollte
zu den wichtigsten Änderungen der
mechanischen
und
physikalischen
Eigenschaften führen.
Um die Strukturen der Nanoverbunde zu
charakterisieren werden zwei ergänzende
analytische
Techniken
verwendet.
Röntgenbeugung (XRD) wird eingesetzt,
um die zwischengeschalteten Strukturen
durch die Bestimmung des Abstands der
Zwischenschicht zu erkennen. Im Vergleich
zu Reinpolymeren können Nanoverbunde mit
dem Gehalt der modifizierten geschichteten
Silikate im 2 zu 10 wt% Bereich, wichtige
Verbesserungen
erbringen.
Solche
Verbesserungen bestehen in:
Mechanischen Eigenschaften, wie z. B.
•
Spannung.
Druck, Biegung und Bruch.
•
Sperreigenschaften, wie z. B. Permeabilität
•
und Lösungsmittelwiderstand.
Optische Eigenschaften.
•
Ionische Leitfähigkeit.
•
Die Eigenschaften, die Interesse erwecken,
und einer zunehmenden wissenschaftlichen
und
technologischen
Aufgeregtheit
würdig sind, beruhen auf grundlegenden
Längenskalen, die die Morphologie und
Eigenschaften dieser Materialien dominieren.
Zwischen den geschichteten Silikaten wird
durch Montmorillonit (Na+MMT) vermieden
zwischengeschaltetes Polymer zu gewinnen.
MMT ist umweltfreundlich, von Natur aus
reichlich vorhanden und kostengünstig.
Es wurde in vielen Industriebereichen
eingesetzt, dank des guten Leistungs-
Preisverhältnisses.
MMT
zeigt
Di-oktahedrale
Bleichton-
Gruppierung, bestehend aus Silikatschichten
mit einer Länge von ca. 200nm und einer
Dicke von ca. 1nm. Der Abstand zwischen
den
gestapelten
Schichten
entspricht
zirka 1nm.
Die herausragende Eigenschaft von MMT
besteht darin, daß die Silikatschichten
erweitertundsogardurchorganischeMoleküle
unter geeigneten Bedingungen delaminiert
werden können. Bei der Verarbeitung von
Polymer-/MMT-Nanoverbunden
können
daher
die
Silikatschichten
im
Nano-
bereich in der Polymermatrix verteilt und
die Verstärkungsphase lokal auf dem
Molekülniveau gebildet werden, was sich stark
von den konventionell gefüllten Verbunden
unterscheidet.
Darüber
hinaus
wurde
festgestellt,daßPolymer-/MMT-Nanoverbunde
durch konventionelle Verarbeitungstechniken
vorbereitet werden können, wie z. B. durch die
Extrusions- und Injektionsmethoden.
4 Forschung und
Entwicklung
Die Forschungstätigkeit von B & B
Compounds hat sich auf die Vorbereitung
und Charakterisierung folgender Werkstoffe
konzentriert:
Nanostrukturiertes Material mit Na+MMT.
•
Synthetisierte Mineralhydroxiden (SMHs).
•
Schwermetallfreie Systemstabilisatoren
•
Ca-Zn.
Prüfungen erfolgten mit Einsatz von zwei
Grundformulierungen vonWeich-PVC, die bei
der Ummantelung und Isolierung von Kabeln
eingesetzt werden. Im Falle der Einlagerung
von Na+MMT wurden der Dispersionsgrad
REM (Analyse im Rasterelektronenmikroskop)
(
Bild 1
) und XRD (Röntgenbeugung)
(
Bild 2
) untersucht. Wie mit den XRD- und
REM-Techniken ersichtlich ist, ist Na+MMT
abgeblättert.
Das Na+MMT-Modell mit XRD-Technik zeigt
einen Spitzenwert von 2θ=7,2, jedoch zeigt
das XRD-Modell den PVC/Na+MMT-Verbund
mit einer Verringerung der Intensität
gegenüber den niedrigeren Winkelwerten.
Mehrere Eigenschaften für Kabelanwend-
ungen wurden untersucht:
Hitzebeständigkeit – CEI 20-34
•
LOI für Flammbeständigkeit – CEI 20-22/4
•
Beschleunigte Alterung – CEI 20-34
•
Emission von HCI – CEI EN 50267-1
•
Spezifischer Durchgangswiderstand –
•
ASTM D 257
Rauchdichte – ASTM E 662
•
Temperaturindex – ISO 4589-3
•
Tabelle
1
zeigt,
daß
die
PVC/Na+
MMT-Mischung, selbst wenn abgeblättert,
einige Verminderungen dieser Eigenschaften
aufweist.
In
Bild 3
wird von der TGA (Thermo-
gravimetrische Analyse) als Gewichtsverlust
% / Temperatur berichtet. Der erste Rückgang
ist die Dehydrochlorier- ung. Der zweite
Rückgang zwischen 425° und 600°C zeigt
Anmerkung: die Abmessungen des gekennzeichneten Lehms
(Montmorillonit) entsprechen: 1mm Dicke und 100 – 500nm Breite
,
Tetrahedrale
Schicht
Tetrahedrale
Schicht
Oktahedrale
Schicht
Sauerstoffatom
Aluminium
Silizium
atom
C-axis
MMT
▲
▲
Eigenschaft
Einheiten
Füllstofftyp
Ca/Zn
Na+MMT
SMHs
Zugfestigkeit nach
168h bei 100°
MPa
15
13
10
5
15
14
Dehnung beim Bruch
nach168h bei 100°
%
380
370
140
90
390
400
Hitzebeständigkeit
Minuten
60
10
100
LOI
%O
2
29*
25
29
Emission von HCI
mg/g
190
198
150
Spezifischer Durchgangswiderstand
Ω.cm C° 20
0.06 X 10
14
0.01 X 10
14
1.2 X 10
14
Tabelle 1
▼
▼
*mit Sb
2
O
3
Bild 1
▲
▲
:
PVC/Na+MMT mit REM
Bild 2
▲
▲
:
Na+MMT und PVC/Na+MMT mit XRD