Bestimmung der Dispersionsqualität von Nanopartikeln in Kunststoffen

An Kompositen, die Zinkoxid als Nanopartikel enthalten und auf verschiedenen Wegen mit Hilfe eines Doppelschneckenextruders hergestellt worden sind, wurde mit ausgewählten Methoden die Qualität der Nanopartikeldispergierung bestimmt. Die verschiedenen Verfahren und Parameter, welche verwendet wurden um die Nanokomposite herzustellen, wurden bewertet. Durch Viskositätsmessungen konnte ermittelt werden, dass Schnecke 2, die aus drei Knetblockzonen und auch aus abgeschliffenen Elementen besteht, eine gute Dispersionsqualität der Zinkoxidpartikel erzeugt wird, wenn bei der Compoundierung ein niedriger Füllgrad eingestellt ist. Mit den Messungen der Schmelzfließraten durch das Schmelzindex-Prüfgerät konnte eine schlechte Dispersionsqualität bei dem Verwenden von NanoFix-Pulver und einem niedrigen Füllgrad ermittelt werden. Die Aufnahmen des Rasterelektronenmikroskops haben klar gemacht, dass beim Verwenden von Masterbatch eine gute Verteilung der Zinkoxidpartikel vorliegt. Durch ein Programm für die optische Bildauswertung zur Partikelanalyse, welches die REM-Bilder ausgewertet hat, ist deutlich geworden, dass die besten Parameter für eine möglichst gute Dispersion an Zinkoxidpartikel mit Schnecke 2, NanoFix-Pulver und niedrigen Scherkräften bei der Compoundierung erzielt wurden. Der Zugversuch lieferte keine eindeutigen Ergebnisse. Es konnte jedoch herausgefunden werden, dass durch Schnecke 3, die drei Knetblockzonen und keine abgeschliffenen Elemente besitzt, mit Dry Blend und hohen Scherkräften eine gute Dispersionsqualität erreicht wird. Schnecke 1, die nur eine Knetblockzone aufweist, erzielt bei Masterbatch und hohen Scherkräften oder NanoFix-Pulver und niedrigen Scherkräften die beste Verteilung der Zinkoxidpartikel in dem Komposit. An Folien die aus den Nanokompositen hergestellt wurden, konnten mit einem UV/VIS-Spektralphotometer Absorptionswerte im UV-Bereich gemessen werden. Diese Messungen ergaben, dass die Dispersionsqualität bei einem hohen Füllgrad gut und bei dem Verwenden von Dry Blend schlecht ist. Andererseits haben Druckfiltertests allerdings deutlich gemacht, dass die Verwendung von Dry Blend gut für die Dispersionsqualität ist. Weiter ist durch diese Messungen klar geworden, dass das Verwenden von NanoFix-Pulver zu einer schlechten Dispersion an Zinkoxidpartikeln in den Kompositen führt. Beim Zusammenfassen der Ergebnisse aller Methoden ist herausgekommen, dass die beste Dispersionsqualität an Zinkoxidpartikeln im Komposit mit Schnecke 1, hohem Füllgrad, hohen Scherkräften und Masterbatch erreicht wurde. Die schlechtesten Ergebnisse lieferten Schnecke 3, niedriger Füllgrad, niedrige Scherkräfte und das NanoFix-Pulver.