Modifizierung von Kunststoffen mit Nanodomänen

Diese Arbeit beschäftigt sich in zwei Teilen mit zwei Problemen der Thermoplaste im Rahmen dieser Konkurrenz der anorganischen und organischen transparenten Werkstoffe. Bei beiden Themen werden die Thermoplaste mit Phasenbildenden Additiven modifiziert werden, und zwar möglichst so, daß die Transparenz nicht verlorengeht. Deshalb werden die Phasen des Additivs nanoskopisch klein gestaltet, so daß sie kein Licht streuen. Beiden Themen sind weiterhin gemeinsam, so daß die synthetische Problemlösung mit Hilfe von Techniken der heterogenen Polymerisation in wässrigen oder alkoholischen Medien angegangen wird. In Teil I werden Versuche geschildert, mit Hilfe von Elastomeren Nanodomänen transparent-schlagzähe Thermoplaste herzustellen. Spröde Thermoplaste wie Polystyrol (PS) und seine Acrylnitrylcopolymeren (SAN) oder Polymethylmethacrylate (PMMA) werden schon seit langem erfolgreich mit Elastomeren schlagfest ausgerüstet. Dabei verlieren sie aber ihre Transparenz, weil das Elastomere in dispergierten Domänen vorliegt, die Licht streuen. Nach einer neuen Theorie, dem Modell der präkavitierten Thermoplaste, sollten aber ganz besonders kleine, nanoskopische Elastomerdomänen ebenfalls in der Lage sein, den Sprödbruch zu verhindern, und zwar nicht durch Mikrocrazing, sondern durch duktiles Scherfließen. Das Modell sagt voraus, daß auch ein spröder Thermoplast, wenn seine Matrix mit ausreichend kleinen Poren in hinreichend kurzem Abstand zueinander aufgelockert wird, unter Zug oder Schlag duktil fließt, anstatt spröd zu brechen. Wegen der Auflockerung durch Poren wird der Thermoplast präkavitiert genannt. Statt echter Nanoporen, die koaleszieren würden, müssen elastomere Nanopartikel als Pseudoporen verwendet werden. In Teil II dieser Arbeit wurden Studien zur Erhöhung des Brechungsindex in Thermoplasten mit hochbrechenden Nanopartikeln durchgeführt. Die Wahl des Füllers fiel auf nanoskopisches TiO2, das zu den höchstbrechenden Metalloxiden gehört, die noch farblos sind. Nanoskopisches Titandioxid mit Partikeldurchmessern von 4-13 nm wurde mit einer Variante des Sol-Gel-Prozesses in DMAc-Dispersionen hergestellt, wobei es erstmals gelang, besonders konzentrierte NanoTiO2-Dispersionen mit einem Gehalt von 20 Gew.-% TiO2 zu realisieren. Die NanoTiO2-Partikel wurden in vernetzte polymere Mikropartikel eingeschlossen. Die submikroskopischen Mikropolymerpartikeln mit einem NanoTiO2-Gehalt bis zu 20 Gew.-% wurden durch Emulsionspolymerisation hergestellt. Filme und Extrudate dieser Mikropolymer-NanoTiO2-Hybridkugeln waren trotz kleiner Cluster der TiO2-Partikel transparent und wiesen erhöhten Brechungsindices auf