The structure property relationships of heterophasic ethylene-propylene-copolymers

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia heterofaasisten eteeni-propeenikopolymeerien rakenteen ja siitä seuraavien ominaisuuksien välisiä riippuvuussuhteita. Heterofaasisten kopolymeerien rakennetta, siitä seuraava morfologian kehitystä ja lopulta mekaanisia ominaisuuksia tutkittiin muokkaamalla dispergoitavaa faasia sekä matriisia. Työssä nähtiin tärkeänä ymmärtää Ziegler- Natta- ja metalloseenikatalyyteistä johtuva ero polymeerin rakenteeseen ja näin ollen myös sitä seuraaviin tuotteen ominaisuuksiin.

Työn ensimmäinen osa koostui kirjallisuustyöstä, jossa käytiin läpi metalloseenikatalyyteillä valmistettujen polymeerien viimeisimpiä tutkimustuloksia. Tämä sisälsi lyhyen katsauksen matriisina käytettyyn homopolypropeeniin, sekä eteeni-a-olefiinikopolymeereihin.

Kokeellisessa osuudessa tutkittavien materiaalien rakennetta muokattiin seuraavasti: ensinnäkin, kopolymeerin koostumusta muokkaamalla (eteenipitoisuus 10 - 68 p- %), toiseksi, kopolymeerin molekyylipainoa vaihtelemalla ja kolmanneksi, matriisipolypropeenin sulavirtaa muokkaamalla.

Materiaalien rakennetta tutkittaessa käytettävät testimenetelmät olivat: 13C NMR, FT-IR, DSC, SIST ja GPC. Tämän jälkeen tutkittiin materiaalien reologisia ominaisuuksia, faasien vuorovaikutuksia (DMTA) ja morfologiaa (TEM). Lopulta katsottiin, miten nämä tekijät vaikuttavat tuotteen mekaanisiin ominaisuuksiin, kuten isku- (Charpy, IFWI) ja taivutuslujuuteen.

Tuloksista havaittiin, että metalloseenikatalyyteillä valmistetuissa polymeereissa rakennevirheet, kuin myös komonomeeri ovat satunnaisesti jakautuneina koko polymeeriketjuun. Tästä seuraa, että polypropeenin lamellipaksuus pienenee ja vastaavasti sulamislämpötila laskee. Vastaavasti eteenipropeenikopolymeereillä tämä synnyttää homogeenisen, enimmäkseen amorfisen dispersion ilman Ziegler-Natta materiaaleille tyypillistä "core-shell"- rakennetta heterofaasisissa materiaaleissa. Materiaalit muuttuivat sitkeiksi alle 0 °C lämpötilassa ja, mikä tärkeintä, käyttäytyivät samalla tavalla iskulujuuskokeissa laajalla koostumusalueella (eteenipitoisuus kopolymeerissa 32 - 68 p- %). Niinpä todettiin, että metalloseenikatalyyteillä valmistetuilla materiaaleilla faasien väliset vuorovaikutukset ovat merkittävästi erilaiset kuin Ziegler-Natta materiaaleilla. Toinen mielenkiintoinen tulos oli matriisin molekyylipainon alentamisesta seuraava faasien parempi vuorovaikutus ja täten parantuneet iskulujuusominaisuudet.

Lopuksi tutkittiin mahdollisuuksia käyttää pienen mittakaavan ruiskupuristinta uusien materiaalien kehityksessä. Tämä osa sisälsi morfologian sekä mekaanisten ominaisuuksien tutkimisen.