Zähigkeitseigenschaften von Celluloseacetat und Celluloseacetat-Blends

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Zähigkeitseigenschaften von Cellulosediacetat und dessen Blends. Es wurden hierbei die intrinsichen (Einfluss der Molmasse des verwendeteten Cellulosediaceats) und extrinsischen (Weichmachung und Blenden von Cellulosediacetat) Faktoren untersucht, die Einfluss auf die Zähigkeitseigenschaften von Cellulosediacetat ausüben. Weiterführend wurde untersucht, in welchem Maß die Zähigkeitseigenschaften des Cellulosediacetats von dessen β-Relaxation abhängen und in wie weit sich die β-Relaxation durch extrinsische Faktoren beeinflussen lässt. Ebenfalls wurde der Einfluss der Prüfbedingung, wie die Temperatur und die Dehngeschwindigkeit, auf die Zähigkeitseigenschaften geprüft. Durch die Zugabe von Weichmachern (15 – 40 Gew.-%) in Cellulosediacetat konnte dessen Bruchdehnung unter quasi-statischer Belastung im Zugversuch erhöht werden. Es zeigte sich, dass mit sinkender Molmasse die Bruchdehnung des Cellulosediacetats zunimmt. Bruchmechanische Untersuchungen zeigten ebenfalls eine Zunahme der Bruchzähigkeit mit steigendem Weichmacheranteil. Die β-Relaxation des CDAs kann durch die Zugabe von Weichmachern beeinflusst werden. Mit zunehmenden Weichmacheranteil verschiebt sich die β-Relaxation des Cellulosediacetats zu geringeren Temperaturen. Da nachgewiesen werden konnte, dass die Zähigkeitseigenschaften des CDAs mit dessen β-Relaxation korrelieren, verschiebt sich der Spröd-Zäh-Übergang, bei der Untersuchung der Schlag- und Kerbschlagzähigkeit, ebenfalls zu geringeren Temperaturen. Das Blenden von Cellulosediacetat mit thermoplastischen Urethanen (TPUs) führte zu thermodynamisch nicht mischbaren Blends. Die Bruchdehnung des CA/TPUBlends blieb annähernd konstant, bis mit einem TPU-Anteil von > 10 Gew.-% diese unter dem Referenzwert lag. Die Schlagzähigkeit des Cellulosediacetats konnte mit TPU-Anteilen von 2,5 bzw. 5 Gew.-% leicht verbessert werden. Mit steigendem Anteil an TPU und somit steigender Partikelgröße und Verteilungsbreite sank die Schlagzähigkeit jedoch deutlich ab. Bei der Untersuchung der Bruchzähigkeit konnte trotz schlechter Phasenanbindung des TPUs (REM-Untersuchungen) eine stetige Zunahme bis zu einem TPU-Anteil von 10 Gew.-% verzeichnet werden. Untersuchungen mittels REM zeigten, dass es trotz der Zugabe von Kompatibilisatoren zu keiner verbesserten Phasenverträglichkeit und somit zu keiner verbesserten Adhäsion zwischen den beiden Blendpartnern, dem TPU und dem CDA, kommt. Durch die Zugabe des Kompatibilisators, welcher ebenfalls eine Weichphase darstellt, erhöht sich die Konzentration der Weichphase im CDA. Mit steigender Kompatibilisatorkonzentration nimmt der Partikeldurchmesser der Weichphase (TPU) zu und die Verteilungsbreite steigt ebenfalls an. Beides führt zu einer Verringerung Bruchdehnung und zu schlechteren Schlag- und Kerbschlagzähigkeiten.