Durch das Pfropfen von Maleinsäureanhydrid auf Polypropylen konzentriert sich Coace auf die Verbesserung der Grenzflächenmorphologie und der Gasbarriereeigenschaften von Mischungen aus Polypropylen (PP) und Polyethylenterephthalat (PET). Eine stärkere Kompatibilität zwischen PP und PET wird dank des Pfropfverfahrens zu besseren mechanischen Eigenschaften und Barriereeigenschaften führen. Die Vorteile des Pfropfens von Maleinsäureanhydrid auf Polypropylen werden erörtert, ebenso wie die Auswirkungen auf die Grenzflächenmorphologie und die Gasbarriereeigenschaften von Mischungen aus PP und PET.

1. Verständnis von PP- und PET-Gemischen

Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften sind Polypropylen (PP) und Polyethylenterephthalat (PET) zwei der am häufigsten verwendeten Polymere. Aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Strukturen kann das Mischen dieser beiden Polymere jedoch zu einer schlechten Grenzflächenhaftung führen. Eine geringere mechanische Festigkeit und geringere Gasbarriereeigenschaften sind die Folge dieses schwachen Kontakts. Diese Probleme können durch die Pfropfung von Polypropylen mit Maleinsäureanhydrid gelöst werden.

2. Pfropfung von Maleinsäureanhydrid auf Polypropylen

Um die Pfropfen von Maleinsäureanhydrid auf Polypropylenmüssen die Ketten des Polypropylens reagieren. Dieses Verfahren verbessert die Kompatibilität des Polypropylen-Grundgerüsts mit PET durch Hinzufügen funktioneller Gruppen aus Maleinsäureanhydrid. Schmelzpfropfung, Lösungspfropfung und reaktive Extrusion sind einige der Techniken, die zur Vervollständigung des Pfropfungsprozesses eingesetzt werden können. Eine dritte Komponente, ein so genannter Kompatibilisator, wird häufig eingesetzt, um inkompatible Polymere zu mischen, indem die Eigenschaften der Mischungsoberfläche verbessert werden. Um die Grenzflächenhaftung zwischen Polypropylen (PP) und Polyethylenterephthalat (PET) zu verbessern, wird in dieser Studie mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen (PP-g-MAH) als Kompatibilisierungsmittel verwendet, um Hochleistungsfolien mit Wasserdampfsperreigenschaften herzustellen.  

Abbildung 1: REM-Aufnahme einer Mischung aus 60% PET und 40% PP (1) und einer Mischung aus 60% PET, 37,5% PP und 2,5% PP-g-MAH (2)

  Die Mischung ohne Zugabe von PP-g-MAH weist deutliche Fehler auf, wie die Abbildung zeigt. Die schlechte Kompatibilität zwischen den beiden wird durch das Vorhandensein der körnigen PP-Phase angezeigt, die durch diese Fehler als Poren dargestellt wird. Die Oberflächenhaftung wird verringert; außerdem ist das Copolymer gleichmäßiger verteilt und hat weniger Fehler mit der Zugabe von PP-g-MAH, was dazu beiträgt, den Eintritt von Gasmolekülen zu begrenzen.  

Abbildung 2 Wasserdampfdurchlässigkeit verschiedener Mischungen, reines PP und reines PET

Die Wasserdampfdurchlässigkeit der Mischungen ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Abbildung zeigt, dass von allen Mischungen die Wasserdampfdurchlässigkeit der Mischungen mit PP-g-MAH höher ist als die von reinem PP und den Mischungen ohne Kompatibilisator. Die Wasserdampfdurchlässigkeit der Mischungen mit dem Kompatibilisator Die Mischung mit 2,5% PP-g-MAH hat die niedrigste Wasserdampfdurchlässigkeit, was darauf hindeutet, dass die Zugabe von PP-g-MAH die Grenzflächeneigenschaften der Mischung verbessert und die Wasserdampfbarriere erhöht.

3. Auswirkungen auf die Morphologie der Grenzflächen

Die Grenzflächenmorphologie von PP- und PET-Mischungen wird durch das Aufpfropfen von Maleinsäureanhydrid auf Polypropylen verbessert. Die kovalenten Bindungen, die die funktionellen Gruppen des Maleinsäureanhydrids mit PET eingehen, tragen zur Erhöhung der Grenzflächenhaftung bei. Dies verringert die Phasentrennung und verbessert die mechanischen Eigenschaften des Blends, indem es zu einer gleichmäßigeren Dispersion von PET in der PP-Matrix führt.

4. Verbesserung der Gasbarriereeigenschaften

Die Gasbarriereeigenschaften von PP- und PET-Mischungen werden auch durch das Aufpfropfen von Maleinsäureanhydrid auf Polypropylen verbessert. Die Gasdurchlässigkeit des Gemischs wird durch die verbesserte Grenzflächenhaftung verringert. Die funktionellen Gruppen in Maleinsäureanhydrid wirken als Barrieren, die die Diffusion von Gasen durch den Kontakt verhindern. Für Anwendungen, die hohe Gasbarriereeigenschaften erfordern, wie z. B. Verpackungsmaterialien, ist diese Verbesserung besonders hilfreich.

5. Optimierung der Veredelungsbedingungen

Die Pfropfungsbedingungen müssen verbessert werden, um die erforderlichen Verbesserungen der Grenzflächenmorphologie und der Gasbarriereeigenschaften zu erzielen. Die Effizienz des Pfropfverfahrens kann durch Variablen wie Pfropftemperatur, Reaktionszeit, Maleinsäureanhydridkonzentration und Initiatortyp beeinflusst werden. Die wünschenswerten Eigenschaften der PP- und PET-Mischungen und die maximale Pfropfungseffizienz werden durch eine angemessene Optimierung gewährleistet. Um die Grenzflächenmorphologie und die Gasbarriereeigenschaften von PP- und PET-Mischungen zu verbessern, kann Maleinsäureanhydrid auf Polypropylen gepfropft werden. Funktionelle Maleinsäureanhydridgruppen werden hinzugefügt, um die Kompatibilität von PP und PET zu verbessern, was zu einer höheren mechanischen Festigkeit und einer geringeren Gasdurchlässigkeit führt. Um die erforderlichen Vorteile zu erzielen, müssen die Pfropfbedingungen verbessert werden. Diese Methode ist sehr vielversprechend für eine Vielzahl von Anwendungen, z. B. für Verpackungsmaterialien, bei denen eine verbesserte Grenzflächenmorphologie und Gasbarriereeigenschaften entscheidend sind.