Zur Seitenansicht
 

Titelaufnahme

Titel
Nanomaterials used for immobilization of polymer antioxidants / eingereicht von DI Sabrina Weigl
VerfasserWeigl, Sabrina
Begutachter / BegutachterinPaulik, Christian ; Brüggemann, Oliver
ErschienenLinz, Mai 2016
Umfangviii, 97 Blätter : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusamenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Nanomaterialien / Polymer Antioxidantien / Immobilisierung / multi-walled carbon nanotubes / cellulose nanocrystals
Schlagwörter (EN)nanomaterials / polymer antioxidants / immobilization / multi-walled carbon nanotubes / cellulose nanocrystals
Schlagwörter (GND)Nanostrukturiertes Material / Polymere / Antioxidans / Immobilisierung / Mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhre / Cellulose / Nanokristall
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-9650 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
Dateien
Nanomaterials used for immobilization of polymer antioxidants [3.69 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Englisch)

Polymers tend to react with oxygen and therefore require stabilization for most applications. For that purpose polymer antioxidants are used to protect polymers from oxidation and degradation. However, antioxidants are known to migrate and diffuse out of polymer matrices and are physically lost. They can contaminate the surrounding of the polymer, for example drinking water in water pipeline systems. One approach to hinder antioxidant loss is to immobilize antioxidants on other additive molecules with reduced migration. Therefore, antioxidants are covalently linked to molecules with a high molecular weight which results in hindered migration. In this thesis two different nanomaterials - multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and cellulose nanocrystals (CNC) - are used as supporting materials because of their additional beneficial effects on polymeric materials. MWCNT are known to enhance mechanical, electrical, thermal, optical, and electrochemical properties of polymers in polymer-nanocomposites. Phenolic antioxidants were covalently grafted to MWCNT by amide bond formation on oxidized nanotubes. The degree of chemical functionalization was verified by thermogravimetric analysis and qualitative characterization was performed with FT-IR, raman spectroscopy, and NMR analysis. MWCNT-immobilized antioxidants were compounded with isotactic and amorphous polypropylene and their stabilization effect was tested by means of oxidation induction time measurements. It was found that the method of stabilizer addition strongly influences the dispersion of antioxidants within polymeric materials, which is discussed along with its impact on the stabilization effect. CNC are bio-based and non-toxic and improve mechanical, optical, and barrier properties of polymeric materials. Two different synthesis strategies for the chemical functionalization of CNC with antioxidant groups were performed. The first includes a carboxymethylation step followed by amide bond formation. The second was realized by an ester bond formation via an antioxidant acid chloride. To improve the dispersion of CNC immobilized antioxidants in non-polar polymeric matrices additional aliphatic groups were introduced. The products were qualitatively characterized by FT-IR, solid-state NMR, thermogravimetric analysis, and if possible X-ray diffraction. The degree of functionalization was verified by quantitative titrations and the stabilization effect was determined by oxidation induction time measurements in squalane. The resulting MWCNT- and CNC-immobilized antioxidants possess a stabilizing effect which is influenced by several parameters. Beside the structure of the antioxidant itself, a homogeneous dispersion and its solubility within the polymer matrix are important.

Zusammenfassung (Deutsch)

Polymere können ungewollt mit Sauerstoff reagieren, weshalb sie für die meisten Anwendungen mit Antioxidantien geschützt werden müssen. Diese verhindern die Oxidation und den Abbau der Materialien über verschiedene Mechanismen. Antioxidantien können durch Polymere diffundieren und migrieren, wodurch sie teilweise verloren gehen. Dies ist zum Beispiel für Wasserrohre problematisch, da Trinkwasser mit Polymerstabilisatoren kontaminiert werden kann. Die Immobilisierung von Antioxidantien an anderen migrationsstabilen Polymeradditiven ist eine Möglichkeit um den Verlust von Antioxidantien zu reduzieren. Die Antioxidantien werden dabei kovalent an Moleküle mit großem Molekulargewicht gebunden, was die Migration verhindert. In der vorliegenden Arbeit werden zwei verschiedene Nanomaterialien - multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) und cellulose nanocrystals (CNC) - als Trägermaterialen eingesetzt, da beide zusätzlich zum Immobilisierungseffekt die Eigenschaften von Polymeradditiven positiv beeinflussen. MWCNT beeinflussen die mechanischen, elektrischen, thermischen, optischen und elektrochemischen Eigenschaften von Polymer-Nanokomposit Materialien positiv. Phenolische Antioxidantien wurden über amidische Bindungen kovalent an oxidierte MWCNT gebunden. Die qualitative Charakterisierung erfolgte über FT-IR, Raman und NMR Spektroskopie und der Funktionalisierungsgrad wurde über Thermogravimetrie bestimmt. MWCNT-immobilisierte Antioxidantien wurden in isotaktisches und amorphes Polypropylen compoundiert und die stabilisierende Wirkung mittels oxidativer Induktionszeit getestet. Die erzielten Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Einmischmethode die Verteilung der Antioxidantien in der Polymermatrix beeinflusst, welche sich wiederum auf den stabilisierenden Effekt auswirkt. Die bio-basierten und ungiftigen CNC verbessern die mechanischen, optischen und Barriereeigenschaften von Polymermaterialen. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Synthesewege zur Funktionalisierung von CNC mit Antioxidantien durchgeführt. Der erste erfolgte über eine Amid-Bindung an Carboxymethyl-CNC und der zweite über eine Ester-Bindung mittels eines Antioxidant-Säurechlorids. Es wurden zusätzliche aliphatische Gruppen an die Produkte geknüpft um die Dispergierbarkeit in apolaren Polymeren zu verbessern. Die qualitative Charakterisierung erfolgte über FT-IR, Festkörper-NMR, Thermogravimetrie und wenn möglich Röntgendiffraktion und der Funktionalisierungsgrad wurde mittels quantitativen Titrationen ermittelt. Die stabilisierende Wirkung wurde mittels oxidativer Induktionszeit in Squalan bestimmt. Die synthetisierten MWCNT- und CNC- immobilisierten Antioxidantien zeigen, dass sie eine stabilisierende Wirkung besitzen, welche von mehreren Faktoren abhängig ist. Die homogene Dispersion und Löslichkeit in der Polymermatrix spielen neben dem Antioxidans selbst eine große Rolle.