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G. Gottlieb:
"Einfluss verschiedener Peroxide auf die Langkettenverzweigung von Polypropylen";
Supervisor: V. Archodoulaki, S. Stanic; Werkstoffwissenschaft, 2020; final examination: 2020-09-23.

The recycling of polypropylene - one of today´s mostly utilized polymers - causes a deterioration of the thermal and mechanical properties of the base material. The process of long-chain-branching (LCB) is a well-known method of inducing strain hardening, which could compensate this deterioration. This work focused on the reactive extrusion of polypropylene and several peroxides, thus attempting to induce an LCB process in the base material. At first formulations were created using virgin PP granule (HC600TF) and one of four peroxides each (C126, BIC, BEC and AEC of the company Pergan). These were reactively extruded using a single-screw extruder at 180°C and 240°C respectively. Two different mass-fractions of each peroxide were used (1 wt% and 0,5 wt % for C126; whereas 0,5 wt% and 0,25 wt% for AEC, BEC and BIC respectively) in order to analyze the effect of concentration. The stabilizer Irganox 1010 (0,5 wt%) was added to a part of the formulations for the further extrusion at 240°C. Virgin PP granules were also produced besides these peroxide-modified formulations with the same processing parameters. These served as reference material in the evaluation process. Samples were created for the thermal and mechanical testing. Tensile and impact test specimens were injection-molded while rheology samples were hot press molded. The elastic modulus and break elongation of the specimen were determined using (quasi)static tensile testing. Pendulum tensile test was used to measure the dynamic property tensile-impact strength. An increase of the elastic modulus and the tensile- impact strength was present for some PP+C126 formulations. High break elongations (~1000%) were measured for multiple PP+BIC materials, although the moduli and impact strength of these decreased when compared to the base material. Extensional rheology was used to examine the presence of LCB, three strain rates were used (0.1 s-1; 1 s-1; 5 s-1). All samples exhibited at 0,1 s-1 and 1 s-1 strain-hardening, however the results varied for 5 s-1. Frequency sweeps were carried out in order to analyze the displacement of the crossover-point. In the case of the BIC, BEC and AEC formulations the crossover-point shifted towards the higher frequencies, which shows a decrease of the molecular mass. A shift towards lower frequencies was only observed in case of some PP+C126 formulations.

Das Recycling von Polypropylen - eins der meistverwendeten Polymere - bewirkt eine Verschlechterung der mechanischen und thermischen Eigenschaften vom Ausgangsmaterial. Die Ausbildung von Langkettenverzweigungen (long-chain branching, LCB) ist eine bekannte Methode um eine Schmelzverfestigung des Polymers zu erzielen, wodurch der Ausgleich dieser Verschlechterung ermöglicht werden kann. In dieser Arbeit wurde Polypropylen mit der Zugabe verschiedener Peroxide reaktivextrudiert. Dadurch wurde versucht einen LCB-Vorgang im Ausgangsstoff auszulösen. Zuerst wurden Formulierungen mit dem reinen Granulat (HC600TF) und jeweils einem von vier Peroxiden (C126, AEC, BEC und BIC) der Firma Pergan hergestellt und im Einschneckenextruder bei 180°C bzw. 240°C verarbeitet. Jedes Peroxid wurde mit zwei verschiedenen Massenanteilen (1 wt% bzw. 0,5 wt% beim C126 und 0,5 wt% bzw. 0,25 wt% bei AEC, BEC und BIC) eingesetzt um den Einfluss der Konzentration analysieren zu können. Zur weiteren Verarbeitung bei 240°C wurde 0,5 wt% vom Stabilisator Irganox 1010 bei einem Teil der Formulierungen verwendet. Neben den mit Peroxiden modifizierten Formulierungen wurden auch Granulate von reinem PP mit den gleichen Verarbeitungsparametern hergestellt, diese dienten als Referenz bei der Auswertung. Es wurden Proben von jeder Formulierung für mechanische und rheologische Versuche angefertigt. Zugproben sowie Schlagzugproben wurden spritzgegossen und Rheologie- Probekörper wurden mithilfe Heißpressen hergestellt. Der Zugversuch diente zur Messung des Zugmoduls und der Bruchdehnung. Als dynamischer Parameter wurde die Schlagzugzähigkeit durch Schlagzugversuch von gekerbten Proben bestimmt. Hierbei wiesen einige PP+C126 Formulierungen eine Steigerung des Zugmoduls bzw. der Schlagzugzähigkeit im Vergleich zum reinen Material auf. Sehr hohe Bruchdehnungen (~1000%) wurden bei mehreren PP+BIC Formulierungen erreicht, obwohl das Zugmodul und Zähigkeit sich im Vergleich zum reinen PP vermindert haben. Dehnrheologie-Messungen wurden durchgeführt um das Vorhandensein von Langkettenverzweigungen zu überprüfen. Die Proben wurden bei 3 verschiedenen Dehnraten getestet (0,1 s-1; 1 s-1; 5 s-1). Alle getesteten Formulierungen wiesen bei 1 s-1 bzw. 0,1 s-1 eine Dehnverfestigung auf, bei 5 s-1 kam es zu unterschiedlichen Ergebnissen. Im letzten Schritt wurden Frequenz-Sweeps durchgeführt wobei man von der Verschiebung des Crossover-Punktes auf die Änderung der Molmasse und der Molsmassenverteilung schlussfolgern kann. Bei den BIC-, BEC- und AEC- Formulierungen verschob sich der Crossover-Punkt deutlich in Richtung der größeren Frequenzen, was eine Abnahme der Molmasse bezeichnet. Eine umgekehrte Verschiebung wurde nur bei gewissen PP+C126 Proben beobachtet.

Recycling;Polypropylene