Kinetik der selektiven Benetzung von Carbon Nanotubes (CNT) in Kautschukblends

• Antragsteller: Dr.-Ing. Hong Hai Le
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239403382

Zur Erreichung definierter anwendungstechnischer Eigenschaften der Reifenmischungen werden in der Praxis häufig Blends aus unterschiedlichen Kautschuken hergestellt. Die Einarbeitung von CNT in Kautschukblends ist ein sehr erfolgversprechender Weg zur gleichzeitigen Nutzung der bekannten Vorteile von Polymerblends mit Leitfähigkeits-/Antistatikausrüstung und weiterer mechanischer Verstärkung von CNT. Die Einstellung der CNT-Kautschuk-Grenzflächeneigenschaften wird vorzugsweise durch die chemische Modifizierung der CNT-Oberfläche und/oder Funktionalisierung der Kautschukmatrix realisiert. In letzter Zeit wird die Anwendung von ionischen Flüssigkeiten (IL) als potentieller Oberflächenmodifikator für CNT in Kautschukkompositen intensiv erforscht. Im Gegensatz zur chemischen Modifizierung können jedoch die physikalischen Kation-Pi-Bindungen zwischen IL-Molekülen und CNT-Oberfläche im Mischprozess thermodynamisch bedingt gelöst und durch direkte CNT-Kautschuk-Bindungen ersetzt werden, was zu einem ganz anderen Benetzungsverhalten der CNT in Kautschukmischungen führt. Die gezielte Einstellung der physikalischen Eigenschaften der Komposite durch die Kontrolle der Füllstoff-Kautschuk-Grenzphase wird dadurch schwierig, insbesondere in mehrphasigen Kautschukblends. Zudem fehlt es bisher an einer konsistenten Methode zur quantitativen Charakterisierung der Strukturbildung der Grenzphase im Mischprozess der gefüllten Kautschukblends.Aus wissenschaftlicher und anwendungstechnischer Sicht liegt das Ziel des Forschungsvorhabens in der Weiterentwicklung des in vorangegangenen Vorarbeiten für ruß- und silicagefüllte Kautschukblends etablierten Benetzungskonzepts und Z-Modells zur Beschreibung der Kinetik der phasenselektiven CNT-Benetzung in binären Kautschukblends. Dabei soll die Bildung der Füllstoff-Kautschuk-Grenzphase unter Berücksichtigung der Anwesenheit von ionischer Flüssigkeit qualitativ und quantitativ charakterisiert werden. Die Aufklärung der Zusammenhänge zwischen der molekularen Struktur der Blendkomponenten, den technologischen Mischbedingungen und der selektiven CNT-Benetzung, -Dispergierung und -Verteilung sowie den anwendungstechnischen Eigenschaften der gefüllten Kautschukblends ist der Schwerpunkt des Projektes. Die Aufgaben des Forschungsantrages mit der Zielstellung der Schaffung von Grundlagenerkenntnissen zum selektiven Benetzungsverhalten von CNT in Kautschukblends sind wissenschaftlich neu und gehen über den gegenwärtigen Stand der Forschung deutlich hinaus. Die umfassenden Kenntnisse und langjährigen Erfahrungen am IPF Dresden zur chemischen und physikalischen Füllstoffmodifizierung bei der Materialentwicklung in Kombination mit der Kompetenz vom Antragsteller in der Beschreibung und Aufklärung der im Mischprozess gefüllter Kautschukblends ablaufenden Vorgänge ergänzen sich in idealer Weise. Ihre bisherige enge Zusammenarbeit stellt eine Basis für die erfolgreiche Projektbearbeitung dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Sven Henning