Mikromechanische Wirkungsweise von Nanoplättchen aus Schichtsilikaten in Polymerschäumen

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In diesem Projekt soll die mikromechanische Wirkungsweise von exfolierten Tonschichtsilikaten in einer aufgeschäumten polymeren Matrix untersucht werden. Die geometrischen Verhältnisse in Polymerschäumen, dünne Stege und dünne Lamellen, lassen eine herkömmliche Verstärkung nicht optimal zu. Exfolierte Tonschichtsilikate mit Abmessungen im Nanometerbereich sind daher ideal als Verstärkungselemente für Polymerschäume geeignet. Von den bekannten Nanoverstärkungsstoffen, z. B. Carbon Nanotubes, Carbon Nanofasern oder kugelförmige SiO2 Partikel im Nanometerbereich, sind Tonschichtsilikate am preiswertesten. Das einzusetzende Tonschichtsilikat besteht aus gestapelten Plättchen, die durch einen Ionenaustausch (anorganische Ionen zwischen den Plättchen werden durch organische Oligomerionen ersetzt) gequollen und anschließend in einem Polymer exfoliert und dispergiert werden, um es dann mittels eines Treibgases zu schäumen. Die einzelnen dispergierten Plättchen haben Abmessungen in der Größenordnung von 1 nm Dicke und ca. 500 nm Durchmesser, woraus sowohl ein hohes Längen-zu-Dicken Verhältnis als auch eine sehr große Grenzfläche resultieren. Zusammen mit der hohen Festigkeit und Steifigkeit der Schichtsilikate ergibt sich ein hohes Potenzial zur Verstärkung von Kunststoffen und aufgrund der geometrischen Verhältnisse insbesondere zur Verbesserung der Eigenschaften (z. B. Steifigkeit, Permeabilität, Setzverhalten) von Polymerschäumen. Die intrinsische Versteifung von Polymerschäumen ist ein neuer Weg, um das Anwendungsfeld der Kunststoffschäume erheblich zu erweitern.