ISBN 978-3-8439-0545-9

978-3-8439-0545-9, Reihe Thermodynamik

Florian Müller
Sorption und Diffusion in glasartigen Polymeren unter Berücksichtigung der Polymermechanik (Band 3)

165 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit wurden die Löslichkeit und das Diffusionsverhalten von organischen Dämpfen (VOCs = Volatile Organic Compounds) in amorphen Polymerfilmen mit Hilfe einer gravimetrischen Sorptionsapparatur im Bereich des Glasübergangs untersucht. Durch die Massenzunahme eines Polymerfilms in einer definierten VOC-Atmosphäre konnten Sorptionsisothermen (Löslichkeitskurven) aufgenommen und analysiert werden. Als Beispiel-systeme dienten die Systeme Polystyrol/Toluol und Polyvinylacetat/Toluol bei Systemtemperaturen zwischen 25 und 70 °C und Polymerfilmdicken zwischen 15 und 50 μm.

Durch die Konzeptionierung und den Aufbau der völlig neuartigen Zugkriechversuchsanlage konnten erstmals die mechanischen Eigenschaften von VOC-beladenen Polymerfilmen in einer definierten VOC-Atmosphäre gemessen und zugänglich gemacht werden. Ein Vergleich der Kriechnachgiebigkeit VOC-freier mit der von VOC-beladenen Polymerfilmen machte es möglich, die Lage des Glasübergangs der Polymer/VOC-Mischung sehr genau zu bestimmen und eine Gleichung zur Beschreibung des Glasübergangs einer Polymer/VOC-Mischung vali-dieren zu können.

Die gemessenen mechanischen Eigenschaften (Kriechnachgiebigkeit) von VOC-beladenen Polymerfilmen konnten darüber hinaus dazu genutzt werden, die Viskosität von Polymer/VOC-Mischungen als Funktion der VOC-Konzentration im Bereich des Glasübergangs vorherzusagen. Durch die Implementierung dieser physikalisch basierten Beschreibung in ein existierendes 1D-Maxwell-Stefan-Diffusionsmodell konnten dort bislang frei wählbare mechanische Parameter ersetzt werden. Hierdurch wurde die Genauigkeit des Modells zur Berechnung von Diffusionskoeffizienten stark erhöht. Die Modellierung der Sorptionsisothermen der Beispielsysteme hat gezeigt, dass mit der neuen Beschreibung der Viskosität von Polymer/VOC-Mischungen eine physikalisch begründete Modellierung der Diffusion möglich ist. Ein Vergleich der ermittelten Diffusionskoeffizienten mit Literaturwerten zeigte eine sehr gute Übereinstimmung.