The fabrication and application of semi-crystalline and thermoset-thermoplastic composite colloidal particles with well-defined microstructures

Die Zielsetzung der Arbeit besteht darin, neue Ansätze zur Herstellung strukturierter Kompositpartikel in wässrigem Medium zu entwickeln, welche als die Bildung genau definierter heterogener Strukturen in Kolloidsystemen angesehen werden können. Im Allgemeinen wurden zwei verschiedene Herangehensweisen entwickelt, die sich aufgrund des Ursprungs der gebildeten heterogenen Strukturen unterscheiden: Heterogenität oder Homogenität. Der Erste Ansatz basiert auf der Aggregation heterogener Phasen zur Bildung strukturierter Kolloidpartikel mit Heterogenität in der zugrunde liegenden Chemie, während der Zweite Ansatz auf der Bildung heterogener Phasen in Kolloidpartikeln aus homogenen Mischungen heraus durch kontrollierte Phasenseparation beruht.rnIm Detail beschäftigt sich der erste Teil der Dissertation mit einer neuen Herstellungsmethode für teilkristalline Komposit-Kolloidpartikel mit hoher Stabilität basierend auf der Aggregation flüssiger Monomertropfen an teilkristalline Polyacrylnitrilpartikel. Nach der Aggregation wurden hochstabile Dispersionen bestehend aus strukturierten, teilkristallinen Kompositpartikeln durch freie radikalische Polymerisation erhalten, während ein direktes Mischen der PAN Dispersionen mit Methacrylat-Polymerdispersionen zur unmittelbaren Koagulation führte. In Abhängigkeit von der Glastemperatur des Methacrylatpolymers führt die anschließende freie radikalische Polymerisation zur Bildung von Rasberry oder Kern-Schale Partikeln. Die auf diese Weise hergestellten Partikel sind dazu in der Lage, kontinuierliche Filme mit eingebetteten teilkristallinen Phasen zu bilden, welche als Sauerstoffbarriere Anwendung finden können.rnDer zweite Teil der Dissertation beschreibt eine neue Methode zur Herstellung strukturierter Duroplast-Thermoplast Komposit-Kolloidpartikel. Die Bildung eines Duroplastnetzwerks mit einer thermoplastischen Hülle wurde in zwei Schritten durch verschiedene, separate Polymerisationsmechanismen erreicht: Polyaddition und freie radikalische Polymerisation. Es wurden stabile Miniemulsionen erhalten, welche aus Bisphenol-F basiertem Epoxidharz, Phenalkamin-basiertem Härter und Vinlymonomere bestehen. Sie wurden durch Ultraschall mit nachfolgender Härtung bei verschiedenen Temperaturen als sogenannte Seed-Emulsionen hergestellt. Weitere Vinylmonomere wurden hinzugegeben und nachfolgend polymerisiert, was zur Bildung von Kern-Schale, beziehungsweise Duroplast-Thermoplast Kolloidpartikeln führte. Dabei findet in beiden Fällen zwischen der duroplastischen und der thermoplastischen Phase eine chemisch induzierte Phasenseparation statt, welche essenziell für die Bildung heterogener Strukturen ist. Die auf diese Weise hergestellten Kompositpartikel sind dazu in der Lage, transparente Filme zu bilden, welche unter geeigneten Bedingungen deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften im Vergleich zu reinen Duroplastfilmen bereitstellen.rn

Integration von Heizern in thermotrope flüssigkristalline Elastomer-Aktoren und deren Anwendung beim technischen Nachbau eines menschlichen Auges

Flüssigkristalline Elastomere (LCE) zeigen eine reversible Kontraktion und werden in der Literatur auch als „künstliche Muskeln“ bezeichnet. In dieser Arbeit werden sie mit einem integrierten Heizer versehen, um eine schnelle und präzise Ansteuerung zu ermöglichen. Anschließend werden diese als Aktoren zur Realisierung eines technischen Nachbaus des menschlichen Auges verwendet. rnDas einzigartige Verhalten der flüssigkristallinen Elastomere beruht auf der Kombination der Entropie Elastizität des Elastomers mit der Selbstorganisation der flüssigkristallinen Einheiten (Mesogene). Diese beiden Eigenschaften ermöglichen eine reversible, makroskopische Verformung beim Phasenübergang des Flüssigkristalls in die isotrope Phase. Hierbei ist es wichtig eine homogene Orientierung der Mesogene zu erzeugen, was in dieser Arbeit durch ein Magnetfeld erreicht wird. Da es sich um ein thermotropes flüssigkristallines Elastomer handelt, werden in dieser Arbeit zwei Ansätze vorgestellt, um den LCE intern zu heizen. Zum einen werden Kohlenstoffnanoröhren integriert, um diese über Strahlung oder Strom zu heizen und zum anderen wird ein flexibler Heizdraht integriert, welcher ebenfalls über Strom geheizt wird. rnUm den technischen Nachbau des menschlichen Auges zu realisieren, ist die Herstellung einer flüssigkristallinen Iris gezeigt. Hierzu wird ein radiales Magnetfeld aufgebaut, welches eine radiale Orientierung des Mesogene ermöglicht, wodurch wiederum eine radiale Kontraktion ermöglicht wird. Außerdem sind zwei Konzepte vorgestellt, um eine Elastomer Linse zu verformen. Zum einen wird diese mit einem ringförmigen LCE auseinandergezogen und somit abgeflacht. Zum anderen sind acht Aktoren über Anker an einer Linse angebracht, welche ebenfalls eine Vergrößerung der Linse bewirken. In beiden Fällen werden LCE mit dem zuvor präsentierten integrierten Heizdraht verwendet. Abschließend ist das Zusammensetzen des technische Nachbaus des menschlichen Auges dargestellt, sowie Aufnahmen, welche mit diesem erzeugt wurden.

Evaluating the reinforcement of inorganic fullerene-like nanoparticles in thermoplastic matrices by depth-sensing indentation

The reinforcing effect of inorganic fullerene-like tungsten disulfide (IF-WS2) nanoparticles in two different polymer matrices, isotactic polypropylene (iPP) and polyphenylene sulfide (PPS), has been investigated by means of dynamic depth-sensing indentation. The hardness and elastic modulus enhancement upon filler addition is analyzed in terms of two main contributions: changes in the polymer matrix nanostructure and intrinsic properties of the filler including matrix-particle load transfer. It is found that the latter mainly determines the overall mechanical improvement, whereas the nanostructural changes induced in the polymer matrix only contribute to a minor extent. Important differences are suggested between the mechanisms of deformation in the two nanocomposites, resulting in a moderate mechanical enhancement in case of iPP (20% for a filler loading of 1%), and a remarkable hardness increase in case of PPS (60% for the same filler content). The nature of the polymer amorphous phase, whether in the glassy or rubbery state, seems to play here an important role. Finally, nanoindentation and dynamic mechanical analysis measurements are compared and discussed in terms of the different directionality of the stresses applied.

Thermoplastic Polymer Nanocomposites Based on Inorganic Fullerene-like Nanoparticles and Inorganic Nanotubes

Using inorganic fullerene-like (IF) nanoparticles and inorganic nanotubes (INT) in organic-inorganic hybrid composite, materials provide the potential for improving thermal, mechanical, and tribological properties of conventional composites. The processing of such high-performance hybrid thermoplastic polymer nanocomposites is achieved via melt-blending without the aid of any modifier or compatibilizing agent. The incorporation of small quantities (0.1-4 wt.%) of IF/INTs (tungsten disulfide, IF-WS2 or molybdenum disulfide, MoS2) generates notable performance enhancements through reinforcement effects and excellent lubricating ability in comparison with promising carbon nanotubes or other inorganic nanoscale fillers. It was shown that these IF/INT nanocomposites can provide an effective balance between performance, cost effectiveness, and processability, which is of significant importance for extending the practical applications of diverse hierarchical thermoplastic-based composites.

Multiscale-fiber-reinforced thermoplastic composites incorporating carbon nanotubes: A review

This article reviews recent literature on hierarchical thermoplastic-based composites that simultaneously incorporate carbon nanotubes (CNTs) and conventional microscale fibers, and discusses the structure?property relationships of the resulting hybrids. The mixing of multiple and multiscale constituents enables the preparation of materials with new or improved properties due to synergistic effects. By exploiting the outstanding mechanical, thermal and electrical properties of CNTs, a new generation of multifunctional high-performance composites suitable for a wide variety of applications can be developed.

Investigation of standards, performance characteristics, and evaluation criteria for thermoplastic piping in residential plumbing systems /

"Sponsored by Office of Policy Development and Research, Department of Housing and Urban Development."

Thermoplastic striping with improved durability and snowplow resistance : executive summary and draft specifications /

Mode of access: Internet.

Joint Army, Navy, Air Force conference on elastomer research and development : proceedings /

Includes bibliographies.

Epoxy thermoplastic pavement marking material : specification and testing.

Mode of access: Internet.

Long-term in vivo biostability of poly(dimethylsiloxane) / poly(hexamethylene oxide) mixed macrodiol-based polyurethane elastomers

The long-term biostability of a novel thermoplastic polyurethane elastomer (Elast-Eon(TM) 2 80A) synthesized using poly(hexamethylene oxide) (PHMO) and poly(dimethylsiloxane) (PDMS) macrodiols has been studied using an in vivo ovine model. The material's biostability was compared with that of three commercially available control materials, Pellethane(R) 2363-80A, Pellethane(R) 2363-55D and Bionate(R) 55D, after subcutaneous implantation of strained compression moulded flat sheet dumbbells in sheep for periods ranging from 3 to 24 months. Scanning electron microscopy, attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy were used to assess changes in the surface chemical structure and morphology of the materials. Gel permeation chromatography, differential scanning calorimetry and tensile testing were used to examine changes in bulk characteristics of the materials. The results showed that the biostability of the soft flexible PDMS-based test polyurethane was significantly better than the control material of similar softness, Pellethane(R) 80A, and as good as or better than both of the harder commercially available negative control polyurethanes. Pellethane(R) 55D and Bionate(R) 55D. Changes observed in the surface of the Pellethane(R) materials were consistent with oxidation of the aliphatic polyether soft segment and hydrolysis of the urethane bonds joining hard to soft segment with degradation in Pellethane(R) 80A significantly more severe than that observed in Pellethane(R) 55D. Very minor changes were seen on the surfaces of the Elast-Eon(TM) 2 80A and Bionate(R) 55D materials. There was a general trend of molecular weight decreasing with time across all polymers and the molecular weights of all materials decreased at a similar relative rate. The polydispersity ratio, M-w/M-n, increased with time for all materials. Tensile tests indicated that UTS increased in Elast-Eon(TM) 2 80A and Bionate(R) 55D following implantation under strained conditions. However, ultimate strain decreased and elastic modulus increased in the explanted specimens of all three materials when compared with their unimplanted unstrained counterparts. The results indicate that a soft, flexible PDMS-based polyurethane synthesized using 20% PHMO and 80% PDMS macrodiols has excellent long-term biostability compared with commercially available polyurethanes. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Morphology and properties of thermoplastic polyurethane nancomposites incorporating hydrophilic layered silicates

Hydrophilic layered silicate/polyurethane nanocomposites were prepared via twin screw extrusion and solvent casting. Good dispersion and delamination was achieved-regardless of processing route, illustrating that the need for optimised processing conditions diminishes when there is a strong driving for de for intercalation between the polymer and organosilicate. Evidence for altered polyurethane microphase morphology in the nanocomposites was provided by DMTA and DSC. WAXD results suggested that the appearance of an additional high temperature melting endotherm in some melt-compounded nanocomposites was not due to the formation of a second crystal polymorph, but rather due to more well-ordered hard microdomains. Solvent casting was found to be the preferred processing route due to the avoidance of polyurethane and surfactant degradation associated with melt processing. While tensile strength and elongation were not improved on organosilicate addition, large increases in stiffness were observed. At a 7 wt% organosilicate loading, a 3.2-fold increase in Young's modulus was achieved by solvent casting. The nanocomposites also displayed higher hysteresis and permanent set. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.