Reaktionskinetik von vernetzenden Polymeren

Mit der von uns entwickelten Software berechnen wir für Sie die optimalen Verarbeitungsparameter vernetzender Polymere für die Verarbeitung in Faser-Kunststoff-Verbunden!

Die Reaktionskinetik beschreibt mathematisch die Geschwindigkeit der auf chemisch-physikalischen Gesetzen beruhenden Reaktion nach Verlauf und Zeit. Als gemeinsamer Nenner lässt sich für Duroplaste und reaktive Thermoplaste der starke Anstieg der Viskosität im Prozessverlauf identifizieren.

Die empirische Strategie zur Findung eines Reaktionskinetikmodells ist dabei oftmals identisch. Monomer- oder Oligomerkonzentrationen werden unter Variation des Katalysators (Art und Menge) mittels thermischer Analysemethoden polymerisiert und Korrelationsgrößen für die Geschwindigkeit der Reaktion gesucht. Beispielsweise werden in der Differenzkalorimetrie (DSC) Kurvenverläufe des Wärmestroms bzw. Integrale als exotherme oder endotherme Energiebilanz mit der Reaktionsgeschwindigkeit gekoppelt.
Ziel ist es die kinetischen Parameter, Aktivierungsenergie, präexpotentieller Faktor und Reaktionsordnung  zu ermitteln.

Überblick über die unterschiedlichen Methoden

Die Firma Automation Steeg und Hoffmeyer GmbH hat eine Software-Applikation auf Basis der Borchard und Daniels Methode entwickelt. Diese ermöglicht es mit drei DSC-Messungen den Vernetzungsvorgang von vernetzenden Polymeren zu evaluieren. Als Ergebnis erhält der Kunde eine für seine Bedürfnisse optimierte Temperatur-Zeit-Funktion für einen definierten Polymerisationsgrad.
Zusätzlich kann eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden, die etwaige Schwankungen bezüglich der Verarbeitungsparameter (z.B.) im Herstellungsprozess erfasst und somit die Robustheit des Prozesses überprüft. Die Software-Applikation eignet sich ebenfalls als Werkzeug für eine Qualitätssicherung.
Eine Erweiterung des Modells für die Berechnung des Polymerisationsverhaltens von Cyclic Butylene Terephthalate ist implementiert.

CDF Mathematica

Quellen:

  • TA-Instruments: A REVIEW OF DSC KINETICS METHODS,
    http://www.tainstruments.com/library_download.aspx?file=TA073.pdf
    (7 June 2011)
  • Kamal, M. R.: Thermoset Characterization for Moldability Analysis. Polymer Engineering and Science, 14, 3 (1974), pp. 231-239
  • Steeg, M.; Mitschang, P.; Chakraborty, P.; Hartmann, T.: MODELING THE VISCOSITY AND CONVERSION OF IN-SITU POLYMERIZING PBT USING EMPIRICAL DATA. In: ICCM-17 17th International Conference on Composite Materials, Edinburgh, July 27-31, 2009
  • Steeg, M.: Prozesstechnologie für Cyclic Butylene Terephthalate im Faser-Kunststoff-Verbund. In: Prof. Dr.-Ing. Peter Mitschang (Hrsg.): IVW Schriftenreihe Band 90. Kaiserslautern: Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, 2010