Kompositwerkstoffe auf Basis von Cellulosen, Cellulosefasern, Zucker und Ausschnitten aus Silikaten

Abstract

Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung und Herstellung eines Kompositwerkstoffes (organisch-anorganisch) auf Basis von Cellulose und Ausschnitten aus Silikaten. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Derivatisierung der Cellulosefasern ohne deren Aktivierung bzw. Auflösung in herkömmlichen Lösungsmitteln, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Cellulosefasern im Kompositwerkstoff erhalten blieben. Als Derivatisierungsmittel wurden hierbei organofunktionelle Silane eingesetzt, um einen möglichst hohen Vernetzungsgrad sowie eine Temperaturstabilität des Komposits zu erreichen. Dabei wurde zunächst Tetraethoxysilan (TEOS) mit den Cellulosefasern bei Raumtemperatur silyliert und anschließend unter Zugabe einer Natriumhydroxidlösung (20 Gew-%) zum vernetzen gebracht. Durch dynamisch-mechanische Thermoanalysen (DMTA) wurde festgestellt, dass mit TEOS der Komposit einen spröden und mäßig temperaturstabilen Werkstoff ergab. Unter Kombination mit Glycidoxypropyltriethoxysilan (GPTES) in einem Verhältnis TEOS:GPTES von 8:1 konnten die Schlagzähigkeit sowie das Temperaturverhalten gegenüber Cellulose-Polyester- bzw. Cellulose-Epoxydharz-Systemen deutlich verbessert und übertroffen werden.

Aim of this thesis was the investigation and establishing of a composite (organic-inorganic)on basis of cellulose and cutouts of silicates. The emphasis was thereby on the derivation of the cellulose fibers without their activation and dissolution respectively in conventional solvents whereby the mechanical properties of the cellulose fibers in the composite remained. For the derivation were used organo-functional silanes in order to reach a high cross-linking degree as well as a temperature stability of the composite as possible. At first the cellulose fibers were silylated with Tetraethoxysilane (TEOS) at ambient temperature and brought to the network afterwards under addition of a sodium hydroxide solution (20 % m/m). Through dynamical-mechanical thermal analysis (DMTA) it was stated that the composite yielded a brittle and moderate temperature stable material with TEOS. In combination with Glycidoxypropyltriethoxysilane (GPTES) in a ratio of TEOS: GPTES of 8:1 the impact strength as well as the temperature behaviour compared to cellulose-polyester and celluloseepoxy resin systems could considerably be improved and exceeded.