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Geokunststoffe aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) müssen mit Antioxidantien (AO) stabilisiert werden, damit sie die für die Anwendung in der Geotechnik erforderliche Lebensdauer erreichen. Die Lebensdauer ist dann aber nicht durch die Empfindlichkeit des Polymers gegen Oxidation, sondern durch den Verlust der AO im Laufe der Zeit bedingt. AO können durch den Verbrauch bei Oxidationsreaktionen, durch den Abbau im Polymer, durch die Wanderung an dessen Oberfläche, durch den Abbau auf der Oberfläche, schließlich durch Abdampfen von der Oberfläche oder durch sich Lösen in einem umgebenden flüssigen Medium verloren gehen. Bei den Geokunststoffen aus PP und PE wie auch bei anderen polyolefinen Kunststoffprodukten findet man häufig zwei bestimmte „Pakete“ aus Antioxidantien: (1) eine Kombination von Substanzen aus bestimmten Klassen von sterisch gehinderten Phenolen und Phosphiten und (2) eine Substanz aus der Klasse der sterisch gehinderten Amine (HAS) in Verbindung mit einer geringfügigen phenolischen und phosphitischen Verarbeitungsstabilisierung der Formmasse. Der Verlust der AO wie auch der oxidative Abbau der mechanischen Eigenschaften des Geokunststoffs verläuft ganz unterschiedlich, je nachdem mit welchem Paket stabilisiert wurde. Diese Unterschiede werden im Rahmen eines „3-Stadien-Modells“ diskutiert. Stadium A: die Antioxidantien gehen verloren. Stadium B: die Oxidation läuft langsam an. Stadium C: die Oxidation wirkt sich mehr oder weniger drastisch auf die Produkteigenschaften aus. Dabei zeigt sich, dass das Modell nur auf das Paket 1 anwendbar ist. Im Falle des Pakets 2 findet in gewissem Umfang schon im Stadium A ein oxidativer Abbau statt, ln beiden Fällen ist es aber die AO-Verlustzeit die eigentlich die Lebensdauer bestimmt. Es werden dann Abschätzungen der Lebensdauer von PEHDDichtungsbahnen und von PP-Vliesstoffen gegeben. Die Prüfung und Bewertung der oxidativen Beständigkeit muss die Eigenart der Wirkung und des Verlusts unterschiedlicher Stabilisierungen berücksichtigen. Vor diesem Hintergrund wird die Hochdruck-Autoklav-Prüfung beurteilt. Es werden die Besonderheiten dieser Prüfmethode aufgezeigt, die sich jeweils bei der Anwendung auf Produkte ergeben, die entweder mit dem Paket 1 oder dem Paket 2 stabilisiert wurden. Eine Vorhersage der Lebensdauer unter Anwendungsbedingungen aus den Ergebnissen der Autoklav-Prüfung ist sehr schwierig und vermutlich nur in bestimmten Fällen überhaupt möglich. Ähnliches gilt auch für die vergleichende Bewertung der oxidativen Beständigkeit von Produkten.
Three polyethylene (PE) types with different branching structures were subjected to air, water and ethanol aerosol-assisted dielectric barrier discharges (DBD) for surface modification. Using the air DBD the incorporated oxygen concentration was found to be independent on the branching of PE in contrast to the introduction of OH groups, which was PE-2 > PE-1 > PE-3. For water-aerosol DBD the succession of OH concentration was in the order of PE-1 > PE-2 > PE-3. Ethanol aerosol-assisted DBD produced the lowest concentration of OH groups also independent on the branching of PE. The chemical nature of introduced oxygen functional groups was inspected by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and assigned as C–O, >C=O/CHO/O–C–O and O=C–O.
A convenient way to overcome the chemical inertness of polyolefin surfaces is to expose them to the atmospheric air plasma of a dielectric barrier discharge (DBD). To improve the efficiency in formation of polar groups at the polyolefin surface, different liquids such as water and ethanol were sprayed as aerosol into the plasma zone between the powered electrode and the polyolefin surface. Both sprayed liquids as well as the polyolefin surface were simultaneously activated; thus, the formation of different functional groups at the polyolefin surface was realized. The type of aerosol-sprayed additive, exposure time, power etc. have been found to determine the efficiency with respect to introduction of polar groups.
It is of high priority to capture the extent of microplastics (MP) contamination for understanding its impact and consequences to our environment. However, due to a lack of standardized methods, MP analysis as well as its quality assurance, is still a challenge. The thermal extraction desorption-gas chromatography/-mass spectrometry (TED-GC/MS) as a novel innovative thermoanalytic method can detect MP particles in environmental samples based on their decomposition products. According to MP analysis, a distinctively larger polyethylene (PE) content in comparison to other synthetic polymers was detected in environmental samples. Various substances within the matrix which have a similar molecular structure to PE, like fats and oils, might interfere with its marker and lead to an overestimation. In this investigation an automated extraction method, the accelerated solvent extraction (ASE), is introduced as quality control tool before TED-GC/MS measurement. Thereby, not the extract like usually used, but the solid filtrate is analyzed. The aim is to clean the environmental samples from solvent removable compounds which could lead to false positive signals and thus receive a more accurate PE mass. Consequently, a sample mimicking environmental samples with a defined matrix and a known polymer mass was generated. The common polymers polyethylene, polypropylene, polystyrene and styrene-butadiene rubber, used as an indication for tire wear, were added to the matrix. Different parameters for ASE extraction were varied such as different solvents, filters and purge time. Finally, a PE recovery rate of 91 % after extraction could be reached.