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Wasserbasierte Styrol-Acrylat-Netzwerke mit anpassbaren akustischen Eigenschaften
Ein iranisches Forschungsteam hat wasserbasierte Styrol-Acrylat-Systeme entwickelt, deren Dämpfungs- und Akustikeigenschaften gezielt eingestellt werden können. Grundlage ist die Bildung interpenetrierender Polymernetzwerke mit Kern-Schale-Struktur.
Ein Team um Seyed Mohammadsadegh Jafari Alavi hat in einer neuen Studie untersucht, wie sich die mechanischen und akustischen Eigenschaften von Styrol-Acrylat-Bindemitteln gezielt steuern lassen. Die Forschenden synthetisierten latexbasierte interpenetrierende Polymernetzwerke (LIPNs) mithilfe einer mehrstufigen Emulsionspolymerisation. Im Fokus standen dabei die Einflüsse der Schalenbeschickung, der Kernmonomerzusammensetzung sowie des Anteils an Methylmethacrylat (MMA) und Vernetzern.
FTIR-Analysen bestätigten die Bildung eines Netzwerkes innerhalb des Partikelkerns. Die Partikel zeigten mit 150 bis 185 nm eine enge Größenverteilung und Zeta-Potentiale von −56 bis −30 mV, was auf eine hohe Stabilität hinweist. Eine Zugabe von 1 Gew.-% Vernetzer erhöhte die Stabilität, während höhere Konzentrationen (3 und 5 Gew.-%) die Partikelstabilität wieder verringerten. SEM- und TEM-Aufnahmen belegten kugelförmige Partikel mit vollständiger Schalenabdeckung.
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Zusammenhang zwischen mechanischer Festigkeit und Schallabsorption
Die mechanischen Tests zeigten, dass ein höherer MMA-Gehalt in der Schale die Zugfestigkeit deutlich steigerte – von 0,2 MPa bei 0 Gew.-% MMA auf 4,6 MPa bei 42 Gew.-%. Auch der Vernetzeranteil hatte einen signifikanten Einfluss: Bei 5 Gew.-% stieg die Zugfestigkeit auf 7,3 MPa.
Zur Bestimmung der Dämpfungs- und Akustikeigenschaften kamen DMTA-Messungen und Impedanzröhren-Analysen zum Einsatz. Dabei zeigte sich eine starke Korrelation zwischen den experimentell ermittelten und theoretisch berechneten Schallabsorptionswerten bei 2000 Hz. Die Forschenden entwickelten zudem ein lineares Modell, das die mechanische Dämpfung (TAeffect) mit der Schallabsorption (NRC) verknüpft und mit einem Korrelationskoeffizienten von R² = 0,97 eine hohe Übereinstimmung belegt.
Quelle: Jafari Alavi, S. M., Maghsoud, Z., Fatemi Khadar, P. & Abrishami, S., Designing styrene-acrylate interpenetrating polymer networks with tunable damping and acoustic properties using waterborne core-shell nanoparticles. Prog. Org. Coat. 207, 109392 (2025).
