Niederfeld-NMR an Elastomeren

Neben Messungen des Plateaumoduls oder des Quellgrads erlauben Messungen mit der kernmagnetischen Resonanzspektroskopie (Festkörper-NMR) alterungsbedingte Änderungen der Netzwerkstruktur zerstörungsfrei zu erfassen. Typische Messgrößen der Festkörper-NMR für die Elastomercharakterisierung sind der Magnetisierungsabfall M(t) und die Spin-Spin-Relaxationszeit T2 . Aus der Anpassung des Magnetisierungsabfalls lässt sich die Molmasse des Netzwerkbogens zwischen zwei Vernetzungsstellen bestimmen.


Bei der Elastomeralterung kommt es gleichzeitig zum thermo-oxidativen Abbau und zur Ausbildung neuer Vernetzungsstellen. Neben chemischen Vernetzungen bilden auch die Füllstoffe Netzwerkknoten. Veränderungen im Füllstoffnetzwerk (Polymer-Füllstoff-Wechselwirkungen) sind deshalb ebenso zu betrachten. Ein Vergleich zu anderen Charakterisierungsmethoden und mit Schwingfestigkeitsversuchen erlaubt Rückschlüsse auf die molekularen Auswirkungen der Alterung.

NMR-Messung eines schwefelvernetzten Gummis

Die Abbildung zeigt expemplarisch den Magnetisierungsabfall einer Hahn-Echo-Sequenz eines schwefelvernetzten Gummis nach einer Einlagerungszeit von 24 Stunden bei 100 °C in Luft. Das NMR-Relaxationsverhalten hängt von der Struktur des vernetzten Elastomers ab. Durch Anpassung mit theoretischen Modellen kann man die Netzbogenlänge zwischen zwei Vernetzungspunkten bestimmen. In Alterungsexperimenten lassen sich hiermit Veränderung der Netzwerkdichte verfolgen.