Quellungsuntersuchungen an Elastomeren

• Aus dem Quellungsverhalten von Elastomeren lässt sich die mittlere molekulare Netzbogenlänge M_C bestimmen, die einer der wichtigsten Strukturparameter eines polymeren Netzwerkes ist. Dieser Parameter ist entscheidend für die mechanischen Eigenschaften von Elastomeren.
• Aus dem Zeitverhalten der Quellung lassen sich die Sorptionseigenschaften und der Diffusionskoeffizient bestimmen.

Eine der gebräuchlichsten Methoden zur Bestimmung der mittleren Netzbogenlänge ist die Gleichgewichtsquellung. Beim Quellen eines Netzwerkes mit einem Lösungsmittel führt dessen Eindringen zu einer Volumenzunahme (attraktive Wechselwirkung zwischen Lösemittel und Polymermatrix), und die Gibbsche Mischungsenthalpie ΔG_m steigt. Eine entropiegetriebene Rückstellkraft ΔG_el wirkt diesem Prozess entgegen. Beim Erreichen eines Gleichgewichtszustandes wird die Gibbsche freie Energie ΔG Null. ΔG_m lässt sich mit Hilfe der Flory-Huggins-Gleichung bestimmen, ΔG_m folgt aus der Gausschen Netzwerktheorie. Aus der Bedingung ΔG=0 für den Gleichgewichtszustand der Quellung folgt die Flory-Rehner-Gleichung:

Kennt man die Dichte des Polymers  und den Hugginsscher Wechselwirkungsparameter , lässt sich anhand von Quellungsexperimenten zur Bestimmung des Volumenanteils des Polymers  das Molekulargewicht der mittleren Netzbogenlänge M_C bestimmen.

Mit dem beschriebenen Verfahren ist es beispielsweise möglich, die Entwicklung der Netzbogenlänge bzw. der Vernetzungsdichte während der Alterung eines Elastomerbauteils zu verfolgen.