Einfluss der Verarbeitungstechnologie und Werkstoffzusammensetzung auf die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffen

Die Einarbeitung von nanoskaligen Füllstoffen zur Steigerung von polymeren Eigenschaftsprofilen ist sehr viel versprechend und stößt daher heutzutage sowohl in der Forschung als auch in der Industrie auf großes Interesse. Bedingt durch ausgeprägte Oberflächen und hohe Anziehungskräfte, liegen Nanopartikel allerdings nicht singulär sondern als Partikelanhäufungen, so genannten Agglomeraten oder Aggregaten, vor. Zur Erzielung der gewünschten Materialverbesserungen gilt es, diese aufzuspalten und homogen in der polymeren Matrix zu verteilen. Bei thermoplastischen Kunststoffen ist die gleichläufige Doppelschneckenextrusion eines der gängigsten Verfahren zur Einarbeitung von Additiven und Füllstoffen. Aus diesem Grund war es Ziel dieser Arbeit, mittels dieses Verfahrens verbesserte Verbundwerkstoffe mit Polyamid 66- und Polyetheretherketon-Matrix, durch Einarbeitung von nanoskaligem Titandioxid (15 und 300 nm), zu generieren. In einem ersten Schritt wurden die verfahrenstechnischen Parameter, wie Drehzahl und Durchsatz, sowie die Prozessführung und damit deren Einfluss auf die Materialeigenschaften beleuchtet. Der spezifische Energieeintrag ist ausschlaggebend zur Deagglomeration der Nanopartikel. Dieser zeigte leichte Abhängigkeiten von der Drehzahl und dem Durchsatz und verursachte bei der Einarbeitung der Partikel keine wesentlichen Unterschiede in der Aufspaltung der Partikel sowie gar keine in den resultierenden mechanischen Eigenschaften. Die Prozessführung wurde unterteilt in Mehrfach- und Einfachextrusion. Die Herstellung eines hochgefüllten Masterbatches, dessen mehrfaches Extrudieren und anschließendes Verdünnen, führte zu einer sehr guten Deagglomeration und stark verbesserten Materialeigenschaften. Mittels Simulation des Extrusionsprozesses konnte festgestellt werden, dass das Vorhandensein von ungeschmolzenem Granulat in der Verfahrenszone zu einer Schmelze/Nanopartikel/ Feststoffreibung führt, die die Ursache für eine sehr gute Aufspaltung der Partikel zu sein scheint. Durch Modifikation des Extrusionsprozesses erreichte die Einfachextrusion annähernd den Grad an Deagglomeration bei Mehrfachextrusion, wobei die Materialien bei letzterem Verfahren die besten Eigenschaftsprofile aufwiesen. In einem zweiten Schritt wurde ein Vergleich der Einflüsse von unterschiedlichen Partikelgrößen und –gehalten auf die polymeren Matrizes vollzogen. Die 15 nm Partikel zeigten signifikant bessere mechanische Ergebnisse auf als die 300 nm Partikel, und die Wirkungsweise des 15 nm Partikels auf Polyetheretherketon war stärker als auf Polyamid 66. Es konnten Steigerungen in Steifigkeit, Festigkeit und Zähigkeit erzielt werden. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigten diese Ergebnisse. Eine Berechnung der Plan-Selbstkosten von einem Kilogramm PEEK-Nanoverbundwerkstoff im Vergleich zu einem Kilogramm unverstärktem PEEK verdeutlichte, dass ein Material kreiert wurde, welches deutlich verbesserte Eigenschaften bei gleichem Preis aufweist. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein tieferes Verständnis des Extrusionsvorganges zur Herstellung von kostengünstigen und verbesserten Thermoplasten durch das Einbringen von Nanopartikeln gewonnen werden

Sequence analysis of experimentally confirmed SigH promoters.

<p>25 promoters experimentally identified in this research plus 7 previously identified promoters recognized by SigH were analyzed using the MEME analysis suite. <b>A</b>. LOGO showing consensus -10 and -35 promoter elements derived from these sequences. <b>B</b>. 25 promoter sequences that match the SigH consensus sequences. The position of the TSP and the ratio of heat stress-induced expression in wild type relative to expression in a Δ<i>sigH</i> strain are also shown. <b>C</b>. 7 promoter sequences that do not match the SigH consensus.</p

Genes linked to SigH binding sites that show SigH-dependent expression following heat stress.

<p>Genes linked to SigH binding sites that show SigH-dependent expression following heat stress.</p

Expression of <i>sigH</i> and <i>sigH</i>-FLAG in <i>M</i>. <i>tuberculosis</i>.

<p><b>A.</b><i>sigH</i>-FLAG expression was induced in <i>M</i>. <i>tuberculosis</i> H37Rv (wild type) containing a vector expressing <i>sigH</i>-FLAG under control of a TetR-regulated promoter. Samples were obtained at serial time points following addition of aTc to a final concentration of 200 ng/ml, protein was extracted and Western blotting was performed with an anti-FLAG antibody (Sigma-Aldrich). <b>B</b>. <i>M</i>. <i>tuberculosis</i> H37Rv (wild type) or the Δ<i>sigH</i> strain were exposed to 52°C for 15 minutes. The same strains containing a vector expressing <i>sigH</i>-FLAG under control of a TetR-regulated promoter were induced by addition aTc to a final concentration of of 200 ng/ml (aTc). RNA was extracted after 24h and qRT-PCR was performed and analyzed as described in the Materials and Methods. The higher level of induced <i>sigH</i> expression in wild type compared to the Δ<i>sigH</i> strain likely results from increased expression in wild type of the native copy of <i>sigH</i> from its SigH-regulated promoter following induction of the TetR-regulated copy of <i>sigH</i>.</p

ChIP-Seq results for <i>M</i>. <i>tuberculosis</i> SigH.

<p><b>A</b>. Sequencing read coverage for a region with a known SigH binding site 5’ of <i>sigE</i> (Rv1221) in two independent experiments. The total coverage is shown in blue, and the forward and reverse coverages are shown in red and green, respectively. The binding displays the expected shift in position between the forward and reverse reads. <b>B.</b> Genome-wide fold read coverage.</p

Additional file 4: of Coordinated regulation of acid resistance in Escherichia coli

Peaks called for NtrC. (XLSX 11.1 kb

Additional file 1: of Coordinated regulation of acid resistance in Escherichia coli

Supplementary text and materials of additional information presented in the paper. (DOCX 1478 kb