Molekulares Design neuartiger Polymermaterialien basierend auf "Zylinderbürste"-Makromolekülen

• Antragsteller: Professor Dr. Jaroslaw Paturej
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 337847083

Signifikante Fortschritte bei den Polymersationsmethoden erlaubt die Synthese hyperver-zweigter Architekturen mit einem präzise kontrollierten Molekulargewicht und wohldefinierter Form. Eines der markantesten Beispiele für hoch-verzweigte Makromoleküle sind sogenannte molekulare "Zylinderbürste", die aus einer Vielzahl an Seitenketten bestehen, die an eine lineare Polymerkette (Rückgrat) angeheftet sind. Eine starke räumliche Abstoßung zwischen den dicht gepackten Seitenketten beeinflusst die Steifigkeit der Moleküle, sorgt so für stark gestreckte Konformationen einzelner Zylinderbürste und reduziert die Überlappung der Moleküle in konzentrierte Lösungen und Schmelzen. Diese bemerkenswerten Eigenschaften sorgen dafür, dass Zylinderbürste basierte Materialien mit Eigenschaften hergestellt werden können, die sich klar von konventionellen Materialien aus linearen Polymeren unterscheiden. Zylinderbürstenarchitekturen reduzieren Verhakungen in einer dichten Schmelze, was zu ungewöhnlichen rheologischen Eigenschaften führt. So ist der Plateau Modul 2-3 Größenordnungen kleiner als derjenige für vergleichbare Schmelzen aus linearen Ketten. Das Ziel dieses Projektes ist es, analytische und numerische Methoden für Netzwerke bestehend aus Zylinderbürste-Polymere zu entwickeln, die als Grundlage zum Design neuartiger besonders weicher, robuster und auf Reize reagierender Materialien verwendet werden können. Insbesondere soll das Verhältnis zwischen der Architektur vernetzter Zylinderbürsten und den Eigenschaften der resultierenden Elastomers untersucht werden. Es ist bereits bekannt, dass die Festigkeit polymerer Gele über eine Synthese von Netzwerken mit unterschiedlicher Steifigkeit optimiert werden kann. Die Steifigkeit von Zylinderbürsten kann über eine Variation der Dicke eingestellt werden. Deshalb sollen in weiteren Verlauf des Projektes, die Eigenschaften interpenetrierender Netzwerke aus Zylinderbürsten unterschiedlicher Seitenkettendichte und länge untersucht werden. Unsere Herangehensweise ist hierbei eine Kombination von Molekulardynamik und Monte-Carlo Methoden, sowie die Anwendung von Skalenmethoden und Konzepten des mittleren Feldes um ein theoretisches Verständnis dieser neuartigen Schmeltzen und Netzwerke zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Michael Rubinstein, Ph.D.; Professor Dr. Sergei Sheiko