Design von Polyestern für temperaturbeständige Partikelschäume und Aufklärung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen beim Schäumen und Verschweißen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Doris Pospiech; Professor Dr.-Ing. Holger Ruckdäschel, seit 2/2023
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Kunststofftechnik ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436509183

Hauptziel des beantragten Projektes zwischen dem Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth (UB) und dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF), besteht in der wissenschaftlichen Durchdringung der Prozesse, die während des Verschäumens und des Verschweißens von expandierten Polybutylenterephthalat-Partikelschäumen (E-PBT) auftreten. E-PBT ist im Hinblick auf seine höhere Temperaturbeständigkeit den etablierten Partikelschäumen aus Polystyrol (EPS – sog. Styropor, ca. 80 °C) bzw. Polypropylen (EPP, ca. 110 °C) deutlich überlegen. Derzeit ist das Verschäumen und anschließende Verschweißen von PBT-Schaumpartikeln jedoch nur mit einem sogenannten epoxidhaltigen Kettenverlängerer (KV) möglich. Dieser löst bisher nicht aufgeklärte strukturelle Veränderungen aus, welche das dehnrheologische Verhalten und folglich auch das Expansionsverhalten maßgeblich beeinflussen. Eine Erklärung, warum Partikelschäume nur mit KV verschweißen, ist noch nicht erbracht und aufgrund der Komplexizität der ablaufenden Reaktionen nicht trivial. Somit steht das wissenschaftliche Verständnis gerade dieser speziellen Schäume mit hohem Anwendungspotential noch ganzam Anfang. Deshalb geht es darum, den Einfluss der chemischen Struktur der eingesetzten Materialien auf das Schaum- und Verschweißergebnis zu verstehen. Dazu soll PBT systematisch so chemisch modifiziert werden, dass definierte Kettenarchitekturen entstehen, um so ein Verständnis der ablaufenden Reaktionen und physikalischen Vorgänge zu ermöglichen. Hierzu werden am IPF PBT-Materialien mit systematisch variierter Kettenarchitektur (linear, kettenverlängert, verzweigt, hochverzweigt) synthetisiert und umfänglich chemisch charakterisiert. Diese Materialien werden von den Antragsstellern hinsichtlich des Einflusses der Kettenarchitektur auf das rheologische Verhalten (Schmelzerheologie, Dehnrheologie, Schmelzefestigkeit) untersucht. Entsprechende Korrelationen sind aus der Literatur nicht bekannt. Grundlegende Voruntersuchungen zur Verschäumbarkeit der Materialien warden durch Bestimmung des Expansionsverhaltens mit einem Hochdruck-Autoklaven (Drucksprung-Methode) ermöglicht. Auf Basis der dabei erhaltenen Struktur-Wirkungs-Beziehungen werden Systeme ausgewählt, aus denen bei UB Schaumpartikel erzeugt werden. Die Untersuchung der Oberfläche dieser Schaumpartikel mit geeigneten Methoden bildet die Grundlage für das Verständnis der Prozesse beim Konsolidieren des Schaums (Verschweißen zum Formteil). Die systematische Modifikation der Grenzfläche über die chemische Modifizierung des Ausgangspolymers eröffnet die Möglichkeit, dies gezielt zu beeinflussen. Der Prozess des Verschweißens von E-PBT-Partikelschäumen weicht deutlich von den etablierten Partikelschäumen ab und ist bisher nicht verstanden, sodass ein hoher Erkenntniszuwachs erwartet wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt, bis 2/2023