Korrelation molekularer Polymereigenschaften mit Anwendungseigenschaften von geschlossenporigen Schäumen basierend auf selbstsynthetisierten Modelsystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Wilhelm
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513569699

Polymerschäume weisen einzigartige physikalische, mechanische und thermische Eigenschaften auf. Die Anwendungsgebiete sind daher sehr vielfältig: Beispiele sind thermische Isolierungen, Leichtbau im Allgemeinen und Automobilteile im Speziellen. Die Zellstruktur von polymeren Schäumen und damit die Eignung für eine spezifische Anwendung werden durch das Zusammenwirken von technischen Prozessparametern und den molekularen Eigenschaften der Polymere bzw. den daraus resultierenden rheologischen Eigenschaften der Polymerschmelze bestimmt. Nur vereinzelte Studien in der Literatur greifen jedoch den Einfluss der polymeren Moleküleigenschaften auf, basieren jedoch meist auf industriellen Proben nicht bekannter Topologie oder konnten gekoppelte Effekte von Topologie und Kristallinitätsgrad nicht separieren, sodass bisher keine klare Differenzierung des Einflusses molekularer Eigenschaften, v.a. der Topologie, erfolgte. Das übergreifende Ziel dieses Antrags bildet daher das Verständnis der Korrelation molekularen Polymereigenschaften auf die zelluläre Struktur und die sich daraus ergebenden Anwendungseigenschaften des resultierenden Polymerschaums, z. B. Dichte, mechanische Festkörpereigenschaften und thermische Isolationsfähigkeit. Durch maßgeschneiderte amorphe Modellpolymere soll es ermöglicht werden, den Einfluss einzelner Parameter separiert zu studieren, wobei wir uns auf drei verschiedene Aspekte konzentrieren möchten: 1) Topologie bestimmt die scher- und dehnrheologischen Eigenschaften der Polymerschmelze und damit indirekt den Expansionsprozess. Durch systematische Variation der Topologie soll der Einfluss der rheologischen Eigenschaften wie Scherviskosität, Dehnviskosität und Verfestigung studiert werden. 2) Fixierung: Die Schaumstabilisierung wird von der Mobilität der Polymere sowie der Art und dem Anteil des Treibmittels bestimmt. Zur Separation verschiedener Einflüsse sollen speziell synthetisierte Homopolymere mit variierender Glastemperatur Tg zum Einsatz kommen. 3) Nukleierung: Phasenseparierende Blockcopolymere zeigen eine den Homopolymeren überlegene intrinsische Nukleierung. Durch die Synthese systematisch variierter Blockcopolymere soll der Effekt der Heterogenität von Treibmittel-Löslichkeit und Begrenzung der Kettenmobilität durch Phasengrenzen studiert werden. Die hergestellten Schäume werden durch mechanische Festkörpereigenschaften und bildgebende Methoden charakterisiert. Die erhaltenen Erkenntnisse fließen in einem Kreisprozess in die molekularen Eigenschaften der Modellsysteme ein, bis ein bestmögliches Verständnis der Korrelation der molekularen Eigenschaften mit der zellulären Struktur und den Anwendungseigenschaften der Schäume erreicht ist. Durch die im Antrag erzielten Kenntnisse soll es ermöglicht werden, die für eine geplante Anwendung eines Schaumes bestmöglichen Polymereigenschaften direkt zu bestimmen, um so die anwendungsspezifische Adaption des Herstellungsprozesses deutlich zu vereinfachen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen