Dielektrische Präzisionsmessungen zur Charakterisierung der niederfrequenten Dynamik in Polymerschmelzen

• Antragsteller: Professor Dr. Ernst Rößler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5456237

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel des Projektes war es, die niederfrequente Dynamik in Polymerschmelzen mit Hilfe der dielektrischen Spektroskopie zu untersuchen. In Analogie zur Dispersion der NMR-Relaxationszeit T1(Omega) sollten sich in Typ-B-Polymeren (keine Normalmode) polymerspezifische Beiträge auf der Niederfrequenzseite (Omega Ta < 1) der Hauptrelaxation (Alpha-Prozess) manifestieren. Um Präzisionsmessungen zu ermöglichen, wurde das bewilligte Alpha-AN-Spektrometer (Novocontrol) angeschafft. Proben unterschiedlicher Molekulargewichte (M) wurden für Polybutadien (PB), Polydimethylsiloxan (PDMS) und Polystyrol (PS) vermessen und die spektrale Form systematisch analysiert. Es ließen sich keine Beiträge von polymerspezifischer Dynamik nachweisen. Insbesondere für PDMS mit seinem starken dielektrischen Verlust ist die spektrale Form der Relaxation sowohl temperatur- als auch M-unabhängig, und wird für Omega Ta < 1 durch ein Debye-Verhalten epsilon"(omega)) cc omega' beschrieben. Für PB und PS mit niedrigerem dielektrischem Verlust zeigen sich - wahrscheinlich präparationsbedingt - zusätzlich zur Leitfähigkeit niederfrequente Beiträge, die jedoch keinen systematischen Zusammenhang mit M aufweisen und letztendlich unerklärt blieben. Typ-B-Polymere verhalten sich dielektrisch wie niedermolekulare Glasbildner. Wir erklären dies damit, dass die Dipolkorrelationsfunktion im Gegensatz zur tensoriellen Korrelationsfunktion der NMR durch den Giasprozess komplett herausgemittelt wird und somit keine Restkorrelation bestehen bleibt, die auf langer Zeitskala über die Polymerdynamik relaxieren könnte. Das Spektrenmaterial wurde weiterhin bezüglich Temperatur- und M-Abhängigkeit der Zeitkonstanten i:a(T,M) analysiert und u.a. der Glaspunkt Tg(M) bestimmt. Im Gegensatz zu Lehrbuchwissen zeigt der Verlauf Tg(M) ein diskontinuierliches Verhalten, der - so unsere These - polymerspezifische Dynamik reflektiert, d.h. die Bereiche Einfache Flüssigkeit, Rouse- und Reptationsdynamik zeigen eine unterschiedliche M-Abhängigkeit des Glasübergangs.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Dez. 2006 Krakow Universität, Polish NMR Meeting: Studying dynamics by NMR Field Cycling - From Simple Liquid to Polymer Melt
  E.A. Rössler
  
• Juni 2006 Ampere School, Poznan/Wierzba: From Simple Liquids to Polymer Melts - An NMR Relaxometry Study on Polybutadiene
  E.A. Rössler
  
• Nov. 2006 Universite Paris-Sud: Studying dynamics by NMR Field Cycling - From Simple Liquid to Polymer Melt
  E.A. Rössler
  
• Mai 2007 5"" Conference on Field Cycling NMR Relaxometry, Torino: From Simple Liquids to Polymer Melts - An NMR Field Cycling study
  E.A. Rössler
  
• April 2008 ACS Spring Meeting, New Orleans: From Simple Liquid to Polymer Dynamics: Fast Field Cycling NMR Study on Polybutadiene and Poly(dimethylsiloxane) of Different Molecular Weights
  E.A. Rössler
  
• August 2008 EPS Condensed Matter Conference, Rome: From Simple Liquid to Polymer Dynamics: Fast Field Cycling NMR Relaxometry Study on Polybutadiene and Polydimethylsiloxane of Different Molecular Weights
  E.A. Rössler
  
• Febr. 2008 Roskilde University, IMFUFA: From Simple Liquid to Polymer Melt - NMR Relaxometry & Dielectric Studies
  E.A. Rössler
  
• From simple liquid to polymer melt: Glassy and polymer dynamics studied by fast field cycling NMR relaxometry - Low and high molecular weight limit, Macromolecules 41, 5322-5332 (2008)
  S. Kariyo, A. Brodin, C. Gainaru, A. Herrmann, H. Schick, V.N. Novikov, E.A. Rossier
  
• From simple liquid to polymer melt: Glassy and polymer dynamics studied by fast field cycling NMR relaxometry - Rouse regime, Macromolecules 41, 5313-5321 (2008)
  S. Kariyo, A. Brodin, C. Gainaru, A. Herrmann, J. Hintermeyer, H. Schick, V.N. Novikov, E.A. Rossier
  
• From simple Liquid to Polymer melt: NMR Relaxometry Study on Polybutadiene, Phys. Rev. Lett. 97, 207803 (2006); Erratum: Kariyo, S.; Herrmann, A.; Gainaru, C; Schick, H.; Brodin, A.; Novikov, V.N.; Rossier, E.A. Phys. Rev. Lett 100, 109901 (2008)
  S. Kariyo, C. Gainam, H. Schick, A. Brodin, V.N. Novikov, E.A. Rossier
  
• Mai 2008 Festkörperkolloquium, Unversität Darmstadt: From Simple Liquid to Polymer Melt - NMR Relaxometry and Dielectric Studies
  E.A. Rössler
  
• Mai 2008 Glastag, Mainz: From Simple Liquid to Polymer Meit - NMR Relaxometry and Dielectric Studies
  E.A. Rössler