Einfluss der Topologie von definiert verzweigten Polymeren auf Verarbeitung durch Schaumextrusion und mechanische Eigenschaften von Polymerblends

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Alexander Handge; Professor Dr. Valerian Hirschberg
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553369617

Topologie und Taktizität von Homopolymeren besitzen einen wesentlichen Einfluss auf die Verarbeitungseigenschaften und ihren technischen Einsatz. Polymere mit einer pom-pom-Architektur (zwei Sterne, kovalent verbunden mit einer linearen Kette, "pom-pom-Polymere") haben genau zwei Verzweigungspunkte, die eine ausgeprägte Dehnverfestigung im schmelzflüssigen Zustand erzeugen. Daher besitzen pom-pom-Polymere ein hohes Potenzial, als Additiv die Verarbeitungseigenschaften von Kunststoffen beim Folienblasen oder Extrusionsschäumen gezielt einzustellen. Insbesondere können geschlossenzellige Schäume mit einer sehr niedrigen Dichte (xi < 0.04 g/cm3) unter Additivierung mit geringen Konzentrationen von definiert verzweigten Polymeren hergestellt werden. In diesem Vorhaben wird der Einfluss von selbstsynthetisierten, definiert verzweigten Polystyrolen (PS) auf die Verarbeitung von Homopolymerblends durch Schaumextrusion und die mechanischen Eigenschaften der Schäume grundlegend untersucht. Die definiert verzweigten Polystyrole bilden dabei die Minoritätskomponente mit < 3 Gew.-% in den Blends mit dem chemisch gleichen linearen Homopolymer (ataktisches bzw. syndiotaktisches PS). Damit sind sie auch als Additive zu Rezyklaten und deren Upcycling sehr geeignet. Ein zentraler Forschungsaspekt ist das Scale-Up der Synthese von definiert verzweigten Polymeren mit anionischer Polymerisation auf über 100 g für technische Anwendungen. Zudem wird der Einfluss dieser definiert verzweigten Polymere auf die thermischen, rheologischen und mechanischen Eigenschaften der Blends und der extrudierten Schäume grundlegend erfasst. Die rheologischen Eigenschaften sollen mit dem "pom-pom" und dem "molecular stress function"-Konstitutivmodell modelliert werden, um Dehnverfestigung auf Basis der linearen Scherrheologie und der Topologie vorherzusagen. Die Untersuchungen fokussieren sich auf den Einfluss der Topologie (pom-pom, Stacheldraht, Cayley-Tree) und deren molekularen Parameter (Anzahl und Molmasse der Arme und des Rückgrats) auf (I) die thermischen Übergänge (Glasübergangs-, Schmelz- und Kristallisationstemperatur) und (II) das rheologische Verhalten unter Treibmittelbeladung. Zudem wird (III) der Einfluss der Treibmittelbeladung beim Schäumen mit Kohlendioxid auf die Verarbeitungseigenschaften der Blends sowie (IV) die mechanischen Eigenschaften der Schäume unter uniaxialer, quasistatischer Belastung untersucht. Die mit an PS gewonnenen Grundlagenerkenntnisse sollen exemplarisch auf Polylactid anhand einzelner, ausgewählter Beispiele übertragen werden. Ziel des Projekts ist, Struktur-Verarbeitungs-Eigenschafts-Beziehungen zwischen molekularem Aufbau (Topologie, Taktizität) der beiden Blendkomponenten und den Schaumeigenschaften (Verarbeitung/Mechanik, Morphologie und Schaumdichte) aufzustellen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen zur Entwicklung von High Performance-Additiven zur Herstellung von geschlossenzelligen Polymerschäumen und dem Upcycling von Polymer-Rezyklaten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Kooperationspartnerin: Professorin Evelyne Van Ruymbeke, Ph.D.