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17.12.2007

Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bei Polymermaterialien auf der Spur: Preisgekrönte Dissertation


Den Doktorandenpreis des Vereins zur Förderung des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) erhält in diesem Jahr Frau Dr. Ulrike Staudinger für ihre Dissertation zum Thema "Morphologie und Bruchverhalten von Block- und Multipfropfcopolymeren". Frau Dr. Staudinger hat an der Fakultät Maschinenwesen der Technischen Universität Dresden bei Prof. Dr. Gert Heinrich promoviert. Die experimentellen Arbeiten zur Dissertation hat sie in der Arbeitsgruppe von Dr. Roland Weidisch am IPF durchgeführt. Besonders gewürdigt wurde, dass Frau Dr. Staudinger ingenieurwissenschaftlich hoch interessante anwendungsorientierte Materialkonzepte entwickelt hat, die gezielt in Produktentwicklungen einfließen können.

Synthetische Polymerwerkstoffe, d.h. Kunststoffe, zeichnen sich gegenüber allen anderen Werkstoffklassen dadurch aus, dass mit ihnen ein nahezu unbegrenzt breites Spektrum spezieller Eigenschaften realisiert werden kann. Das beruht auf ihrem Aufbau: Polymere sind lange Kettenmoleküle, deren "Rückgratkette" aus vielen einzelnen Wiederholeinheiten, den sogenannten Monomeren besteht. Bietet allein das - quasi wie ein Baukasten - schon unzählige Variationsmöglichkeiten durch die Verwendung gleicher oder unterschiedlicher Monomere in regelmäßiger, blockweiser oder zufälliger Anordnung, so erweitert sich das Variationsspektrum noch durch Möglichkeiten, seitlich zusätzlich weitere Moleküle bzw. funktionelle Gruppen an die Rückgratkette anzupfropfen. Die eingestellte molekulare Architektur bestimmt wesentlich die Eigenschaften eines Polymermaterials.

Werden für neue Technologien und Produkte innovative Werkstoffe benötigt, die ganz spezifische Eigenschaften in sich vereinen bzw. Funktionen übernehmen können, so ist es die Herausforderung des Polymerforschers, die geeigneten "Bausteine" dafür zu finden und optimal "zusammenzubauen".

Die Arbeit von Frau Dr. Staudinger bietet hier eine Art "Wegweiser": Für ausgewählte Block- und Pfropfcopolymere hat sie systematisch untersucht, wie Variationen in der Art der Monomer-Blöcke, der Länge der Blöcke, der Zahl der Pfropfarme sowie die Zahl der Verknüpfungspunkte pro Molekül die mechanischen und bruchmechanischen Werkstoffeigenschaften beeinflussen. Sie fand eindeutige Abhängigkeiten, die viel zum Verständnis der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen beitragen.

Bei den drei im Rahmen der Dissertation untersuchten Systemen zeigte sich, dass durch Variation der genannten Parameter ein Eigenschaftsspektrum von thermoplastisch bis elastisch erreicht werden kann. D.h. bei nur geringen Unterschieden hinsichtlich der verwendeten Stoffe kann man durch Variation der Art ihrer Zusammensetzung einerseits Materialien mit hoher Steifigkeit als auch solche mit superelastischen Eigenschaften (thermoplastische Elastomere) herstellen.

Eine der interessantesten Verbindungen unter den untersuchten waren Multipfropfcopolymere mit einer Polyisopren (PI)-Rückgratkette und angepfropften Polystyrol (PS)-Armen. Durch eine gezielte Einstellung des PS-Gehaltes, der Anzahl der an eine Polyisopren-Rückgratkette pro Verknüpfungspunkt angepfropften PS-Arme sowie der Anzahl der Verknüpfungspunkte pro Molekül entstanden superelastische Materialien, die mehr als doppelt so dehnbar sind wie etablierte Werkstoffe und zudem wesentlich elastischer, sodass selbst bei sehr hohen Dehnungen bis 1000 % eine vollständige Rückverformung eintritt.

Für die Entwicklung dieser Materialien hatte Herr Prof. Dr. Roland Weidisch, der die Promotion von Frau Dr. Staudinger vor seinem Ruf auf die Professur für Mechanik der funktionellen Materialien an der Friedrich-Schiller-Universität Jena fachlich betreut hat, bereits 2004 den von der Dresdner Bank geförderten Innovationspreis des IPF und des Vereins zur Förderung des IPF erhalten.

Quelle: idw/Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF)




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