In-situ Strukturuntersuchungen an biokompatiblen Formgedächtnispolymeren mittels Röntgenstreumethoden

• Applicant: Wolfgang Wagermaier, Ph.D.
• Subject Area: Medical Physics, Biomedical Technology ; Polymer Materials
• Term: from 2009 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 118701820

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

In diesem Projekt wurden die Dual- und Triple-Shape Effekte von mehrphasigen polymeren Netzwerken, die kristallisierbare Kettensegmente enthalten, mit Hilfe einer Kombination von Röntgenstreu-Messungen mit thermomechanischen Untersuchungen analysiert. In erster Linie wurden mehrphasige Polymer-Netzwerke (genannt CLEG) aus kristallisierbarem Poly(ε- Caprolacton) (PCL) mit Poly(ethylenglykol) (PEG)-Seitenketten untersucht. Weitwinkel- (WAXS) und Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) Messungen wurden mit temperatur- und dehnungskontrollierten in-situ Zugversuchen kombiniert. Dieser integrierte Ansatz ermöglichte eine systematische Untersuchung und Interpretation der relevanten Strukturmerkmale während der Programmierung und dem folgenden thermisch induzierten Formrückstellungsprozess. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen an CLEG zeigen die kombinierte Wirkung von PCL und PEG- Kristallen bei der Formfixierung, die spezifische Rolle der PCL-Kristalle bei der Fixierung der temporären Form bei niedrigen Temperaturen und das unterschiedliche Verhalten der PCL-und PEG-Kristalle während der Programmierung. Der Einfluss der niedrig-schmelzenden PCL-Kristalle konnte nur durch den Einsatz von Synchrotronstrahlung untersucht werden. An einem zweiten Polymersystem (Ethylenvinylacetat, EVA) mit Formgedächtniseigenschaften konnten ebenso in-situ Zugversuche durchgeführt werden und relevante Strukturparameter bestimmt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Zugprüfanlage entwickelt und gebaut, womit die Temperatur und die Dehnung der Polymerprobe gezielt gesteuert werden konnten während in-situ SAXS- und WAXS-Aufnahmen von der Probe gemacht wurden. Diese Ergebnisse zeigen allgemein das große Potenzial von in-situ Röntgenuntersuchungen bei der Generierung von design-relevantem Wissen über die mikroskopischen Grundlagen der Dual-und Triple-Shape Effekte in geeigneten Polymersystemen.

Publications

• Macromolecular Rapid Communications; 5 July 2010; In-situ x-ray scattering studies of poly(ε-caprolactone) networks with grafted poly(ethylene glycol) chains to investigate structural changes during dual- and triple shape effect
  Wagermaier W, Zander T, Hofmann D, Kratz K, Narendra Kumar U, Lendlein A