Equilibrierung von Schmelzen von zunächst unverschlauften Polymeren

• Antragsteller: Professor Dr. Ernst Rößler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279753520

Durch kontrollierte Kristallisation mit Hilfe spezieller Katalysatoren ist es heute möglich, polymere Einkristalle in ausreichenden Mengen zu erhalten, die isolierte Polymerketten enthalten. Schmilzt man diese auf, liegt zunächst eine unverschlaufte (un-entangled) Schmelze vor. Rein entropiegetrieben nimmt die Entanglementdichte mit der Zeit zu bis sich schließlich der verschlaufte (entangled) Zustand der Gleichgewichtsschmelze einstellt. Das transiente Entanglement erzeugt Korrelationen, die gegenüber der mikroskopischen Zeit extrem langlebig sind und erst mit der Disengagementzeit zerfallen; letztere hängt stark von der Molmasse ab. Ziel des Projektes ist die Untersuchung einer zunächst unverschlauften Schmelze aus langen Polymerketten sowie des Equilibrierungsprozesses zur voll verschlauften Gleichgewichtschmelze mit Hilfe der Field-Cycling (FC)-NMR-Relaxometrie. Die FC-NMR liefert die Frequenzabhängigkeit der Spin-Gitter-Relaxationsrate typischerweise im Frequenzbereich 10 kHz bis 20 MHz (Protonen). Unsere Vorarbeiten haben diese Methode als molekulare Rheologie etabliert. Das bei verschiedenen Temperaturen gemessene Relaxationsspektrum kann in Analogie zu rheologischen Experimenten zu einer Masterkurve vereinigt werden, die alle relevanten Relaxationsprozesse erfasst. Das Einsetzen von Entanglement führt zu starken Dispersionsbeiträgen bei niedrigen Frequenzen. Durch Wahl von ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMW-PE), für das die Herstellung unverschlaufter Polymerkristallite gelungen ist, kann die Disengagementzeit genügend lang gewählt werden, um den Equilibrierungsprozess von unverschlaufter zu verschlaufter Polymerschmelze zeitlich aufgelöst zu messen. Unverschlauftes UHMW-PE wird von der Arbeitsgruppe S. Rastogi (Universität Loughborough, UK) geliefert. Insgesamt geht es in diesem Projekt um die Dynamik und Relaxation eines polymeren Netzwerks nach starker Störung seiner Topologie. Als Referenzsysteme und für den Start des Projektes sollen sowohl verschlauftes UHMW-PE als auch Standard-PE verschiedener Molmassen studiert werden, um zunächst das Tube-Reptation Model auf molekularer Ebene zu überprüfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen