Identifizierung der transienten kooperativen Prozesse im dynamischen Verhalten gescherter Polymerschmelzen

• Antragsteller: Dr. Sivasurender Chandran
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329695734

Polymerschmelzen zeigen ein vielseitiges dynamisches Verhalten, wenn sie starken Scherfeldern ausgesetzt werden. Zum Beispiel zeigen amorphe Polymere Scherverdünnung, kristalisierbare Polymere hingegen bilden korrelierte Abschnitte zwischen benachbarten Polymerketten innerhalb flussorientierter Strukturen. Die Rolle dieser Korrelationen jedoch in der Dynamik von kristalisierbaren Polymerschmelzen ist weitgehend ungeklärt.Ausgehend davon haben wir kürzlich mit Hilfe von Entnetzungsexperimenten gezeigt wie sich diese korrelierten Segmente bilden und die viskoelastischen Eigenschaften der gescherten Schmelze beeinflussen. Dabei verglichen wir die Dynamik von ataktischen (aPS, amorph) und isotaktischen Polystyrenfilmen (iPS, kristalisierbar) oberhalb des Schmelzpunktes (Tm). Für aPS-Filme fanden wir eine kleinere, scheinbare Viskosität (hf) aus den Entnetzungsversuchen als die statische Volumenviskosität (hbulk). Überaschenderweise zeigten die iPS-Filme jeweils eine scheinbare Viskosität hf>hbulk; selbst 50K über Tm bleibt dies gültig, wobei hf/hbulk Arrheniusverhalten zeigt. Die daraus ableitbare Aktivierungsenergie von 160±10 kJ/mol suggeriert eine kooperative Bewegung der Segmente, welche sich durch die Scherung im Entnetzungsexperiment ausrichten und ansammeln. Da aber die Temperaturen größer als Tm waren, kann die Kooperativität nur transienter Natur sein.Die Absicht des vorliegenden Antrags ist es diese Beobachtungen genauer zu untersuchen und durch die systematische Ausführung von Entnetzungsexperimenten, oszillatorischer Rhologie (Bestimmung der makroskopischen Viskosität) und zeitaufgelöster, in-situ Röntgenstreuversuchen (lokale Struktur und Dynamik) die Entstehung von transienten, koopertiven Prozessen in kristallisierbaren Polymerschmelzen und deren Einfluss auf die Dynamik der viskoelastischen Eigenschaften aufzuklären. Um dies zu erreichen werden wir Polymere unterschiedlicher chemischer Struktur und Molekulargewichten scheren und in-situ durch die oben genannten Methoden prüfen um dadurch die Verbindung zwischen lokaler Dynamik (Heterogenitäten) und denmakroskopischen Konsequenzen für die Schmelze herzustellen. Unterstützung von Seiten der Theorie wird durch die Mithilfe unseres externen Kollaborateurs Dr. Semenov aus Strasbourg gewährleistet. Wir rechnen damit dass unsere Studien Hinweise geben werden um neue Strategien und Wege zu finden die Eigenschaften von Polymerschmelzen gezielt zu steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Alexander Semenov