Modulation der Porosität von Papiervliesen durch Phaseninversion von Blockcopolymeren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Gallei
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398102462

In diesem Projekt werden funktionale Porenstrukturen durch die Selbstanordnung von amphiphilen Blockcopolymeren auf Cellulosefasern basierten Materialien generiert. Es soll herausgearbeitet werden, wie sich die Größe, die Gestalt und die Polarität der Papierfasern im Einzelnen aber auch das Papier Confinement als Ganzes auf die Struktur- und Porenbildung amphiphiler Blockcopolymere auswirken. Die maßgeschneiderten Blockcopolymere werden hierbei über kontrollierte radikalische, anionisch „lebende“ oder kombinierte Polymerisationsrouten so hergestellt, dass das Polymer 10 50 Vol% eines hydrophilen Blocksegments aufweist. Die amphiphilen Blockcopolymere werden über verschiedene Routen zu Blockcopolymer-Cellulose-Filmen verarbeitet und Einflüsse auf die Struktur- bzw. Porenbildung zu untersuchen. Dabei wird die Wechselwirkung des hydrophilen Segments mit der Cellulosefaser über die Anzahl zu Wasserstoffbrücken befähigter Funktionalitäten gezielt gesteuert. Es ist zu erwarten, dass das im Volumen bekannte Phasendiagramm der Polymere durch die Geometrie des Faser-Confinements sowie durch die Wechselwirkung mit den chemischen Funktionen sowohl des Porenraums wie auch der Blocksegmente beeinflusst wird. Die Einstellung der Porenstruktur in Anwesenheit der Papierfasern soll im Besonderen durch den sogenannten self-assembly und non-solvent induced phase separation (SNIPS) Prozess, der auch als Phaseninversion nach Selbstanordnung der Blockcopolymere bekannt ist, untersucht werden. Im Zuge des Projekts werden Synthesebedingungen sowie Prozessparameter (Lösungsmittel, Viskosität, Verdampfungszeit, Luftfeuchtigkeit, Rakel- und Dipcoat-Geschwindigkeit, Zugabe von komplexierenden Additiven) derart variiert, dass es zur Bildung einer zusätzlichen Porenstruktur an den Cellulosefasern bzw. im Faserconfinement kommt. Im weiteren Verlauf des Projekts wird der Einfluss einer direkten kovalenten Anbindung der Blockcopolymere an die Cellulosefaser auf die Strukturbildung und zur Erzielung einer höheren Stabilität der Blockcopolymer-Papier sowie der Porenstruktur untersucht. Im Erfolgsfall liegen freitragende, flexible Polymer-Cellulose-Hybridmaterialien mit einstellbarer und definierter Porenstruktur vor, die als leicht modifizierbare Plattform für bspw. spätere mikrofluidische oder sensorische Anwendungen nutzbar sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen