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Design von Polyestern für temperaturbeständige Partikelschäume und Aufklärung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen beim Schäumen und Verschweißen

Antragstellerinnen / Antragsteller Privatdozentin Dr. Doris Pospiech; Professor Dr.-Ing. Holger Ruckdäschel, seit 2/2023
Fachliche Zuordnung Polymermaterialien
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Kunststofftechnik
Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
Förderung Förderung von 2020 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436509183
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Hauptziel des interdisziplinären Verbundprojektes zwischen dem Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe der Universität Bayreuth (LSPW) und dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) bestand in der wissenschaftlichen Durchdringung der Prozesse, die während des Verschäumens und des Verschweißens von expandierten Poly(butylenterephthalat)- Partikelschäumen (E-PBT) auftreten. Diese Schäume besitzen wegen ihrer hohen Temperaturbeständigkeit eine starke Relevanz. Bis zum Projektbeginn war das Verschäumen und Verschweißen von PBT-Partikelschäumen nur mit einem multifunktionellen Kettenverlängerer (KV) möglich, dessen Einfluss wissenschaftlich nur unzureichend verstanden war. Deshalb wurde der Einfluss der chemischen Struktur des PBT auf die Verschäumbarkeit untersucht. Um die Komplexität der Einflüsse abzubilden, wurde die chemische Struktur durch Einbau entsprechender Comonomere ins PBT systematisch verändert (IPF) und die resultierenden Eigenschaftsänderungen (Schmelz- und Kristallisationsverhalten, Kristallinität, Scher- und Dehnrheologie, Batchversuche zur Verschäumbarkeit, u.a.) (IPF und LSPW) erfasst. Die PBTs mit variierter Kettenstruktur (linear mit unterschiedlicher Molmasse, kurzkettenverzweigt durch Einbau von Dilinolen-Derivaten, hochverzweigt, sowie mit eingebauten reaktiven Furan-Gruppen) wurden am IPF im Labor- und Kleintechnikumsmaßstab synthetisiert und chemisch mit NMR-Spektroskopie und Größenausschlusschromatografie (SEC) charakterisiert. Im Anschluss wurden die Materialien am LSPW bzw. vom LSPW und IPF gemeinsam in ihren Eigenschaften charakterisiert. Lineare PBTs im Molmassenbereich von 49−98 kDa zeigten hinsichtlich der Schaumdichte und -morphologie sowie des Verschweißverhaltens ein Optimum bei 90 kDa. Damit konnte gezeigt werden, dass eine Verschäumung von PBT mit Einschränkung auch ohne KV möglich ist. Der Einbau von Dilinolenderivaten in PBT-Copolyester bildet Kurzkettenverzweigungen exzellent ab. Es wurde gezeigt, dass diese zu einer Dehnverfestigung ähnlich wie KV führen, welche die Verschäumbarkeit verbessert und sich in verbesserten Schaumparametern (Dichte, Zelldichte, u.a.) widerspiegelt. Das Blenden von PBT und PBF im Extrusionsschaumprozess resultierte ebenfalls in einer Verbesserung der Verschäumung aufgrund von Umesterungsreaktionen. Darüber hinaus konnte durch zusätzliche Verwendung eines Diels-Alder-Linkers die Verschweißbarkeit der PBT/PBF-Schaumpartikel verbessert werden. Die umfangreichen wissenschaftlichen Ergebnisse infolge der synthetisierten Modellsysteme konnten nur durch die exzellente interdisziplinäre Zusammenarbeit der Projektpartner erzielt werden. Die im Antrag formulierten Arbeitshypothesen konnten verifiziert werden. Alle wesentlichen Ergebnisse des Projekts wurden gemeinsam in bisher insgesamt 7 wissenschaftlichen Publikationen und in wissenschaftlichen Vorträgen veröffentlicht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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