Thermisch stabile optische Kraftsonden für technische hochperformante Polymermaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Göstl
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508998124

In diesem Projekt werden wir mehrere thermisch stabile, spektral durchstimmbare optische Kraftsonden (OFPs) entwickeln und synthetisieren, deren zu erwartende thermische Zersetzungstemperaturen oberhalb der Verarbeitungstemperaturen von technisch verwendeten Polymeren liegen. Dazu werden [4+4]-Photodimere von Anthracenen, [4+2]-Photodimere von π-ausgedehnten Anthracenen, [4+2]-Cycloaddukte von Dehydrobenzol und Anthracen (Triptycene) und [4+2]-Cycloaddukte von Triazolindion und Anthracen untersucht. Nach der erfolgreichen Synthese der oben genannten OFPs wird die thermische Analyse der OFP-Proben ihre thermische Stabilität bei erhöhten Temperaturen aufzeigen, was auch thermische Dissoziationsgeschwindigkeitskonstanten, Aktivierungsenergien, Dissoziationstemperaturen und mögliche lösungsmittel- sowie konzentrationsabhängige Eigenschaften als Parameter zur Beschreibung ihrer thermischen Stabilität liefern wird. Anschließend werden die OFPs in verschiedene lineare Polymerketten eingebaut, darunter technisch wichtiges Polystyrol (PS) und Polyethylen (PE). Um Polymere mit geringer Dispersität zu erhalten, werden wir die Cu0-vermittelte kontrollierte radikalische Polymerisation für Acrylat- und Methacrylatpolymere, insbesondere Poly(methylacrylat) (PMA), die lebende anionische Polymerisation für PS und die entropiegetriebene ringöffnende Metathesepolymerisation für PE verwenden. Um die mechanochemischen Reaktivitäten der erhaltenen OFP-funktionalisierten linearen Polymerketten zu untersuchen, werden diejenigen mit einer einzigen zentralen Mechanophoreinheit (PMA, PS) anschließend einer sonochemischen Behandlung unterzogen, die zu einer Kettenspaltung führt und schließlich die anscheinenden Ratenkonstanten der Kettenspaltung liefert. Anschließend werden OFP-haltige Polymere unter verschiedenen technischen Bedingungen hergestellt. Wir werden OFP-funktionalisiertes lineares Poly(methylmethacrylat) (PMMA) entweder in MMA-Monomere mit anschließendem Zellgießverfahren einmischen, oder mit handelsüblichem PMMA-Granulat blenden durch Extrusion bei 180-240 °C und Spritzgießen. OFP-funktionalisiertes lineares PS wird mit handelsüblichem hochmolekularem PS gemischt, entweder durch Extrusion und anschließendes Spritzgießen (150-220 °C) oder durch Lösungsmischung mit anschließendem Heißpressen (150 °C). Der letztgenannte Ansatz eignet sich sowohl für Allzweck-PS (GPPS) als auch für Verbundwerkstoffe wie hoch schlagzähes PS (HIPS). Für PE werden wir neben den oben genannten Methoden auch OFP-PE-dotierte PE-Fasern durch Mischen mit ultrahochmolekularem PE (UHMWPE) und Spinnen von Fasern daraus herstellen. Durch die Kombination der anschließenden mechanischen Prüfung der erhaltenen Polymerproben mit der photonenquantitativen konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) wollen wir das Streck- und Bruchverhalten dieser authentisch hergestellten technischen Polymere aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen