Stäbchenförmige Polyelektrolyte: Struktur und Dynamik in Lösung, Schmelze und Festkörper; Teilprojekt 2: Molekulare Wechselwirkungen und Strukturbildung bei Ionomerblends aus Stäbchen- und Knäuelmakromolekülen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine starre stäbchenförmige Struktur des Füllerpolymers mit möglichst großem Aspektverhältnis, trägt intrinsisch, wie auch bei der klassischen Faserverstärkung, zu einem hohen Verstärkungseffekt bei. Die Gestalt des Füllermoleküls kann auch andere nicht stäbchenförmige Geometrien aufweisen, um einen Verstärkungseffekt zu erzielen, solange sie starr und eine möglichst große räumliche Ausdehnung haben. Weniger steife und knäuelförmige bzw. von der idealen Stäbchenform abweichende Strukturen, lassen den Verstärkungseffekt absinken. Bei vergleichbarem verstärkungsaktivem Volumen, d.h. bei gleichbleibendem Füllergehalt und konstanter Gegenionenkondensation, ist bei stäbchenförmigen Füllern das Aspektverhältnis der verstärkungsaktiven Volumina entscheidend. Für nicht stäbchenförmige Strukturen, wie z.B. Stern- oder Plättchenformen, spielt die räumliche Ausdehnung des immobilisierten Matrixciusters eine große Rolle. Je weitreichender ein Füllermolekül eine „Überbrückung" der nicht verstärkungsaktiven freien Matrix ermöglicht, desto niedriger ist die Perkolationsschwelle. Je nachdem wie stark und wieviel Matrix durch Gegenionkondensation immobilisiert wird, variiert das verstärkungsaktive Volumen. Ladungsdichte und die lokale Zugänglichkeit und Fixierung der Ladung auf dem Füllermolekül sind Einflußgrößen, welche die Gegenionenkondensation und damit die Immobilisierung der Matrix stark beeinflussen. Da der enorme Verstärkungseffekt in Polysäure/Polybase-Blends im wesentlichen auf Perkolationsphänomene zurückgeführt werden kann, kommt dem durch ionische Wechselwirkungen zwischen der einzelnen Füllerkomponente und der Matrix gebildeten verstärkungsaktivem Volumen eine besondere Bedeutung zu. Oberhalb der Perkolationsschwelle liegt ein zusammenhängender probenumspannender Füller-Matrix-Verbund vor. Die mechanische Festigkeit des aus verstärkungsaktiven Volumina bestehenden lonomerblends wird zum einen vom Füllergehalt und dessen Aspektverhältnis bzw. räumlichen Ausdehnung bestimmt, und zum anderen vom Grad der Gegenionkondensation. Die aufgezeigten Faktoren beeinflussen sich gegenseitig und ergeben im Zusammenspiel den absoluten Verstärkungseffekt.
