Mikro Thermischer Analysator
Final Report Abstract
Zur Charakterisierung der Morphologie und der Zusammensetzung von Polymeren, Polyblends, Polymer-Komposit-Werkstoffen usw. werden vielfältige thermische Methoden eingesetzt, z. B. DSC, TGA, TMA, DMA usw. Die charakteristischen Übergangstemperaturen der Materialien bzw. ihrer Komponenten erlauben in vielen Fällen ihre Identifizierung und die Beschreibung ihrer Morphologie. Mit den herkömmlichen Makromethoden können nur Durchschnittswerte über die Gesamtmorphologie erhalten werden. Eine detaillierte Auflösung und Analyse bzw. Charakterisierung der Bestandteile von Polymeren bzw. einzelner Phasen, ihrer Größe und Verteilung werden erst durch die Analyse im Nanometer- bzw. Mikrometer-Bereich möglich. Solche Messungen können mittels der Örtlichen Thermischen Analyse (Localized Thermal Analysis, LTA) durchgeführt werden, für die die Kombination aus Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) in Kombination mit einer nanoskaligen thermischen Sonde genutzt werden kann und dafür beschafft wurde. Mit der LTA können einzelne Phasen in segregierten Polymeren, z. B. in den von den Mitarbeitern der TH Wildau entwickelten Polyurethanen oder Poly(urethan-harnstoffen) bzw. in den Polyblends auf Basis PVB, in Bezug auf ihr thermisches Verhalten untersucht und diese Phasen so beschrieben werden. An drei Beispielen sollen solche Untersuchungen verdeutlicht werden: Die Untersuchung von Poly(urethan-harnstoffen) auf der Basis von Oligoharnstoff-Nanodispersionen zeigte eine durchschnittliche Molekülgröße zwischen 10 und 100 nm, wie sie aus den Moleküldaten berechnet wurde. Oligoharnstoffmoleküle neigen zur Agglomeration über energieintensive Wasserstoffbrückenbindungen, wodurch die Größe der Harnstoffteilchen über 1000 nm betragen kann. Mittels LTA konnten sowohl die Phasengrößen sowie die Größe der Einzelmoleküle bestimmt werden, darüber hinaus die thermo-mechanischen Eigenschaften zumindest der C, Harnstoffphase mit Glasübergängen bis zu 210° wobei mittels DMA niedrigere Werte bis 185° C als Maximum des Verlustfaktors tan δ bestimmt wurden. In einer zweiten Serie von Untersuchungen wurden Polyurethane aus speziellen Polyesterdiolen und natürlichen Ölen hergestellt. Es wurden hier die Phasen der Polyurethane und der in die Netzwerke eingebundenen Ölmoleküle untersucht. Die Phasenübergänge der Polyurethanphase konnten mit 72 und 95°C bestimmt werden und daraus die Morphologie als eine Zwei-Phasen-Morphologie mit einer reinen Polyurethanphase und einer nahezu 1:1 vermischten Polyurethan-Öl-Phase charakterisiert werden. In einer dritten Untersuchung wurden Hybridnetzwerke auf der Basis von PVB durch Verarbeitung mit Böhmit (Aluminiumoxidhydroxid) und einem linearen Isocyanat-Prepolymeren hergestellt und charakterisiert. Die Analyse der Materialien zeigte, dass das nanoskalige Böhmit in das organische Netzwerk chemisch eingebunden wird und tatsächlich ein Hybridnetzwerk gebildet wurde, das keine separaten Phasen ausbildet. Weiterhin konnte die De-Agglomeration der nanoskaligen Teilchen in Abhängigkeit von der Präparationstechnik untersucht und die am besten geeignete Methode ermittelt werden. Die drei genannten Beispiele sowie weitere Untersuchungen an Poly(urethan-harnstoff)-Beschichtungen mit eingebauten Bioziden zeigen, dass mittels der LTA neue Erkenntnisse und damit Ergebnisse für die Zusammensetzung, die Struktur, die Eigenschaften der Materialien sowie von neuen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen gewonnen werden konnten und auch bei den weiteren Arbeiten im Rahmen von Promotionen und F&E-Projekten gewonnen werden sollen, z. B. in dem neu eingeworbenen EUROSTARS-Projekt GRADCAB.
Publications
- Highly mechanical strength wood polymer composites by use of a new polyurethane binder system, BioResources 3(3), 859-869, (2008)
D. Georgieva, S. Nenkova, M. Herzog, G. Behrendt
- Shape memory polymers obtained by crosslinking PVB and introducing nanofillers, HTMU Sofia, 2010
Ts. Tsonev, S. Nenkova, M. Herzog, G. Behrendt
- Methylcellulose/SiO2 hybrids: sol-gel preparation and characterization by XRD, FTIR and AFM, Cent. Eur. J. Chem. 2011, Volume 9, Number 1, Pages 112-118
N. Rangelova, L. Radev, S. Nenkova, I.M. Miranda Salvado, M. Herzog
