Rationales Design nachhaltiger biobasierter Duroplaste: Integration von Experimenten, Simulationen und maschinellem Lernen zur Leistungssteigerung

• Antragstellerin: Nataliya Kiriy, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573087814

Ziel dieses Projekts ist es, entscheidende experimentelle und rechnergestützte Lücken bei der Entwicklung nachhaltiger biobasierter Duroplaste zu schließen. Dazu werden Monomersynthese, Netzwerkdesign mit Recyclingfähigkeit, molekulare Simulationen sowie ein maschinelles Lernen (ML)-gestützter Materialentwurf integriert. Der Ansatz kombiniert die Synthese zweier etablierter, erdölbasierter Referenzsysteme mit der gezielten Substitution petrochemischer Komponenten durch geeignete Bausteine aus nachwachsenden Rohstoffen, um eine vielseitige Bibliothek funktionaler biobasierter Harze zu erzeugen. Diese Harze werden durch kontrollierte Aushärtungsprozesse in Duroplastnetzwerke überführt, deren mechanische Eigenschaften und Recyclingfähigkeit – unterstützt durch dynamische kovalente Bindungen – systematisch untersucht werden. Zur Vertiefung des Verständnisses der Beziehungen zwischen Netzwerkstruktur, Materialeigenschaften und Recyclingpotenzial wird ein molekulares Modellierungsframework eingesetzt, das kinetische Monte-Carlo-Simulationen zur Erfassung der Aushärtungskinetik mit Molekulardynamiksimulationen zur Vorhersage des thermomechanischen Verhaltens kombiniert. Die experimentellen Daten fließen in eine digitale Datenbank ein, die zur Entwicklung von ML-Modellen dient, welche die Materialleistung in bislang unerforschten Formulierungsräumen vorhersagen. Ein zentraler Bestandteil des Projekts ist ein iterativer, geschlossener Rückkopplungsprozess, in dem ML-Vorhersagen experimentell validiert und zur kontinuierlichen Modellverbesserung genutzt werden. So wird ein effizienter und präziser Entwurf leistungsfähiger, recycelbarer biobasierter Duroplaste ermöglicht. Dieser interdisziplinäre Ansatz schafft die Grundlage für eine neue Generation nachhaltiger Duroplaste, die industrielle Leistungsanforderungen erfüllen und gleichzeitig zirkuläre Materialstrategien voranbringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Singapur
• Partnerorganisation: Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)
• Kooperationspartnerin: Nannan Li, Ph.D.