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Projekt
Molekulares Verständnis der Auswirkung prozesstechnisch relevanter struktureller Merkmale auf die polymorphe Kristallisation von niedermolekularem isotaktischen Polypropylen
Fachliche Zuordnung
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573616290
Das Verständnis von Polymerkristallisationsprozessen ist entscheidend für die Generierung von Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Polypropylen (PP) ist ein vielseitiges Material mit einer großen Eigenschaftsvielfalt, die von seinen molekularen Strukturvariablen, Molekulargewichtsverteilung, Verzweigungsverteilung, Stereo- und Regiodefektverteilung, sowie dem polymorphen Phasenverhalten und von prozessabhängigen kinetischen Einflüssen abhängig ist. Insbesondere der Zusammenhang zwischen molekularer Struktur und dem polymorphen Phasenverhalten unter prozesstechnisch relevanten kinetischen Einflüssen von Polypropylen ist weder aus experimenteller Sicht noch zufolge der molekularen Modellierung gut verstanden. Dieses Projekt zielt darauf ab, ein grundlegend neuartiges, molekulares Verständnis dafür zu erlangen, wie Molmasse, Verzweigungen und insbesondere Stereodefekte die Mechanismen der polymorphen Kristallisation von niedermolekularem und vorwiegend isotaktischem PP (iPP) beeinflussen. In iPP-Proben, die z.B. durch Ziegler-Natta-Katalysatoren oder andere Arten von Katalysatoren hergestellt werden, treten die Strukturvariablen in Verteilungen auf, was es herausfordernd, wenn nicht sogar unmöglich macht, ihre individuellen Beiträge zur Kinetik und Thermodynamik der Kristallbildung zu rationalisieren. Das Ziel besteht darin, eine Deconvolution dieser individuellen Struktur-Eigenschafts- Beziehungen zu erreichen, die jede dieser strukturellen Merkmale mit den Mechanismen der Kristallbildung aus der Schmelze verbinden. Das Projekt zielt darauf eine kristallisationsbasierte Polymerfraktionierungsmethode zu entwickeln. Diese Methode wird die Herstellung von iPP-Proben mit engen Kettenlängen- und Verzweigungsgradverteilungen sowie einer kontrollierten Anzahl an Stereo-Defekten ermöglichen. Enhanced-Sampling-All-Atom- Molekulardynamik (MD)-Simulationen werden in Verbindung mit lokalen Ordnungsparametern entwickelt, um die Freie-Energie-Landschaften und molekularen Mechanismen, die mit der Keimbildung verschiedener Kristallphasen aus der Schmelze verbunden sind, zu untersuchen. Aus experimenteller Perspektive wird als Ergebnis eine kristallisationsbasierte Fraktionierungsmethode erstmalig entwickelt, die einen quantitativen Zugang zu den drei Strukturvariablen gleichzeitig ermöglicht. Dies wird eine präzise Bestimmung kinetischer, thermodynamischer und struktureller Parameter während der Kristallisation einer relativ großen Anzahl von Proben mit sehr kontrollierten strukturellen Merkmalen ermöglichen, die als Input und Validierung für die Modellierung dienen. Das wichtigste modellbasierte Ergebnis ist die quantitative Vorhersage der Freien-Energie-Landschaften im Zusammenhang mit der iPP Kristallbildung an ausgewählten Punkten eines definierten Merkmalsraums. Die mikrostrukturelle Information der Kristalle hinsichtlich der Lamellendicke und Orientierung wird durch Modellierung vorhergesagt und quantitativ durch die Experimente validiert.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
