Additivfreie Nukleierung von PLA zur beschleunigten Kristallisation (ANPLAK)

• Antragstellerin: Dr. Regine Boldt
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573882006

Das Ziel dieses Projektes besteht darin, Polymilchsäure (PLA) so zu modifizieren, dass die Kristallisation von PLA beschleunigt wird. Dabei soll auf Zusatz von Additiven verzichtet werden. Die wissenschaftliche Hypothese ist, dass durch den Einsatz von energiereichen Elektronen Langkettenverzweigung entstehen, die als Nukleierungskeime fungieren. Zur Validierung dieser Hypothese sind systematische Untersuchungen erforderlich, die den Einfluss energiereicher Strahlung auf die molekulare Struktur von PLA, insbesondere hinsichtlich Kettenspaltung und Kettenaufbau, detailliert analysieren. Im Rahmen dieses Projektes werden daher umfassende Studien zum Einfluss der Elektronenbestrahlung auf PLA mit unterschiedlichen Molmassen und D-Isomeranteilen in Abhängigkeit vom kristallinen Zustand während der Bestrahlung sowie der Bestrahlungstemperatur und der applizierten Dosis durchgeführt. Auf Basis dieser Untersuchungen werden die Wechselbeziehung zwischen den strukturellen Materialmodifikationen und den daraus resultierenden Materialeigenschaften detailliert beschrieben. Ein weiteres Ziel ist die Erweiterung des wissenschaftlichen Verständnisses der Kristallisationskinetik von elektronenstrahlmodifiziertem PLA unter dem Einfluss von Scherung sowie unter isothermen und nicht isothermen Kristallisationsbedingungen. Dadurch wird ein tiefgreifendes Verständnis des Kristallisationsverhaltens von elektronenstrahlmodifiziertem PLA in Abhängigkeit von Struktur- und Prozessparametern erlangt. Zur Realisierung dieser Ziele werden die Kompetenzen in der Elektronenstrahlmodifizierung von Polymeren mit denen der Strukturaufklärung und Visualisierung von Polymerstrukturen gebündelt. Die vorhandene Ausstattung und das umfangreiche Know-how in korrelativen, skalenübergreifenden Untersuchungen von Polymerstrukturen und -morphologien bieten eine exzellente Grundlage für die Bearbeitung der Thematik. Ein spezielles Teilziel des Projekts umfasst die Untersuchung der Kristallisationskinetik mittels Röntgenbeugung. Hierfür wird die am entwickelte FlowCell modifiziert, um durch den Einsatz eines flüssigkeitsbasierten Kühlsystems anstelle der bisherigen Luftkühlung verschiedene Abkühlgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Darüber hinaus werden temperaturabhängige Veränderungen der Polymerstruktur mit einem Raman-Spektrometer, das mit einer DSC gekoppelt ist, analysiert. Als Ergebnis dieses Projektes steht ein grundlegendes wissenschaftliches Verständnis einer nachhaltigen, additivfreien Modifikation von PLA durch energiereiche Elektronen zur effektiven Steuerung der Kristallisation. Durch Variation der Bestrahlungsparameter werden unterschiedliche kristalline Morphologien erzeugt. Die daraus resultierenden Materialeigenschaften werden mit klassischen materialwissenschaftlichen Methoden untersucht, und die Zusammenhänge zwischen Bestrahlungsparametern, veränderter Struktur und Materialeigenschaften werden auf der Grundlage der in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse aufgeklärt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Michael Thomas Müller