Untersuchung der Dynamik verhakter Polymerschmelzen mit Hilfe der Multiquanten-Kernresonanzspektroskopie

• Applicant: Professor Dr. Kay Saalwächter, Ph.D.
• Subject Area: Preparatory and Physical Chemistry of Polymers
• Term: from 2008 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 61498623

Mit diesem Projekt wird eine umfassende NMR-Untersuchung der Dynamik in der verhakten Schmelze verschiedener Polymere über einen weiten Temperatur- und Molekulargewichtsbereich beantragt. In jüngster Zeit konnte die relativ neue Technik der Multiquanten-(MQ-) NMR zur Untersuchung der Kettendynamik und der lokalen Struktur (Vernetzungs- und entanglement-Dichte, lokale Packung) in Polymerschmelzen sowie in reinen und gequollenen Elastomeren etabliert werden. Insbesondere in den Arbeiten in meiner Gruppe wurde gezeigt, dass die MQ-NMR den meisten konventionellen NMR-Techniken wie z.B. den in ihrem Zeitbereich vergleichbaren transversalen Relaxationsexperimenten überlegen ist. Zudem ist das Experiment technisch anspruchslos und kann auf kostengünstigen Tieffeld-Geräten durchgeführt werden. MQ-NMR wie auch viele vergleichbare NMR-Methoden delektieren Re-Orientierungsbewegungen auf der ms-μs- Zeitskala, womit sie (im Gegensatz zur Neutronenstreuung) unmittelbar auf die eigentliche Reptationsbewegung in verhakten Polymerschmelzen sensitiv ist. Verschiedene NMR-Methoden wurden folglich in der Vergangenheit zur Untersuchung der Dynamik verhakter Polymerschmelzen eingesetzt, wobei in der Regel unterschiedliche theoretische Ansätze zur Analyse der Daten verwendet wurden. Zudem wurden die jeweiligen Methoden nur auf einen oder wenige Polymertypen in begrenzten Temperaturbereichen angewendet, wodurch ein echter Vergleich der Polymere untereinander und ein Vergleich mit Literaturdaten z.B. aus der Rheologie oder der Neutronenstreuung bisher kaum erfolgt ist. Diese Lücke soll nun mit diesem Projekt geschlossen werden: Wir werden MQ-NMR-Experimente mit verschiedenen Polymeren über weite Temperatur- und Molekulargewichtsbereiche durchführen und verschiedene theoretische Ansätze zur Datenanalyse testen bzw. weiterentwickeln, um schließlich zu direkt mit anderen Methoden vergleichbaren Observablen zu gelangen. Ziel des Projektes ist es letztlich, MQ-NMR als Standardmethode zur Aufklärung molekulardynamischer Prozesse auf der Ebene der einzelnen Ketten neben den technologisch wesentlich aufwendigeren Streumethoden zu etablieren.

• DFG Programme: Research Grants