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Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen

Schock- und energieabsorbierende Polymernetzwerke

Bestimmte Spinnenseiden zeichnen sich durch eine optimale Schock- und Energieabsorption aus, die bislang durch kein synthetisches Material erreicht wurde. Es wurde im Rahmen des DFG-geförderten Projekts (TI 326/4-1) „Design kristallisationsinhibierter Polymernetzwerke zur Adsorption und Speicherung großer mechanischer Schocks“ am Beispiel von kritisch vernetztem syndiotaktischem Polypropylen (x-sPP) gezeigt, dass kaltprogrammierbare, hochdehnbare Formgedächtnispolymere vergleichbare und sogar bessere Eigenschaften aufweisen, wenn sich diese durch Strecken von einem amorphen, gummiartigen in einen hochkristallinen, hochmoduligen Zustand transformieren und diesen auch nach dem Loslassen beibehalten.[1,2] Da diese Fähigkeit jedoch aufgrund des Einsetzens thermischer Kristallisation bereits nach kurzer Zeit verloren geht, ist die Zielsetzung des DFG-geförderten Projekts (Ti 326/8-1) „Entwicklung und Optimierung von kristallisationsinhibierten Polymer-Netzwerken für die dehnungsinduzierte Schaltung von entropie- zu energieelastischem Verhalten“ die Erarbeitung eines neuartigen Konzepts zur Synthese von Polymernetzwerken, die bis zu einer bestimmten Grenztemperatur oberhalb von Raumtemperatur amorph bleiben und ausschließlich unter mechanischer Verformung spontan kristallisieren. Dies soll durch Covernetzung eines amorphen und eines kristallisationsfähigen Polymers erreicht werden, wobei die verwendeten Polymere eine signifikante Teilmischbarkeit miteinander aufweisen. Hierzu wird die Teilmischbarkeit von Carbonylgruppen-haltigen amorphen Polymeren mit Polyvinylidenfluorid (PVDF) ausgenutzt und die stabile, bzw. metastabile Mischbarkeit der Polymere und deren thermische, bzw. dehnungsinduzierte Kristallisationsfähigkeit in Abhängigkeit von Komposition und Vernetzungsgrad studiert, um abschließend den Erkenntnisgewinn zur Realisierung eines stabilisierten, dehnungsinduziert kristallisationsfähigen Elastomers zu verwenden. 

[1] T. Raidt, R. Hoeher, F. Katzenberg, J. C. Tiller; Chemical Cross-linking of Polypropylenes Towards New Shape Memory Polymers; Macromolecular Rapid Communications 36 (8), 744-749 (2015); https://doi.org/10.1002/marc.201400727.

[2] T. Raid, P. Santhirasegaran, R. Hoeher, J.C. Tiller, F. Katzenberg; Shock- and Energy-Absorption Capability of Cold-Programmable Shape Memory Polymers; Macromolecular Chemistry and Physics 220 (2), 1800274 (2019); https://doi.org/10.1002/macp.201800274.