Formgedächtnis von vernetzten statistischen Ethylen-1-Alken-Copolymeren und heterogenen Blend-Systemen auf deren Basis

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Polymerwerkstoffen kann unter bestimmten strukturellen Voraussetzungen und technologischen Bedingungen ein Formgedächtnis aufgeprägt werden, das zu neuen intelligenten Anwendungen führt. Dabei stellen die ¿Programmierung des Werkstoffes, die Stärke des Formgedächtniseffektes sowie seine Auslösung bei einer definierten Schalttemperatur die entscheidenden Charakteristika dar. Neben Formgedächtniskunststoffen mit singulärem Formgedächtniseffekt sind vor allem auch multipel schaltbare Materialien von Interesse. Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Erarbeitung der strukturellen Grundlagen für die Ausprägung des Formgedächtnissen in Polymerwerkstoffen und in der Beschreibung der Grundmechanismen des Formgedächtnisses für Polymerwerkstoffe mit multiplem Formgedächtniseffekt. Durch die Schaffung eines stabilen kovalenten bzw. Entanglement- Netzwerkes in der amorphen Matrix teilkristalliner Polymere mit mehreren kristallinen Phasen bzw. Kristallpopulationen mit unterschiedlicher Schmelztemperatur wird der Formgedächtniseffekt in Abhängigkeit von der Temperatur multipel. Nach geeigneter Programmierung weisen diese Materialien ein Formgedächtnis mit mehreren Antworttemperaturen entsprechend ihrem multiplen Schmelz- bzw. Relaxationsverhalten auf. Als Modellpolymere sollen vernetzte metallocen-katalysierte Ethylen-1-Alken-Copolymere mit unterschiedlichen Strukturparametern der kristallinen Phase, die sich durch den Alkengehalt und die thermische Vorgeschichte gut steuern lassen, sowie vernetzte Blends auf deren Basis - vor allem mit anderen Polyolefinen - verwendet werden. Die definierte Herstellung der Materialien und die Programmierung des molekularen Zustandes zur Gewährleistung von Formgedächtniseigenschaften sollen über Schmelzeverarbeitungsprozesse mit nachfolgender gezielter thermischer Behandlung, d.h. selektiver Vernetzung und definierter Abkühlung, erfolgen. Die Charakterisierung der Formgedächtniseigenschaften wird anhand von Kriech-Erholungs- Experimenten und Relaxationsuntersuchungen vorgenommen. Die Formgedächtniswerkstoffe werden hinsichtlich ihres Schrumpf-, Schmelz und Kristallisationsverhaltens mittels thermisch-mechanischer (TMA) und dynamisch-mechanischer Thermoanalyse (DMTA) sowie Kalorimetrie (DSC, TMDSC) charakterisiert. Im Ergebnis des Projektes werden die Zusammenhänge zwischen der molekularen Struktur bzw. dem morphologischen Aufbau der multiplen Formgedächtnispolymere, den technologischen Parametern ihrer Herstellung bzw. Programmierung und den Formgedächtniseigenschaften dargestellt. Die Ergebnisse des Projektes sollen dazu beitragen, innovative Formgedächtnispolymere auf oleofinischer Basis zu entwickeln und geeigneten Anwendungen zuzuführen.