Entwicklung und Parametrisierung vergröberter Polymermodelle zur Vorhersage und zum Verständnis viskoelastischer Materialeigenschaften

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Ziel dieses Vorhabens ist ein Verfahren, das es erlaubt, für konkrete Polymere systematisch vergröberte Modelle zu parametrisieren, die außer der mikroskopischen Struktur und den thermodynamischen Eigenschaften auch die viskoelastischen Eigenschaften richtig wiedergeben. Vergröbert ("coarse-grained") bedeutet dabei, dass das Polymer nicht mehr atomistisch detailliert -für jedes Atom in der Natur eins im Computer- beschrieben wird, sondern durch ungefähr ein so genanntes Superatom pro Wiederholungseinheit. Das ermöglicht es, mit Molekulardynamik- Simulationen zu Systemgrößen und Simulationszeiten vorzustoßen, die zur mikroskopischen Beschreibung der Viskoelastizität unerlässlich sind, die aber mit atomistischen Modellen auf absehbare Zeit nicht erreicht werden können. Die vergröberten Modelle sind nicht generisch, sondem spezifisch für das jeweils vorliegende Polymer. Sie werden so parametrisiert, dass sie trotz der Vereinfachung gewählte Zieleigenschaften richtig reproduzieren. Zu denen gehören Strukturverteilungen, die aus atomistischen Simulationen von entsprechenden Oligomeren erhalten werden, und thermodynamische Eigenschaften wie die Dichte der Kohäsionsenergie oder die Massendichte, die experimentell leicht zugänglich sind. Hierfür haben wir in den letzten Jahren robuste Verfahren entwickelt. Im vorliegenden Forschungsvorhaben sollen diese auf viskoelastische Eigenschaften (diverse Moduln, Scherviskosität) erweitert werden, die technologisch wichtig aber auch ungleich schwieriger durch vergröberte Modelle zu beschreiben sind. Bei Erfolg steht eine Methode zur Verfügung, um diese für z.B. Polymerhersteller und Kunststoffverarbeiter, aber auch für Nanowissenschaftler, sehr relevanten Eigenschaften von Polymermaterialien quantitativ zu beschreiben und qualitativ zu verstehen.