Alterungskontrollierte Kristallisation von Polylactid

Poly(L-lactid) (PLLA) ist ein biobasierter Polyester mit aus ökologischer Sicht wegen Einsparung fossiler Ressourcen zur Herstellung von Polymermaterialien steigender Bedeutung. PLLA ist durch spezifische Eigenschaften wie Kompostierbarkeit, Bioresorbierbarkeit oder Biokompatibilität charakterisiert, was zu Spezialanwendungen zum Beispiel im Bereich der Medizintechnik/Biomedizin oder dem Sektor biologisch abbaubarer, umweltschonender Verpackungen führt. Die Eigenschaften hängen von der teilkristallinen Morphologie ab, welche auch von den Kristallisationsbedingungen abhängen. Wegen der für viele Anwendungen geforderten Teilkristallinität ist es oft notwendig, PLLA zu modifizieren, um die niedrige Kristallisationsrate dieses Werkstoffs zu erhöhen.

Eine Möglichkeit der Erhöhung der Kristallisationsrate ist die Variation des Keimbildungspfades während der Schmelzekristallisation. Es ist das Ziel, die Keimbildungskinetik insbesondere bei hoher Unterkühlung der Schmelze einschließlich dem Glaszustand zu quantifizieren. Dies soll über die kalorimetrische Analyse der bei erhöhter Temperatur durchgeführten Kaltkristallisation sowie der mikroskopischen Analyse der sphärolithischen Überstruktur erfolgen.

Es wird angestrebt, den Einfluss der Schmelzeabkühlung auf die Keimbildungskinetik von PLLA zu evaluieren. Als Funktion der Kühlrate können unterschiedliche amorphe Strukturzustände eingefroren werden, welche sowohl die Keimbildungskinetik im Glaszustand als auch die Kaltkristallisation bei erhöhter Temperatur beeinflussen. Es soll nachgewiesen werden, dass Keimbildung im Glaszustand erst auftritt, wenn die Enthalpierelaxation während der Alterung abgeschlossen ist. Mit diesen Untersuchungen sollen Strukturbildungsvorgänge in PLLA, wie diese in der Realität auftreten können, simuliert werden und damit Aussagen zum Langzeiteinsatzverhalten gewonnen werden.

Ein weiteres Ziel ist die Evaluierung der Möglichkeit der gezielten Einstellung teilkristalliner Morphologien. Es wird erwartet, dass als Funktion der Alterungsbedingungen und damit der Kristallkeimzahl sowohl die sich während anschließender Kaltkristallisation einstellende Kristallitmorphologie als auch Sphärolithstruktur kontrolliert werden und damit das Eigenschaftsprofil beeinflussbar ist.

Basierend auf den ermittelten Daten soll es im Ergebnis des Projektes möglich sein, verallgemeinerungsfähige Aussagen zur Keimbildung von PLLA im Glaszustand zu formulieren, Empfehlungen zur Steuerung/Beschleunigung der Kristallisation über Variation des Keimbildungspfades zwecks Optimierung von Verarbeitungsprozessen oder Wärmebehandlungen bereitzustellen sowie Empfehlungen zur keimbildungs-/kristallisationspfadkontrollierten Einstellung spezifischer und durch Schmelzekristallisation nicht erzielbarer Eigenschaftsprofile zu geben. Weiterhin soll die Möglichkeit der Vorhersage des Langzeitverhaltens über die Zeitabhängigkeit der Enthalpierelaxation und Keimbildung im Glaszustand evaluiert werden.