Polymorphismus-gesteuerter Elastizitätsmodul biobasierter Polymere

Polyamid 11 (PA 11) und Polymilchsäure (PLLA) sind kristallisierbare thermoplastische Polymere mit immer weiter steigender Bedeutung wegen deren umweltfreundlicher Herstellung basierend auf nachwachsenden Rohstoffen sowie wegen deren spezifischem Eigenschaftsprofil einschließlich Bioabbaubarkeit und -kompatibilität im Fall von PLLA oder exzellente mechanischen Verhalten in einem extrem weiten Temperaturbereich im Fall von PA 11. Beide Polymere werden typischerweise über die Schmelze verabeitet, zum Beispiel per Extrusion oder Spritzgiessen. In Abhängigkeit von den Verarbeitungsparametern bilden sich verschiedene Kristallmodifikationen aus. Bei hohen Temperaturen entstehen perfekte Kristalle mit hoher Packungsdichte, während bei niedrigen Temperaturen, wie es zum Beispiel bei Abkühlung der Schmelze mit hohen Kühlraten möglich ist, weniger gut geordnete, konformative Defekte enthaltene Kristalle mit geringerer Packungsdichte entstehen. Informationen über mechanische Eigenschaften der verschiedenen Kristallmodifikationen, einschließlich dem Elastizitätsmodul als eine wesentliche Kenngröße zur Beurteilung des Materials, sind allerdings noch nicht verfügbar. Analyse des mechanischen Verhaltens von teilkristallinem PA 11 und PLLA, welches die verschiedenen Kristallmodifikationen enthält, liefert keine Schlussfolgerungen über spezifische Eigenschaften der verschiedenen Kristalle, da diese von der unterschiedlichen teilristallinen Morphologie maskiert werden. Ein direkter Vergleich der Eigenschaften der Kristalle unterschiedlicher Struktur, welche in einer amoprhen Matrix eingebettet sind, wird allerdings möglich, wenn alle anderen Strukturparameter unverändert bleiben. Das sind vor allem die Kristallgestalt und -organisation in einer Überstruktur. Die Herausforderung und das Ziel des Projektes ist die Präparation von teilkristallinem PA 11 und PLLA, welches Kristalle oder Mesophase enhält, aber anderweitig in der übermolekularen Struktur identisch ist. Die Einstellung derartiger Strukturen kann nicht über klassische Schmelzekristallisation bei unterschiedlichen Temperaturen erfolgen, jedoch über spezifische Keimbildungs- und Rekristallisationspfade. Die Analyse eines weiten Spektrums von teilkristallinen Morphologien, sowie der Effekte von Kristallinität, Kristallgestalt oder Präsenz von Sphärolithen auf das mechanische Verhalten soll dazu beitragen, das ingenieurtechnische Potential dieser bedeutenden biobasierten Kunststoffe weiter auszuschöpfen.