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Verbesserte Materialien durch Untersuchung an Polymer-Mischungen

17.02.1997 - (idw) Weizmann Institut

Verbesserte Materialien durch Untersuchung an Polymer-Mischungen

WANDERNDEN POLYMEREN AUF DEN SPUR

Vom Kugelschreiber bis zum Kochtopf, von Festplatten bis zu CD-Platten - eine wachsende Zahl von Produkten wird aus Polymeren hergestellt - riesige, komplexe Molekuele mit wiederkehrenden Strukturelementen.

Verschiedene Polymere werden oft im fluessigen Zustand miteinander vermischt und dann gehaertet, um ihre guenstigen Eigenschaften im Mischprodukt zu vereinigen. Waehrend der Vermischung neigen einige Polymertypen mehr als andere dazu, an die Oberflaeche zu wandern, wo sie eine Art Schale bilden, die mit der Zeit waechst. Es ist daher wichtig zu wissen, welcher Bestandteil wahrscheinlich an die Oberflaeche wandert: Ein Polymer, das zum Beispiel besonders schmutzab-weisend ist, oder guenstige Schmiereigenschaften hat, ist an der Oberflaeche besonders erwuenscht. Es ist ausserdem wichtig zu wissen, ob die Polymerschicht an der Oberflaeche vor der Haertung genuegend Zeit hat, um eine ausreichende Staerke zu erreichen.

Eine Reihe von Untersuchungen am Weizmann Institut - die neuesten Ergebnisse erschienen in der juengsten Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters - helfen diese Fragen zu beantworten und koennten zur Entwicklung besserer Polymerwerkstoffe fuehren.

Prof. Jacob Klein und sein Student Ullrich Steiner von der Abteilung Werkstoffe und Grenzflaechen stellten fest, dass die flexibleren Polymerketten in der Mischung - jene, die sich leichter biegen lassen - eher zur Oberflaeche wandern. Sie haben ausserdem herausgefunden, dass das Dickenwachstum einer Schicht primaer von den schwachen Anziehungskraeften zwischen neutralen Molekuelen, den van-der-Waalschen Bindungskraeften, gesteuert wird. Da diese Bindungskraefte sehr schwach sind, geschieht das Dickerwerden extrem langsam - im Einklang mit einer mathematischen Gleichung ungefaehr mit dem Faktor 4. Wenn also eine Schicht nach einer Stunde eine bestimmte Dicke erreicht, dann wird sie ihre Dicke nach 16 Stunden (24)verdoppeln und nach 256 Stunden erneut verdoppeln (44) und so weiter - bis die Mischung gehaertet ist und der Vorgang zum Stillstand kommt. Diese Studien wurden am 3MV Van-de-Graaf-Teilchenbeschleuniger des Weizmann Instituts durchgefuehrt, wo die Kerne von Polymeren mit hochbeschleunigten Atomen bombardiert wurden. Eine Analyse der Reaktionen innerhalb dieser Kerne gibt detaillierten Aufschluss ueber die Bildung der Polymer-Oberflaechenschicht und ihrer Eigenschaften.

Diese Ergebnisse foerdern das grundsaetzliche Verstaendnis von Vorgaengen innerhalb von Polymermischungen. Sie koennten auch zur Optimierung der Oberflaecheneigenschaften von Werkstoffen aus verschiedenen Polymeren beitragen.

Die Studie von Prof. Klein wurde teilweise von der Deutsch-Israelischen Stiftung fuer Forschung und Entwicklung (GIF), der Minerva-Stiftung, der EG-Kommission und dem israelischen Wissenschaftsministerium gefoerdert. Prof. Klein ist Inhaber des Hermann-Mark-Lehrstuhls fuer Polymerphysik. Ullrich Steiner forscht nun in der Bundesrepublik an der Universitaet Konstanz.

Das Weizmann-Institut ist ein bedeutendes Zentrum fuer Forschung und Hochschulstudien in Rehovot, Israel

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