Einfluss von Salzen auf die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Polymerlösungen und deren Verformbarkeit

Bei einer Vielzahl von Polymeren kann eine Verformung über einen Lösungszustand mit einer sich anschließenden Regeneration erfolgen. Dabei haben sowohl intra- und intermolekulare als auch Wechselwirkungen mit dem Lösungsmittel und eventuell vorhandenen Begleitstoffen auf den erreichbaren Lösungszustand und damit auf die erreichbaren Eigenschaften der Polymerformkörper einen erheblichen Einfluss. Wie insbesondere bei Proteinfaltungsprozessen bekannt, aber auch von anderen Polymeren punktuell beschrieben nehmen Salze dabei eine besondere Stellung ein.

Ein wesentliches Ziel des Projektes bestand darin, allgemeingültige Zusammenhänge des Einflusses definierter Salzzusätze auf die Wechselwirkungen zwischen Polymeren und Lösungsmitteln und die daraus resultierenden Eigenschaften von Polymerlösungen, insbesondere im Hinblick auf deren Verformbarkeit herauszuarbeiten.

Ergebnisse

Im Fokus der Untersuchungen des Projektes standen insbesondere die Biopolymere Cellulose und Seidenfibroin. Von Polymerlösungsmitteln, in denen hochkonzentrierte, und damit für Verformungsprozesse geeignete Polymerlösungen hergestellt werden können, wurden in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Salzes meist nur geringe Zusätze toleriert. Insbesondere Salze mit relativ großen Anionen, wie beispielsweise NaH₂PO₄, NaSCN oder K₂SO₄ wurden durch die Polymerauflösung aus dem Lösemittel verdrängt und fielen aus, oder führten zu einem starken Viskositätsanstieg. Eine Steigerung erreichbarer Fasereigenschaften und damit eine positive Beeinflussung des Verformungsprozesses wurde insbesondere bei Celluloselösungen durch den Zusatz von LiCl beobachtet.

Im Falle von Seidenfibroin liegt ein wesentlicher Faktor zur Beeinflussung erzielbarer Fasereigenschaften in der Nachbehandlung bzw. dem Verzug der Fasern, welche ebenfalls durch Salzzusätze beeinflusst werden können. Einen bedeutender Erkenntniszugewinn erfolgte hierbei durch den im Rahmen des Projektes angeschafften LynxEye Detektor zur Aufnahme von WAXS-Spektren von Polymerformkörpern. Dieser ermöglicht eine einfache Charakterisierung der räumlichen Ausrichtung kristalliner Bereiche, welche wesentlich für die erreichbaren mechanischen Eigenschaften sind.

WAXS-Aufnahmen von Naturseideausgangsmaterial bzw. nach dem Löseprozess regenerierten Fäden (verstreckt / unverstreckt)

Anwendung

Die Projektarbeiten haben insbesondere grundlegende Erkenntnisse zur Beeinflussung von Lösungszuständen und Verformungsprozessen geliefert, welche bei einer weiteren Untersuchung und Nutzung von Polymerlösungsprozessen Anwendung finden.