Erweiterte Messtechnik und Modellierung der verweilzeitabhängigen Molekularstrukturen von Polymeren

Im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft kommt es zu der Mehrfachverarbeitung von Kunststoffen. Hierdurch kann zwar eine Synthetisierung von Neuware aus Erdöl vermieden werden, jedoch stellt die Beibehaltung der Materialeigenschaften beim Recycling von Kunststoffen eine Herausforderung dar. Bei jeder Verarbeitung von Kunststoffen werden diese aufgeschmolzen und hohen Scherungen ausgesetzt. Hierdurch wird die molekulare Struktur des Kunststoffes und somit auch die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffproduktes beeinflusst. Während es beispielsweise bei Polypropylen lediglich zu einer Verkürzung der Polymerketten kommt, welche sich verhältnismäßig einfach über eine Verringerung der Viskosität bestimmen lässt, können bei anderen Polymergruppen komplexere chemische Reaktionen stattfinden, welche das Recycling beeinflussen. Bei Polyethylen können beispielsweise Verzweigungen auftreten und bei Polykondensaten (PC, PA, PET) kann durch die Anwesenheit von Wasser ein hydrolytischer Abbau, aber auch eine Nachpolymerisation stattfinden. Alle Effekte auf molekularer Ebene haben einen Einfluss auf die Eigenschaften eines hergestellten Kunststoffproduktes. Um die Produkteigenschaften in einer Kreislaufwirtschaft möglichst konstant zu halten, müssen die Veränderungen im Kunststoff auf molekularer Ebene möglichst gering gehalten werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Modellierung der verweilzeitabhängigen Molekularstruktur von thermoplastischen Kunststoffen unter Einfluss von Temperatur, Schergeschwindigkeit und Feuchtigkeit. Es soll über die Veränderung der Scherviskosität, Speicher- und Verlustmodul sowohl auf eine Veränderung der mittleren Molmasse als auch auf Änderungen hinsichtlich des Verzweigungs- bzw. Vernetzungsgrads geschlossen werden können. Schlussendlich soll eine Modellierung erfolgen, welche als Vorhersagemodell für die Einschneckenextrusion angewendet werden kann und eine materialschonende Prozessauslegung ermöglicht.