Einfluss intrakristalliner Dynamik auf Morphologie und Schmelzverhalten teilkristalliner Polymere [Kumulative Dissertation]

Abstract

Die lamellare Dicke dc in teilkristallinen Polymeren variiert stark in unterschiedlichen Polymersystemen und ist zudem von der Kristallisationstemperatur abhängig. Diese Arbeit adressiert die viel diskutierte Frage nach der Dicken-Selektion der Lamellen. Eine allgemeine Klassifizierung, basierend auf dem Zusammenspiel der Kinetik des Lamellenwachstums und intrakristalliner Kettendynamik (engl. intracrystalline chain dynamics, ICD) wurde geprüft. Die ICD ist polymerspezifisch und in einer translativen Bewegung der Ketten im Polymerkristall begründet. Mittels Polarisationsmikroskopie und Festkörper-NMR wurde die Zeitskala beider Prozesse bestimmt und verglichen. Die Entstehung der Morphologie und das Schmelzverhalten der Modellpolymere PCL, POM und PEO wurden mittels Röntgenkleinwinkelstreuung und Kalorimetrie untersucht. In Abhängigkeit des Zeitskalen-Verhältnisses steigt dc systematisch an. Es wird geschlussfolgert, dass dc durch den Wettbewerb zwischen lamellaren Wachstum und ICD bestimmt wird, was zu den entsprechenden morphologischen und thermischen Eigenschaften führt.

The lamellar thickness dc in semicrystalline polymers varies largely between different polymers and also depends on the crystallization temperature. This work addresses the still highly debated mechanism for the lamellar thickness selection. A general classification based on the interplay between kinetics of lamellar growth and reorganisation processes enabled by intracrystalline chain dynamics (ICD) is proved. ICD is a polymer specific process and based on a translational motion of the chains in the polymer crystallites. Using polarization microscopy and solid-state NMR the timescale of both processes can be determined and compared. The emerging morphology during crystallization as well as the melting behaviour of PCL, POM and PEO were investigated, using small angle X-ray scattering and calorimetry. Depending on the timescale ratio, dc shows a systematic increase. This leads to the conclusion, that the dc determined by the competition of lamellar growth and ICD, leading to different morphological and thermal characteristics.