Einfluss von Kristallisationskinetik und Dynamik im Kristall und in der Schmelze auf die Strukturbildung teilkristalliner Polymere

Abstract

In dieser Arbeit erfolgt ein systematischer Vergleich der Zeitskalen der Kristallisationskinetik und Schmelzdynamik (τC und τD) sowie der Kristalldynamik (τR) und deren kombinierter Einfluss auf die Morphologie. In crystal-mobile Polymeren wie Polyethylenoxid (PEO) führt eine Reorganisation und Verdickung direkt an der Wachstumsfront zu einer lokal äquilibrierten topologischen Struktur der amorphen Phase. Für crystal-fixed Polymere wie Poly-Epsilon-Caprolacton (PCL) wachsen in Abwesenheit dieses Relaxationsprozesses die kristallinen Lamellen zufällig in die verschlaufte Schmelze. Die Bestimmung der für die Kristallisation und Reptation nötigen Zeitskalen von τC und τD erfolge experimentell. Für PEO wird außerdem die experimentell ermittelte Zeitskala der αc-Relaxation mit τC und τD verglichen. Die Morphologie von PEO hängt maßgeblich von der Kombination der Zeitskalen ab, wohingegen PCL weitgehend unbeeinflusst von einer Variation der Kristallisationsbedingungen bleibt. In PCL führt die Reorganisation der Ketten während der Kristallisation zu einer von τC/τD abhängigen Verringerung der Verschlaufungsdichte.

A systematic comparison of the timescales of crystallization kinetics and melt dynamics (τC and τD), as well as of the crystalline dynamics (τR) and their combined effect on the morphology is presented. In crystal-mobile polymers as polyethylenoxide (PEO), a reorganization and thickening directly at the growth front results in an equiibrated topological structure of the amorphous phase. For crystal-fixed polymers without this relaxation, such as poly-epsilon-caprolactone (PCL), crystalline lamellae grow randomly into the entangled melt. The timescales τC and τD are determined experimentally. Furthermore, for PEO the experimentally determined timescale of the αc-relaxation is compared with τC and τD. The morphology of PEO is largely dependent on the combination of the timescales, whereas PCL is widely unaffected by a change of the crystallization conditions. In PCL, the reorganization of chains during crystallization leads to a reduced entanglement density, depending on τC/τD.