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Polymer molecular modeling at integrated length/time scales

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Entwicklung neuer Kunststoffe aus Polymeren

Polymere spielen in allen gesellschaftlichen Bereichen eine wichtige Rolle: in der Industrie, in der Wirtschaft sowie im alltäglichen Leben. Im Rahmen eines europäischen Forschungsvorhabens, dem PMILS-Projekt, wurde ein Modell eingesetzt, durch das die Entwicklung von neuen künstlichen polymeren Werkstoffen beschleunigt werden kann.

Industrielle Technologien

Unter Einsatz von Polymeren ist die Herstellung einer unglaublichen Vielzahl von Produkten, von CDs bis hin zu Abfalleimern, möglich. Da die Art der Monomere und die Herstellungsbedingungen variiert werden können, sind die Möglichkeiten zur Schaffung neuer Produkte fast unbegrenzt. Die Entwicklung neuer Materialien kann jedoch zeit- und kostenintensiv sein. Der Aufwand für die künstliche Herstellung sowie für die Überprüfung des Materials auf die gewünschten Eigenschaften sind nicht zu unterschätzen. Das von der EU geförderte Projekt PMILS hatte zum Ziel, die Entwicklung von neuen Kunststoffen durch die Schaffung von Modellen zu straffen, mit denen die Werkstoffeigenschaften aus seinem molekularen Aufbau und den Herstellungsbedingungen im Voraus vorhergesagt werden können. Eine Möglichkeit war, stochastische Differenzialgleichungen (SDGL) auf dieses Problem anzuwenden. Stochastische Differenzialgleichungen können zur Modellierung einer Vielzahl von Systemen verwendet werden, angefangen mit dem rheologischen Verhalten von polymeren Materialien bis hin zu Finanzmärkten. Die Projektpartner des Imperial College of Science, Technology and Medicine (Großbritannien) haben stochastische Differenzialgleichungen auf die Dynamik von Polymerschmelzen angewendet. Diese stochastischen Differenzialgleichungen wurden von Öttinger, einer Kapazität im Bereich der mathematischen Aspekte stochastischer Modelle, in Zusammenarbeit mit seinen Kollegen entwickelt. Basierend auf dem Vergleich experimentell ermittelter Viskositäten mit denen, die durch das theoretische Modell hervorgesagt wurden, konnten die optimalen Parameter für Polymere abgeleitet werden. Zu diesen Parametern gehörten wichtige Polymereigenschaften bezüglich ihrer rheologischen Eigenschaften wie die Relaxationszeit, die in engem Zusammenhang mit der molekularen Steifigkeit steht. Bei Kunststoffen handelt es sich um ein sauberes und steriles Material geringer Dichte, das dennoch eine gewisse Festigkeit und Wärmebeständigkeit aufweist. Daher werden verstärkt neuartige Polymere für den Einsatz im Gesundheitsbereich und in der Fahrzeugindustrie gesucht. Durch eine verbesserte Modellierung eröffnet sich die Möglichkeit einer schnelleren Entwicklung neuer Kunststoffe, was auch zur Stärkung derWettbewerbsfähigkeit des europäischen Wirtschaftsraums beitragen wird.

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