Projektdaten

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Intermolekulare magnetische Dipol-Dipol-Wechselwirkung in der 1H-NMR von Polymerschmelzen und intermolekulare dynamische Korrelationen in Polymerketten

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Die Dynamik von Polymeren in der Schmelze wird seit einigen Jahrzehnten durch zwei sich ergänzende Modelle erklärt, den Rouse-Ansatz und das Reptationsmodell. Sie beschreiben die Wechselwirkungen im Grenzfall kurzer und langer Ketten, wobei der Übergangsbereich durch das erste Auftreten von Verhakungen (Entanglements) charakterisiert ist. Als Parameter für diese Dynamik wird meist das statistisch gemittelte Verschiebungsquadrat (MSD) der einzelnen Segmente betrachtet. Erst in den vergangenen Jahren wurden Verfahren entwickelt, wie durch isotopische Verdünnung mit deuterierten Polymeren die dipolaren Wechselwirkungen innerhalb (intra) und zwischen (inter) den Kettenmolekülen separiert werden können. Damit erhält man auch zusätzliche Hinweise auf langreichweitige dynamische Korrelationen in der Schmelze, die durch die klassischen Modelle nicht hinreichend beschrieben werden. Im Zuge dieser Studien wurden nun vermehrt systematische Abweichungen von der Vorhersage des Reptationsmodells gefunden, zunächst mit NMR-Relaxometrie, dann auch durch alternative Verfahren, insbesondere durch Analyse der Echozerfallsfunktionen im Rahmen der ersten Förderperiode in diesem Projekt. Konkret fanden wir an drei Polymertypen bei hohen Molekulargewichten einen Beitrag der intermolekularen Wechselwirkungen, der in klarem Widerspruch zur Reptationstheorie steht und eher auf isotrope Dynamikmodelle hindeute In der Fortsetzung dieses Projektes möchten wir für Polyethylenoxid als geeignetes Beispielmolekül in einem breiten Bereich an Kombinationen von Molekulargewichten, aber auch Temperaturen sowie Randbedingungen (Confinement) die bisherigen Befunden verifizieren und näher untersuchen. Parallel dazu werden die existierenden theoretischen Zugänge verfeinert - u.a. durch Betrachtung der Kettenenden oder der zeitlichen Evolution während der Codierzeiten in NMR-Experimenten -, um geeignete Diskriminierungsverfahren zwischen verschiedenen Modellansätzen zu ermöglichen.