Einem Forschungsteam der UNIST ist ein bedeutender Durchbruch beim Verständnis der Eigenschaften kurzkettiger verzweigter Polymere (SCB) gelungen. Die Erkenntnisse haben weitreichende Auswirkungen auf verschiedene industrielle Anwendungen, da SCB-Polymere eine verbesserte Leistung in Verpackungsmaterialien, elektronischen Geräten, Autoteilen und medizinischen Geräten aufweisen können. Die Studie ist veröffentlicht im Zeitschrift für Rheologie.
Unter der Leitung von Professor Chunggi Baig führte das Forschungsteam mithilfe theoretischer Analysen und Computersimulationen eine gründliche Analyse der Verflechtung und des Verhaltens von SCB-Polymeren auf molekularer Ebene durch. Die Ergebnisse zeigten, dass SCB-Polymere einzigartige Eigenschaften besitzen, die sich von denen linearer Polymere unterscheiden und die zur Herstellung von Materialien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften genutzt werden können.
Ein Hauptmerkmal von SCB-Polymeren ist ihre dichte Kettenstruktur, die einen höheren dynamischen Widerstand als lineare Polymere aufweist. Dies ist auf die erhöhte Kettensteifigkeit zurückzuführen, die durch die Torsionsbeschränkung der Rückgratatome um die Verzweigungspunkte herum sowie die schnelle Brownsche Bewegung kurzer Verzweigungen verursacht wird. Das Team analysierte Moleküle mit zwei bis sechs kurzen Verzweigungen, ein bisher übersehenes Forschungsgebiet, das das Potenzial für bedeutende Fortschritte in der Polymerwissenschaft bietet.
Die Forscher verglichen die Struktur des SCB-Polymers mit einem verflochtenen Garn, bei dem kleine Stränge aus größeren Fasern herausragen, was zu erhöhter Festigkeit, Elastizität und Widerstandsfähigkeit führt. Diese einzigartige Eigenschaft macht SCB-Polymere zu einem attraktiven Material für verschiedene Anwendungen.
Laut Donghun Choi, dem Erstautor der Studie, „biegt unsere Arbeit eine neue Richtung für die Modellierung und die rheologischen Eigenschaften von SCB-Polymersystemen ein.“ Er fügte hinzu, dass die Nutzung der besonderen Eigenschaften von SCB-Polymeren in der Industrie zu Kostensenkungen und Effizienzsteigerungen führen könnte.
Professor Baig betonte, dass eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Polymermaterialien die Logistikkosten und die Umweltbelastung senken könne. „Wir können verschiedene Arten von Verpackungsmaterialien entwickeln, die gleichzeitig den Produktschutz und den ästhetischen Wert verbessern“, sagte er.
Mehr Informationen:
Donghun Choe et al., Strukturelle, topologische und rheologische Eigenschaften von verschlungenen kurzkettigen verzweigten Polymerschmelzen unter Scherströmung im Vergleich mit dem linearen Analogon, Zeitschrift für Rheologie (2024). DOI: 10.1122/8.0000844