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S02 - Brechzahlangepasste Hybridpolymere

Leitung:Prof. Hanemann
Bearbeitung:Kirsten Honnef und Uwe Gleissner
Laufzeit:2013-2016
Förderung durch:DFG

Im Förderzeitraum von 4 Jahren sollen sich die Arbeiten auf drei Themenbereiche konzentrieren:

a) Brechzahlanpassung: Der Brechungsindex von ausgewählten Polymeren soll im Wellenlängenbereich von 400-1100 nm signifikant erhöht werden. Die Entwicklungsarbeiten konzentrieren sich auf methacrylat- bzw. epoxidbasierten Reaktionsharzsystemen, welche nach der Aushärtung Polymethacrylate bzw. Epoxide ergeben. Die Anhebung des Brechungsindexes soll durch das Lösen von elektronenreichen, aromatischen und im Sichtbaren transparenten, nicht färbenden Verbindungen (z.B. Phenanthren) bis zum Löslichkeitslimit erfolgen. Im Fall der Methacrylate soll die Möglichkeit untersucht werden, die Brechzahlerhöhung zusätzlich durch eine Copolymerisation mit einem in der Seitenkette substituierten Methacrylatmonomer (z.B. Benzylmethacrylat) zu steigern. Dieses Monomer trägt in der Seitengruppe bereits eine elektronenreiche aromatische Phenylgruppe und sollte merklich zur Brechzahlerhöhung beitragen. Es wird eine Anhebung des Brechungsindexes von 1.49 (reines Polymethylmethacrylat) auf 1.59 bzw. von 1.55 (Epoxid) auf 1.65 angestrebt (alle Werte für 589 nm).

b) Anpassung der thermomechanischen Eigenschaften: Der bei der Zugabe von kleinen Molekülen zu einer polymeren Matrix entstehende Weichmachereffekt soll, in Analogie zum bisher untersuchten Modellsystem, durch die Zugabe von geeigneten mehrfunktionellen Comonomeren, z.B. im Fall der Methacrylate durch Ethylendiacrylat, 1,4-Butandiol-diacrylat, Neopentyl-glycol-diacrylate oder Pentaerythritol-tetraacrylat, kompensiert werden. Je nach Monomeranteil entsteht während der Polymerisation ein vernetzter Thermoplast oder Duroplast. Geeignete hochtransparente Epoxide polymerisieren i.Allg. zu Duroplasten, dennoch lässt sich eine Erhöhung der Glastemperatur und somit der Dauergebrauchstemperatur ebenso durch mehrfunktionelle Monomere zur Kompensation des durch den Dotierstoff verursachten Weichmachereffekts erzielen. Die Vernetzung soll eine Immobilisierung der Polymerkettenbeweglichkeit und somit eine Anhebung der Glasübergangstemperatur bewirken. Im Idealfall soll der Weichmachereffekt mindestens kompensiert, besser aber sogar überkompensiert werden, so dass eine möglichst hohe Dauergebrauchstemperatur für die Wellenleiter erreicht werden kann. Die Formgebung in den abformenden Teilprojekten erfolgt vor bzw. zeitgleich mit der Polymerisation (Thermoplastische bzw. Reaktivformgebung). Die für die Formgebung wichtige Reaktionsharzviskosität lässt sich durch Zugabe von Additiven bzw. Monomerwahl individuell auf die Formgebungsmethode anpassen. Die Reaktionsharzviskositätswerte werden sich, je nach Materialzusammensetzung, zwischen 0.05 und 10 Pa s (Raumtemperatur) bewegen, so dass viskositätsangepasste, brechungsindexmodifizierte Reaktionsharze sowohl für den Tintenstrahldruck als auch für den Offset-Druck entwickelt und zur Verfügung gestellt werden können.

In den beiden ersten Meilensteinen sollen diese neuen Polymersysteme sowohl unpolymerisiert und rheologisch angepasst (Methacryalate, Epoxide) an die druckenden bzw. reaktionsgießenden Teilprojekte als auch polymerisiert (modifizierte Methacrylate) an die heißprägenden Teilprojekte abgegeben werden. Für die Anpassung und weitere iterierende Optimierung der Materialeigenschaften ist eine sehr enge Kooperation mit den abformenden und charakterisierenden Teilprojekten zwingend notwendig. Im weiteren Projektfortschritt ist eine weitere Brechzahlerhöhung sowie Stabilisierung bzw. Erhöhung der Dauergebrauchstemperatur zur Steigerung der Material- und Eigenschaftsbandbreite vorgesehen.

c) Entwicklung von lumineszierenden Hybridpolymeren: In der zweiten Hälfte der Projektlaufzeit sollen neuartige, im Sichtbaren lumineszierende Hybridpolymere entwickelt werden. Organische Seltenerd-Komplexverbindungen, z.B. Europium-basiert, emittieren nach einer optischen Anregung im Sichtbaren. Im Rahmen des Projektes sollen aktive, d.h. emittierende, brechzahlangepasste Hybridpolymere, welche diese Komplexverbindungen enthalten, im Hinblick auf eine Anwendung als aktive Wellenleiterkomponenten entwickelt werden. In einem zweiten Schritt sollen die Materialeigenschaften in enger Kooperation mit den abformenden Teilprojekten dergestalt angepasst werden, so dass eine Wellenleiterherstellung über die im Transregio vorhandenen Technologien möglich wird.

 

 

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