Forschungsprojekt zur Filmbildung und Stabilität von Polymerdispersionen

Sie machen einen signifikanten Anteil an der gesamten Kunststoffproduktion aus. Das Ziel des Forschungsprojekts an der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften ist deshalb, die Herstellungsverfahren zu optimieren, Struktur-Eigenschaftsbeziehungen genauer zu verstehen und neue Einsatzmöglichkeiten zu erschließen.

Oben (v.l.): Prof. Dr. Jan Wilkens, Prof. Dr. Birgit Glüsen, Prof. Dr. Martin Bonnet, Prof. Dr. Marc Leimenstoll, unten (v.l.): Christoph Grau, Suzanne Aubin, Matthias Fangenberg (nicht auf dem Bild: Prof. Dr. Annette Schmidt, Universität zu Köln) (Bild: Viola Gräfenstein/TH Köln)

Wässrige Polymerdispersionen sind Kunststoffe, die dem natürlichen Latex, also dem Milchsaft des Kautschukbaums nachempfunden sind. Sie bestehen aus winzigen Polymerteilchen, die in einem flüssigen Medium gleichmäßig fein verteilt (dispergiert) sind. Die Stabilität dieser sogenannten kolloidalen Dispersionen gegenüber Sedimentation und Gerinnung (Aggregation) ist eine technisch wichtige Eigenschaft, die für den Herstellungs- und Verarbeitungsprozess, aber auch für Transport und Lagerung der Kunststoffe von Bedeutung sind. „In bestimmten Fällen, beispielsweise bei einem zu großen Elektrolytgehalt, zu hohen Temperaturen oder beim Rühren und Pumpen, können die zunächst flüssigen Polymerdispersionen anschaulich gesprochen verklumpen. Ihre chemische Struktur gibt vor, ob und wie gut die Stabilität der kolloidalen Dispersionen gegeben ist“, sagt Prof. Dr. Jan Wilkens, Projektleiter und Koordinator des Projekts an der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften.

„Eines unserer Ziele ist es, die Faktoren, die die Stabilität der Polymerdispersionen maßgeblich beeinflussen, detailliert zu ermitteln und zu charakterisieren, um die Produktionsverfahren ressourcenschonend zu optimieren. Die Ergebnisse werden außerdem in der Entwicklung neuartiger Materialien für Oberflächenbeschichtungen Berücksichtigung finden“, so Wilkens weiter. An Polyurethan-basierten Lacken, Beschichtungen und Klebstoffen werden deshalb die Faktoren untersucht, die für diese Kunststoffklasse bei der Filmbildung eine dominierende Rolle spielen. Ein weiterer Forschungskomplex beschäftigt sich mit Struktureigenschaftsmerkmalen von Polyurethan- und Polyvinylchlorid-Dispersionen, die dazu beitragen, eine Aggregation der feinverteilten Polymerpartikel effektiv zu verhindern.

Zur Forschungsgruppe gehören neben Prof. Dr. Jan Wilkens die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Prof. Dr. Marc Leimenstoll und Prof. Dr. Birgit Glüsen von der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln, Prof. Dr. Martin Bonnet von der Fakultät für Anlagen-, Energie- und Maschinensysteme der TH Köln, Prof. Dr. Annette Schmidt von dem Department für Chemie der Universität zu Köln sowie die Doktorandinnen und Doktoranden Suzanne Aubin, Christoph Grau und Matthias Frangenberg. Als Kooperationspartner sind die Covestro Deutschland AG sowie die Vinnolit GmbH & Co. KG beteiligt. Gefördert wird das Projekt im Rahmen der Förderlinie FHprofUnt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über einen Zeitraum von drei Jahren. Das gesamte Projektvolumen beträgt rund 600.000 Euro.

Das Forschungsprojekt soll die Expertise der TH Köln in der anwendungsnahen Polymerforschung weiter stärken und den Aufbau eines interdisziplinären Forschungsschwerpunkts unterstützen. Seit 2017 wird im Rahmen des Landesprogramms FH Struktur das ebenfalls in diesem Themenbereich angesiedelte Projekt FunktioPol gefördert, welches von drei Fakultäten der TH Köln getragen wird und sich mit der Entwicklung neuer funktioneller Polymere zur Verbesserung der funktionsmäßigen Verfügbarkeit, Wirksamkeit und Sicherheit von Wirkstoffen befasst.