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Neue Methode zur Entwicklung von Mehrkomponenten-Materialien Phasenverhalten von Mischungen schnell bestimmen

| Autor / Redakteur: Peter Steinchen / Linda Kuhn

Das Entwickeln von mehrkomponentigen Materialien wie Polymermischungen ist mit großem Aufwand verbunden: Es müssen das Mischungsverhalten in Abhängigkeit von der Temperatur bekannt sein und die nötigen Phasendiagramme ermittelt werden. Um dieses umfangreiche Prozedere zu vereinfachen und zu beschleunigen, haben Forscher eine neue Methode entwickelt.

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Streumuster von unterschiedlichen Mischungen bei identischer Temperatur.
Streumuster von unterschiedlichen Mischungen bei identischer Temperatur.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und die Universität Jena haben eine Hochdurchsatz-Methode zur schnellen Bestimmung des Phasenverhaltens von Polymermischungen entwickelt. Das System zur Hochdurchsatz-Kleinwinkellichtstreuung wurde für den Einsatz in Industrielabors entwickelt und lässt sich auf besondere Bedürfnisse der Anwender konfigurieren.

Hochdurchsatz-Methode zur Ermittlung der Phasenübergangstemperaturen

Das Fraunhofer LBF entwickelte eine Hochdurchsatz-Lichtstreuanlage sowie die dazugehörige Mess- und Auswertesoftware, mit der sich die Phasenübergangstemperaturen einer sehr großen Probenzahl parallel ermitteln lassen. Die Universität Jena beschäftigte sich mit der Probenpräparation mittels Synthese- und Pipettierrobotern.

Die Proben befinden sich in der neuartigen Anlage in einer Mikrotiterplatte mit bis zu 96 Näpfchen oder werden auf einem flachen Glasträger appliziert. In einem Ofen mit Inertgasspülung lassen sich auf- und absteigende Temperaturrampen mit den Proben fahren. Phasenumwandlungen wie Mischen und Entmischen, aber auch Kristallisationsvorgänge, werden sensitiv mittels Kleinwinkellichtstreuung festgestellt. Hierfür sind in den Ofenwänden Quarzglasfenster gegenüber der Unter- und Oberseite der Titerplatte eingelassen. Als Lichtquelle dient ein Laser und eine spezielle Detektionsoptik erfasst das Streumuster. Durch die Bewegung des Lasers und der Detektionsoptik werden die Näpfchen der Titerplatte kontinuierlich nacheinander abgerastert.

Anwendung auch bei Lacken, Klebstoffen und Beschichtungen

Die neue Methode ist nicht nur für Polymersysteme anwendbar. Auch andere Materialklassen beziehungsweise Formulierungen zeigen Temperatur- und zusammensetzungsabhängiges Mischungsverhalten. Dazu gehören Rezepturen für Klebstoffe, Lacke oder Beschichtungen. Mögliche weitere Anwendungen sehen die LBF-Wissenschaftler in der Bestimmung des Phasenverhaltens bei der Entwicklung von Wirkstoffformulierungen im pharmazeutischen Bereich oder von Mischungen in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie. Auch Anwendungen in der medizinischen Diagnostik sind denkbar.

Neben Phasendiagrammen lässt sich die Ausbildung von festen Phasen aus einem anfänglich flüssigen System beobachten. Dies findet zum Beispiel während der Trocknung von Lacken oder während der Kristallisation aus der Lösung oder Schmelze statt.

MM

* Peter Steinchen ist Pressekontakt des Fraunhofer LBF der PR-Agentur Solar Consulting, Tel. (0761) 380968-27), steinchen@solar-consulting.de

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