Ziel des Projekts „Molecular dynamics simulation and experiments of complex polymers under flow and during mechanical recycling“ ist es, das Verhalten komplex verzweigter Polymere während der Verarbeitung und insbesondere beim mechanischen Recycling besser zu verstehen – und damit die Grundlage für recyclingfähigere Kunststoffmaterialien zu schaffen.

Während lineare Polymere in vielen Modellen gut beschrieben sind, zeigen verzweigte Strukturen wie Kamm-, Pompon- und Sternpolymere ein deutlich komplexeres viskoelastisches und mechanisches Verhalten. Ihre Topologie beeinflusst maßgeblich, wie sie unter Scherung und Dehnung fließen, wie sie sich verfestigen – und wie sie sich beim Recycling abbauen oder strukturell verändern. Gerade dieser Zusammenhang zwischen Architektur, Fließeigenschaften und Abbauprozessen ist entscheidend, um Kunststoffe mehrfach nutzen zu können, ohne dass die Materialeigenschaften stark degradieren.

Das Projekt untersucht das Verhalten komplexer Polymere auf molekularer Ebene während der Verformung mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen. Dabei wird die Reaktion auf einfache Scherbeanspruchung, oszillierende Scherbeanspruchung und einachsige Dehnung simuliert. Die resultierenden viskoelastischen Eigenschaften werden systematisch mit experimentellen rheologischen Ergebnissen und etablierten Modellen verglichen und liefern wertvolle Erkenntnisse, um das Polymerdesign und die Recyclingfähigkeit von Polymeren voranzubringen. So lassen sich Mechanismen identifizieren, die etwa zu Verfestigung bei Dehnung, veränderter Scherrelaxation oder unerwünschtem molekularem Abbau während der mechanischen Wiederverarbeitung führen.

Langfristig sollen die gewonnenen Erkenntnisse in ein gezieltes molekulares Design komplexer Polymerstrukturen einfließen und damit einen wichtigen Beitrag zu einer kreislauforientierten Kunststoffwirtschaft leisten.

• Prof. Dr. Nina Merkert