Logo Kompetenzplattform Polymere Materialien

Mitglieder

Hochschule Aachen

FB Chemie & Biotechnologie 

Institut für Angewandte Polymerchemie IAP
Heinrich-Mußmann-Str. 1
52428 Jülich  

Sprecher Kompetenzplattform

Prof. Dr. rer. nat. Thomas Mang

Lehrgebiet Makromolekulare Chemie / Kunststofftechnologie
Raum 00A33
T: +49.241.6009 53886
F: +49.241.6009 53944
mang(at)fh-aachen.de | Homepage | Veranstaltungen

Das Arbeitsgebiet von Prof. Mang liegt im Bereich der Polymerchemie, d. h. vor allem der Synthese polymerer Materialien, deren Analyse und Prüfung. Ein Technikum erlaubt die Durchführung von technisch aufwendigen Verfahren wie Hochdruckpolymerisationen (z. B. Drittmittelprojekt mit Vinamul B. V., NL über € 156.000) und schlägt durch den Aufbau von Technikumsanlagen (z. B. Anlage zur Herstellung von Polymerdispersionen bis 80 l; Recyclinganlage, Projekt mit Fa. Schering AG über ca. € 250.000) die Brücke zur Anwendung. Für die Arbeiten stehen mit Blick auf übliche Fachhochschuleinrichtungen hervorragend ausgestattete Labore als auch Analyse- und Prüfeinrichtungen sowie Technikumsanlagen zur Verfügung, die zum Großteil über F&E-Programme finanziert wurden. 

Die Forschungstätigkeit ist stark transferorientiert und industriell geprägt mit umfangreichen Drittmitteleinwerbungen, Technologietransfers und ca. 40 Patentanmeldungen. So fanden mehrere Recyclingverfahren Einzug in die Praxis. Herausragend ist die Umsetzung der grundlegenden Forschungsergebnisse zu wasserquellenden Abdichtmaterialien, die heute von mehreren Unternehmen (BBZ GmbH, Tricosal GmbH, Dätwyler AG, Sika AG) in verschiedensten Varianten weltweit vertrieben werden. Eine Großzahl von Tunneln sind weltweit mit den an der FH Aachen entwickelten effektiven und umweltfreundlichen Abdichtmaterialien abgedichtet. Neuerdings spielt aber auch die Grundlagenforschung eine zunehmende Rolle, um die Fragestellungen aus der Praxis wissenschaftlich zu vertiefen: so konnte 2006 erstmals ein DFG-Projekt eingeworben und mittlerweile 3 kooperative Promotionen mit der RWTH Aachen gestartet werden. Die spezifischen Forschungsfelder von Prof. Mang umfassen:

Hydrogele, Superabsorber, Bauabdichtmaterialien

Wasserquellbare Materialien wurden für Anwendungen als Bauabdichtmaterialien in Quellgummis und Injektionsmaterialien sowie Pasten entwickelt. Die Arbeiten umfassen Entwicklung, Prüfung unter Einschluss der Ökotoxizität, Anwendung und Alterungsverhalten. In unserem Institut wurden Superabsorber entwickelt mit bisher unerreichter Quellfähigkeit in salzhaltigen Medien. Auf äußere Einflüsse sensible Hydrogele sind ebenfalls Gegenstand des genehmigten DFG-Schwerpunkt-Projektes "Intelligente Hydrogele" mit einer kooperativen Promotion (Dipl. Ing,. Spiertz) mit dem ITMC der RWTH Aachen. Diese Bauabdichtmaterialien waren aufgrund des innovativen Charakters und des großen wirtschaftlichem Potenzials Gegenstand des Vorschlages für den Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten 2002. Im Rahmen dieser Entwicklungen sind bisher insgesamt ca. € 490,000,- an die FH Aachen geflossen, davon € 190.000,- direkt aus der Industrie (größtenteils vor 2001).

Polymere Nanopartikel

Neuere Aktivitäten beschäftigen sich mit polymeren Nanopartikeln für Anwendungen in der Biotechnologie, Medizin, als Lack- und Bindemittel, zur Beschichtung im Bau- und Automobilsektor sowie als Klebstoff. Die hochinnovative Entwicklung von polymerbasierten magnetischen Mikro- und Nanopartikeln zielt auf Anwendungen in der

  • Medizin als kontaktfrei steuerbare Pharmakadepots vor allem zur Tumortherapie
  • Biotechnologie und medizinischen Diagnostik als Separations- und Katalysatormedien

Ferner sind Silikapartikel für nanostrukturierte Oberflächen als Antigraffiti-Beschichtungen Gegenstand der Forschung.

Katalysatorimmobilisierung in druckstabilen Hydrogelen

Druckstabile silikaverkapselte Hydrogel-Mikro- und Nanopartikel werden zur Immobilisierung von chemischen und biologischen Katalysatoren entwickelt, auch für Umsetzungen in superkritischen Fluiden. Die Arbeiten werden im Rahmen von FH3-geförderten Projekten mittels kooperativer Promotionen mit dem ITMC der RWTH Aachen (Dipl. Ing. Roosen) durchgeführt. Die Katalysatoren dienen zur Herstellung neuer enantiomerenreiner Pharmavorprodukte und beinhalten Kooperationen mit Industriepartnern wie der Degussa AG.

Elastomeroptimierung mit NMR-Technik

Neben der Quellgummientwicklung werden neue Verfahren zur zerstörungsfreien Strukturaufklärung und physikalischen Charakterisierung von Elastomeren mit NMR-Technik entwickelt. Die Arbeiten werden im Rahmen eines FH3-Programmes in kooperativen Promotionen mit der RWTH Aachen (Dipl. Ing. Kolz) durchgeführt. 

Erstmals konnten so lokale Inhomogenitäten in Elastomeren zerstörungsfrei bestimmt werden, und zwar gleichzeitig bezüglich des Vernetzungsgrades sowie der Dichte. Die Methode ermöglicht die Herstellung von Elastomeren mit neuen Eigenschaftsprofilen, da der Vernetzungsprozess durch die zerstörungsfreie Messung von Vernetzungsgrad und Dichte wesentlich besser kontrolliert und gesteuert werden kann. Ziel ist auch, verschiedene Netzwerke in Verbundmaterialien simultan zu erfassen, z. B. Elastomer und Hydrogel in Quellgummis. Die Methode hat bereits Eingang in die industrielle Praxis gefunden z. B. bei der Qualitätskontrolle von Reifen. Die Arbeiten unterstützten die Ausgründung des Spin-Offs ACT GmbH, Aachen.

Kunststoffrecycling

Es wurden verschiedene Trennverfahren zur Aufbereitung von Verbundmaterialien entwickelt. Die Ergebnisse der trockener Trennverfahren fanden wegen des geringeren Sortieraufwandes Eingang in die industrielle Praxis (HAMOS GmbH, Penzberg). 

Koordinatorin KOPF Polymere Materialien

Die Forschungsgebiete von Frau Grefen folgen in Kürze.

Prof. Dr. rer. nat. Walter Rath

Lehrgebiet Organische Chemie
Raum 00A34
T: +49.241.6009 53888
F: +49.241.6009 53944
rath(at)fh-aachen.de | Homepage | Veranstaltungen

Die F&E-Tätigkeiten von Prof. Rath erstrecken sich auf den Bereich der Kleb- und Dichtstoffe sowie der Polyurethane und bewegen sich neben gutachterlichen Tätigkeiten vornehmlich im Bereich wissenschaftlicher Beratung. Prof. Rath ist aufgrund seiner langjährigen Tätigkeit an prominenter Stelle in der Kleb- und Dichtstoffindustrie ein sehr gefragter Experte, auch international (z. B. Fa. BOSTIK, USA, SIGA, CH). Seine Tätigkeiten erstrecken sich auf Fragen der Produktentwicklung, Produktanwendung, Produktempfehlung, Entwicklung von Prüfmethoden, Oberflächenvorbehandlung, Schadensanalysen und Patent-fragen. 

Seine Kompetenz ist belegt durch das von ihm zusammen mit Prof. Müller, FHT Esslingen, herausgegebene Standardwerk "Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen". Zahlreiche Diplomarbeiten belegen seine Aktivitäten an der Fachhochschule. Seine spezifischen Kenntnisse im Bereich der Kleb- und Dichtstoffe inklusive Grenzflächenchemie und -physik sowie im Bereich der Polyurethane sind für ein umfassendes Angebot im Bereich der Kompetenzplattform "Polymere Materialien" unerlässlich. 

Prof. Rath hat die umfangreichen Arbeiten im Arbeitskreis von Prof. Mang wesentlich unterstützt, z. B. bei Anwendungen von Polymerdispersionen im Bereich von Klebstoffen oder dem Einsatz von Polyurethanen im Bereich der thermosensitiven Nanopartikel. Er ist maßgeblich am Aufbau und der Durchführung des Masterstudienganges "Angewandte Polymerwissenschaften" beteiligt. Seine umfangreichen Kontakte werden in der KOPF zur Zusammenarbeit mit der Industrie und zum Transfererfolg beitragen.

Prof. Dr.-Ing. Michael Josef Schöning


Raum 01E13
T: +49.241.6009 53144
F: +49.241.6009 53229
schoening(at)fh-aachen.de | Homepage | Veranstaltungen

Die Chemo- und Biosensorik – verknüpft mit mikro- und nanotechnologischen Aspekten – stellt als Querschnittsdisziplin eine wissenschaftliche Herausforderung mit hohem Innovationspotential dar. Dabei gewinnen vor allem die geforderte Miniaturisierung einerseits sowie die Funktionsintegration andererseits zunehmend an Bedeutung. Schlagworte wie „Lab-on-a-chip“, µTAS (micro total analysis system) oder MEMS (micro-electro-mechanical system) untermauern die Forderung nach kompletten, unabhängigen Mess- und Analysesystemen. Zur Realisierung solcher MEMS-basierten (bio-)chemischen Sensorsysteme sind einerseits hohe Standards bei der Prozesstechnologie und andererseits die Möglichkeit der Mikro- und Nanocharakterisierung, vor allem der Ober- und Grenzflächen, sowie der Einsatz von mehrskaligen Simulationswerkzeugen erforderlich. Letzteres gewinnt insbesondere vor dem Hintergrund der Entwicklung von Nano-Strukturen und –Sensoren zunehmend an Bedeutung. 

Neben stark grundlagenorientiert ausgeprägten Fragestellungen deckt die Chemo- und Biosensorik, kombiniert mit Verfahren der Chip- bzw. Siliziumtechnologie, auch anwendungsorientierte Fragestellungen aus den Bereichen der Medizintechnik, Umweltanalytik und Prozesstechnologie ab. Hierbei birgt die Kombination von Mikro- bzw. Nanostrukturen mit (stimulierbaren) funktionalen Werkstoffen ein hohes Entwicklungspotential als zukunftsträchtige Mikroaktuatoren bzw. intelligente Sensor/Aktuator-Systeme. Forschungsaktivitäten im Bereich der Sensorwissenschaften sind demzufolge entsprechend angelegt:

  •  Siliziumbasierte Sensoren und Sensorsysteme für biologische und chemische Größen, biophysikalische und bioelektronische Sensoren,
  • innovative Schicht- und Herstellungsverfahren und neuartige Immobilisierungsstrategien für mikro- und nanostrukturierte Sensorstrukturen,
  • Grundlagenuntersuchungen am Interface „Fest/Flüssig“ bzw. „Festkörper/Biomolekül“ zur Charakterisierung von Mikro- und Nanoaspekten für Sensorentwicklungen.

Für mehr Details, siehe auch: Institut für Nano- und Biotechnologie

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg

FB Angewandte Naturwissenschaften
von Liebig Str. 20
53359 Rheinbach

Koordinator KOPF BRS

Profilbild Steinhaus

Dipl.-Ing. Werkstofftechnik (FH) Johannes Steinhaus
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Bauteil A
T +49.2241.865458
F +49.2241.8658458
johannes.steinhaus(at)h-brs.de | Homepage

Die Forschungsgebiete von Herr Steinhaus folgen in Kürze.

Profilbild Knupp

Prof. Dr. Gerd Knupp
Professor für Analytische Chemie und Umweltanalytik
Bauteil A, Raum A 202
T +49.2241.865533
F +49.2241.8658533
gerd.knupp(at)h-brs.de | Homepage

Im FB Angewandte Naturwissenschaften der FH BRS betreibt Prof. Knupp mit Kollegen das "Labor für Umweltchemie und Instrumentelle Analytik (LUCIA)" und leitet darüber hinaus die Firma IfU-BAW (Institut für Umwelt - Beratung, Analytik, Weiterbildung). Das Spektrum der Arbeiten umfasst neben Umwelt-, Naturstoff- und Lebensmittelanalytik insbesondere die Polymeranalytik. Hier stehen grundlegende methodische und apparative Entwicklungen und deren praxisnahe Erprobung in Zusammenarbeit mit Industrie und Behörden im Vordergrund. Im Rahmen der KOPF bringt das LUCIA seine Kompetenz auf den Gebieten der Pyrolyse-GC/MS und Headspace-SPME-GC/MS ein. 

Pyrolyse-GC/MS zur Charakterisierung von Kunststoffen, Farben etc. 

Die Analyse von Polymeren und Copolymeren ist das Gebiet, bei dem die Pyrolyse-GC/MS derzeit am häufigsten eingesetzt wird. Wichtige auch im LUCIA genutzte Anwendungen sind: 

  • Identifizierung von Polymeren und Copolymeren durch Vergleich der Pyrogramme und der Massenspektren mit bekannten Referenzmaterialien
  • Sequenzstatistik von Copolymeren; Unterscheidung zwischen statistischen und Blockcopolymeren
  • Untersuchung der Stereoregularität von Polymeren
  • Unterscheidung von Polymermischungen und echten Copolymeren
  • Untersuchung der thermischen Stabilität und des oxidativen thermischen Abbaus
  • Untersuchungen zur Kinetik des Abbaus
  • Spurenbestimmung von Monomeren , Lösungsmitteln, Zusätzen und absorbiertem Wasser in Polymeren
  • Bestimmung des Verzweigungs- und Vernetzungsgrades
  • schnelle routinemäßige Identifizierung von vernetzten Elastomeren

Wenngleich aufgrund des hohen Anschaffungspreises die Pyrolyse-GC/MS noch nicht in die Routineanalytik und die standardmäßige Qualitätskontrolle Eingang gefunden hat, nehmen die Anwendungen insbesondere in der Automobil-, der Elektro-, der Computer-, der Pharma- und der Lebensmittelindustrie kontinuierlich zu. In unserem Labor werden regelmäßig im Auftrag von Industriebetrieben Proben untersucht. In Zusammenarbeit mit dem FB Restauration der FH Köln wurde die Anwendung der Pyrolyse-GC/MS zur Untersuchung von Farben und Lacken zur Zuordnung von Möbeln bestimmter kulturhistorischer Epochen demonstriert. 

Nachdem bereits 1991 eine erste Sammlung von Pyrogrammen gängiger Kunststoffe erstellt wurde, befasst sich das LUCIA seit einigen Jahren mit der systematischen Analyse und der Erstellung einer umfangreichen Spektrenbibliothek für Polymere, Copolymere und Polymerblends. Die Ergebnisse der langjährigen Untersuchungen wurden kürzlich als Beitrag in dem Fortschrittsbericht "Horizons in Polymer Research" im New Yorker Verlag Nova Science Publishers veröffentlicht. 

Entwicklung von Verfahren (Headspace-SPME-GC/MS) zur Spurenanalyse von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und Restmonomeren in Polymeren 

Ein zweiter Arbeitsbereich im LUCIA beschäftigt sich mit der Analyse von leichtflüchtigen organischen Verbindungen (VOC, volatile organic compounds) in Polymeren. Dabei werden Methoden entwickelt, die eine rasche, schonende und kostengünstige Probenvorbereitung und -aufkonzentrierung ermöglichen, um Spuren von Monomeren, Weichmachern oder Nebenprodukten in Polymeren sicher nachzuweisen. Diese Arbeiten sind unter anderem zur Beurteilung von Arbeitsplatz- und Innenraumbelastungen bei der Kunststoffverarbeitung sowie zur Migration von unerwünschten Stoffen in Lebensmitteln bedeutsam. Als Methode der Wahl zeigt sich die Headspace-SPME-GC/MS, die ein Minimum an Probenvorbereitung bei hoher Selektivität und niedrigen Nachweisgrenzen aufweist. Damit lässt sich beispielsweise das Monomer Styrol, die Syntheseneben- und Abbauprodukte sowie Spuren von Pentan von verunreinigtem EPS (expanded polystyrene) nachweisen, das in der Lebensmittelindustrie als Verpackungsmaterial und in der Bauindustrie als Dämmstoff eingesetzt wird. 

Profilbild Möginger

Prof. Dr. Bernhard Möginger
Professor für Werkstoff- und Bauteilprüfung - Polymere
Bauteil A, Raum A 274
T +49.2241.865531
F +49.2241.8658531
bernhard.moeginger(at)h-brs.de | Homepage

Die Forschungsschwerpunkte liegen auf dem Gebiet der Werkstoffwissenschaften polymerer Werkstoffe. Diese können ungefüllt oder Teilchen gefüllt bzw. Faser verstärkt sein.

Charakterisierung polymerer Werkstoffe hinsichtlich ihrer Struktur-Eigenschafts-Beziehungen

Aufgrund der Tatsache, dass Polymere eine fadenförmige Grundstruktur aufweisen, hat die Art der Verarbeitung und die Wahl der Verarbeitungsparameter einen großen Einfluss auf die bei der Abkühlung aus der Schmelze entstehende Morphologie und die daraus resultierenden Eigenschaften. Dies gilt insbesondere für Polymerwerkstoffe mit Kurzfaserverstärkung, die eine ausgeprägte Randschicht-Kern-Struktur aufweisen. Abhängig von der Faserorientierung sind diese Schichten in ihrem Eigenschaftsspektrum stark anisotrop mit der Folge, dass das Bauteil ebenfalls anisotrope Eigenschaften aufweist, was sich in bis zu einem Faktor 3 unterschiedlichen Steifigkeiten in zueinander senkrechten Richtungen sowie Verzug äußert. In unserem Labor Polymerprüfung werden insbesondere die Struktur und mechanischen Eigenschaften von Kurzfaser verstärkten Polymeren wie PP und PBT untersucht.

Modellierung der mechanischen Eigenschaften gefüllter bzw. verstärkter polymerer Werkstoffe

Zur quantitativen Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Kurzfaser verstärkten Polymerwerkstoffen wurde von Prof. Möginger das Elementar-Volumen-Konzept (EVC) angesetzt. Dieses erlaubt die Vorhersage der E-Moduln und Querkontraktionszahlen. Während eines Forschungssemesters im SS2005 wurden neue Ansätze entwickelt, die die Berechnung der Schubmoduln sowie eine verbesserte Berechnung der Querkontraktionszahlen erlauben werden. 

Seit dem Jahr 2000 wird an der FH BRS an der Anwendung des EVC-Ansatzes auf das Langzeitverhalten von Kurzfaser verstärkten und Teilchen gefüllten Polymerwerkstoffen gearbeitet. Wesentliche Ergebnisse dieser Aktivitäten sind, dass innerhalb gewisser Grenzen das Kriechverhalten dieser Polymerwerkstoffe aus dem Kriechverhalten der reinen Polymermatrix abgeschätzt werden kann. Ferner lassen sich Aussagen über die Güte der Faser/Füllstoff-Matrix-Haftung machen. Ein großer Vorteil des EVC ist, dass die Modellierung nicht von den tatsächlichen Dimensionen der Fasern oder Füllstoffe abhängt. Dies ermöglicht Aussagen über die teilweise völlig anderen Matrixeigenschaften von Polymerwerkstoffen mit Nanofüllstoffen bzw. Nanoröhrchen. 

Messung der mechanischen Mikro- und Nanoeigenschaften von Verbundwerkstoffen

In Zusammenarbeit mit der Fa. Dunlop in Hanau konnte gezeigt werden, dass sich die mechanischen Eigenschaften von Nano- und Mikrophasen in Polymerwerkstoffen mittels Indentationsverfahren quantifizieren lassen. Im Fall homogener Phasen, wie z. B. bei einem mehrschichtigen Kunststoffkraftstoffbehälter ergibt sich eine gute Korrelation zwischen den E-Moduln der verschiedenen Schichtwerkstoffe und den Indentationssteifigkeiten.

Härtungsverhalten polymerer Dentalmaterialien

Eine weitere Anwendung obiger Forschungsergebnisse ergab sich im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen FH BRS, der Zahnklinik der Uni Bonn und dem Hersteller von Dentalmassen VOCO vor dem Hintergrund der Fragestellung, ob und wie das Härtungsverhalten lichthärtender, hochgefüllter polymerer Dentalmassen erfasst werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass der Grossteil der Härtung in den ersten 10 Sekunden der Belichtung statt findet. Die zukünftige Forschungsarbeit in diesem Bereich zielt auf eine Optimierung der Rezepturen sowie der Belichtungsprozeduren, um möglichst geringe Belastungen für die Patienten und möglichst große Standzeiten der Füllungen zu erreichen. 

Profilbild Schulze

Prof. Dr. Margit Schulze
Professorin für Industrielle Organische Chemie und Polymerchemie
Bauteil A, Raum A 250
T +49.2241.865566
 F +49.2241.8658566
margit.schulze(at)h-brs.de | Homepage

Die Schwerpunkte der Forschung liegen im Bereich der 

Entwicklung biokompatibler polymerer Materialien für den Einsatz in (Bio)Medizin und Medizintechnik 

Die Arbeiten umfassen die Herstellung, Untersuchung und Prüfung von Spezialpolymeren und funktionalisierten Polymeren für die (Bio)Medizin. Die Arbeitsgruppe BIOPOWER beschäftigt sich mit der Herstellung biokompatibler Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen für Anwendungen in der

  • molekularen Medizin z.B. als Trägermaterialien für Wachstum und Differenzierung von (Stamm)Zellen bzw. Gewebe
  • Medizintechnik als Verkapselung bzw. Beschichtung von in vivo devices, z.B. Sensoren, Stents, Kathetern.

Es werden Trägermaterialien für humane adulte mesenchymale Stammzellen als ultradünne Multischichtsysteme mit entsprechend funktionalisierten Oberflächen hergestellt.

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