Projekt: Molecular dynamic simulation (MDS)
Projektziel:
Hauptziel war es, die Materialentwicklung von duroplastischen Harzsystemen auf Basis nachwachsender Rohstoffe mit Hilfe der computergestützten Molekulardynamiksimulation (MDS) zu beschleunigen.
Projektergebnisse:
In diesem Projekt wurde eine neuartige molekulare Simulationstechnik eingesetzt, um die Polymerisation eines mit einem Säureanhydrid-Härter vernetzten Epoxidharzes zu verfolgen.
Dazu wurde die Polymerisation zweier Epoxidharze sowohl in Laborexperimenten als auch in Molekularsimulationen untersucht. Es handelte sich dabei um ein biobasiertes epoxidiertes Pflanzenöl und ein Standard-Epoxidharzes auf Bisphenol-A-Basis, die bei 100 °C mit einem Säureanhydridhärter vernetzt wurden. Wir haben eine Simulationstechnik verwendet, die im Gegensatz zu klassischen Molekularsimulationen mit einem neuen Algorithmus berechnet, dass sich zwei Moleküle innerhalb eines bestimmten Abstands und mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit verbinden bzw. miteinander reagieren.
Volumenänderung eines Standard-Epoxidharzes auf Bisphenol-A-Basis während der simulierten Aushärtung
Der jeweilige Abstand und die Wahrscheinlichkeit sind einstellbare Parameter, die angepasst wurden, um die gleiche Volumenänderung während der Polymerisation wie im Experiment nachzubilden. Zur Bestimmung der Schwindung während der Härtung wurde eine Methode zur Messung des Kontaktwinkels modifiziert und weiterentwickelt.
Zeigt die Volumenänderung eines Standard-Epoxidharzes auf Bisphenol-A-Basis (oben) im Vergleich zu einem biobasierten epoxidierten Pflanzenöl (Mitte) und Bilder, die von einer Kamera des Kontaktwinkelmessgeräts aufgenommen wurden (unten)
Mit MDS konnten wir somit aufzeigen, dass Molekularsimulationen, wenn die Parameter richtig eingestellt sind, realistische Polymermodelle für biobasierte Harze sein können, auf deren Grundlage (thermo-) mechanische Eigenschaften wie Glasübergangstemperatur, Härtungsschrumpfung und Elastizitätsmodul berechnet werden können. In Folge können so neuartige, noch nicht synthetisierte Polymerformulierungen rechnerisch getestet werden, was die Entdeckung neuer leistungsfähiger Polymersysteme massiv unterstützen kann.
Förderprogramm:
EFRE - Regionale Impulsförderung
Projektleitung:
Wood K plus
Laufzeit:
1,5 Jahre (09/2021 - 03/2023)
Konsortium:
Alpen-Adria-Universität Klagenfurt, Wood K plus
Link EFRE:
Dieses Projekt wird aus Mitteln des EFRE Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert.
