Polymere Materialien

Die vielseitigen, teilweise konträren Anforderungen an moderne Hochleistungsmaterialien werden nur selten von einem Reinstoff, d. h. einem einphasigen Material erfüllt. In den meisten Fällen ist der Einsatz eines mehrphasigen Verbundwerkstoffes nicht nur kostengünstiger sondern vor allem zweckdienlicher, da die Eigenschaften solcher Systeme leichter in einem weiten Bereich variiert werden können.

Im Forschungsfeld Polymere Materialen wird durch eine naturwissenschaftliche, grundlagenorientierte Materialforschung zum einen neues Wissen und Können erarbeitet, zum anderen das Know-how sowie die technischen Voraussetzungen geschaffen, um die Fragestellungen der anwendungsorientierten Materialentwicklung des ibac bearbeiten zu können.

Unsere Forschung beinhaltet die Entwicklung von Polymeren und Polymerkompositen mit dem klaren Fokus der Anwendung in den Bereichen des Bauwesens. Als Anwendung werden in diesem Zusammenhang Materialien in ihrer Funktion gesehen, zu der Polymere einen wesentlichen Beitrag leisten. Integraler Bestandteil der Entwicklung ist das Testen der Materialien unter realen bzw. realitätsnahen Bedingungen wie z. B. in Bauteilen und Bauwerken.

Die Arbeitsgruppe Polymere Materialien betreut auch die chemische und instrumentelle Analytik für interne und externe Kunden. Mehr→.

Ionenleitfähige Polymere

Elektrisch und ionisch leitfähige Polymermaterialien auf der Basis von Polyethylenglykol und Lithiumsalzen spielen nicht nur in der Energiewirtschaft eine zentrale Rolle, sondern haben auch in der Bauindustrie ein großes Potential. Die elektrischen Eigenschaften bilden die Basis unserer anwendungsorientierten Materialentwicklung mit dem aktuellen Fokus auf elektrochromen Detektoren und Polymersensoren in ihrer Anwendungen zur Detektion von Betonstahlkorrosion.

Innerhalb des Schwerpunkts „Ionenleitfähige Polymere“ liegt für uns Chemiker die Hauptarbeit im Bereich präparative und angewandte Polymerchemie und wir nutzen die Methoden der „klassischen“ chemischen Strukturaufklärung, wie z. B. NMR, IR oder DSC. Daneben bedienen wir uns typischer elektronischer Messverfahren, Impedanzspektroskopie (EIS) und Cyclovoltammetrie. Im Sinne des interdisziplinären Technologietransfers übertragen wir chemische Sachverhalte auf Probleme aus dem Ingenieurbereich und stellen leisten damit einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung des lösungsorientieren Strategiepools.

Ansprechpartner: Pia Sassmann, Tobias Boehnke

Aktuelles Projekte: Entwicklung einer in situ gefertigten Multiringelektrode zur tiefengestaffelten Überwachung des Feuchteverhaltens in Betonbauteilen ❖ Elektrochrome Bauteile zur Anwendung in einem Korrosions- bzw. KKS-Monitoringsystem

Abgeschlossene Projekte: Entwicklung eines Systems zur permanenten Überwachung von Korrosion in Stahlbetonbauteilen auf Basis neuartiger injizierbarer Polymer-Sensoren

Gele

Umweltbewusstes Bauen erfordert nicht nur Innovationen im Neubaubereich, sondern auch neue Wege der Instandsetzung. Heutige Maßnahmen erfordern häufig ein stark invasives Eingreifen in die Struktur der Bauwerke. Hydrogele, d. h. wasserquellbare oder gequollene Polymernetzwerke, sind eine ausgezeichnete Alternative zur nachhaltigen, kostengünstigen und minimalinvasiven Sanierung.

Flüssiges Wasser bzw. die periodische Änderung des Sättigungsgrades spielt in unseren Breiten eine wesentliche Rolle in porösen Baustoffen und ist nicht zuletzt für viele Schäden verantwortlich. Gele können durch ihr einstellbares Quellverhalten einen wesentlichen Beitrag zur Regulierung des Feuchtehaushalts in Baustoffen beitragen.

Zusätzlich zur Feuchtigkeit können aus der Umwelt eingetragene Stoffe wie z. B. Kohlendioxid, Tausalze u. ä. zu Schäden an Bewehrungsstählen aber auch am Zementstein führen. In den laufenden Projekten gehen wir vornehmlich das Problem von korrodierendem Stahl in zementgebundenen Baustoffen mit Hilfe von alkalischen Hydrogelen an. Hierbei wird das Prinzip eines Ionentauschers ausgenutzt, um z. B. Carbonationen aus dem Porengefüge zu entfernen und durch Hydroxid zu ersetzen. Wesentliche Untersuchungsgegenstände sind dabei neben der Dynamik des Ionenaustauschprozesses auch Methoden zur Kontrolle der rheologischen Eigenschaften der Gele, um diese optimal für ihre jeweiligen Applikationen z. B. an Wand, Decke oder in Rissen einzustellen. Am Ende des Prozesses können unsere Gele rückstandsfrei von den Oberflächen entfernt werden.

Ansprechpartner: Andre Jung, Tim Mrohs

Aktuelle Projekte: Entwicklung eines 2-Komponenten Sanierungssystems zur Behandlung von Rissflanken in Stahlbeton ❖ Entwicklung eines kationischen Hydrogels für die Betonsanierung

Abgeschlossene Projekte: Chloridentzug mit Hydrogelen

Bio-basierte Baustoffe

Die Natur produziert eine Vielzahl von Stoffen in großen Mengen. Jeder von ihnen besitzt eine einzigartige Kombination an nützlichen Eigenschaften, wodurch das Potential für die Entwicklung neuer Werkstoffe heute noch gar nicht absehbar ist. Trotzdem wird ein Großteil lediglich thermisch verwertet oder muss aufwendig deponiert werden.

In diesem Schwerpunkt entwickeln wir Methoden zur rohstofflichen und werkstofflichen Verwertung biogener Reststoffe, d. h. Stoffe die von der Natur in großen Mengen produziert, aber bisher kaum als Ressourcen genutzt werden und vor allem nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehen. Unsere Wesentlichen Quellen sind Geflügelfedern, Krabbenschalen, Insektenpanzer und Gräser. Durch chemische Verfahren werden diese so aufgeschlossen, modifiziert und/oder verarbeitet, dass sie in die wirtschaftliche Wertschöpfung eingebunden werden können. Dort bietet ihr Einsatz die Möglichkeit materialspezifische Vorteile zu nutzen, die CO₂-Bilanz zu verbessern und so den Weg hin zu einer auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Gesellschaft zu ebnen.

Ansprechpartner: Manuel Endres, Markus Brenner

Aktuelle Projekte: KeraSan ❖ biobasierte Compounds ❖ Biokunststoffe auf Chitinbasis

Abgeschlossene Projekte: Baumaterial aus Federn ❖ Brandschutz Holz

Seit 1.1.2019 läuft das ZIM-Innovationsnetzwerk NawaMe: Baumaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen für den Metallleichtbau. Um immer am Puls der Zeit zu sein, besteht im Innovationsnetzwerk NawaMe eine enge Zusammenarbeit mit innovativen Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Gemeinsam mit anderen Netzwerkpartnern entwickeln wir im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsprojekten neue Lösungen aus nachwachsenden Rohstoffen und Metall für das Bauwesen.

NaWaMe geht in die zweite Runde: am 1.1.2020 begann die zweite Phase des Netzwerks. Das ibac arbeitet im Rahmen des Netzwerks seit September 2019 an der Entwicklung nachwachsender Elastomerlager. Dabei sollen die aktuell aus petrochemischen Quellen stammenden Komponenten schrittweise durch natürliche ersetzt werden, natürlich ohne Einbußen in den mechanischen Kennwerten.

Ansprechpartner: Markus Brenner

Aktuelle Projekte: Nachwachsende Elastomerlager

Zement/Polymerkomposite

Diese Werkstoffe leben vom Mehrwert, den Polymere in die ansonsten anorganisch gebundenen Systeme einbringen. Die Entwicklung von maßgeschneiderten Polymeren für polymermodifizierte zementgebundene Systeme (PCC), polymerimprägnierte Betone (PIC) und polymere Betonzusatzmittel und –stoffe erfordert die genaue Kenntnis der Wechselwirkungen an den Grenzflächen des Zementsteins und der Zuschlagstoffe.

Anspechpartner: Pia Sassmann

Aktuelles Projekt: Numerische Strukturanalyse für das in silico Design moderner Hybridmaterialien

Lust auf innovative chemische Forschung mit direktem Anwendungsbezug? Schnuppern Sie doch mal als HiWi oder Forscher bei uns rein. Mehr→.

Sprühtrocknung

Im Rahmen eines laufenden Projekts haben wir eine B-290 Advanced Sprühtrocknung der Fa. Büchi beschafft und Mitte Jnui in Betrieb genommen. Damit können wir für uns und unsere Projektpartner unsere Biomaterialien schnell und schonend in Pulverform bringen. Ansprechpartner ist Markus Brenner (6/2020).

Achtung Technik

Seit Mai haben wir ein Walzwerk der Fa. Collin mit 2 gegenläufigen Walzen in Betrieb. Damit ist unsere Linie zur Verarbeitung von Kautschuken und Elastomeren (Kneten-Walzen-Pressen) komplett und die Projekte können durchstarten. Ansprechpartner für das Walzwerk und die gesamte Linie ist Markus Brenner (6/2020).

Neuer Mitarbeiter

Wir begrüßen Tim Mrohs als neuen Doktoranden im Team. Er verstärkt seit dem 1. April unser Team im Bereich Gele und führt damit das Thema seiner Masterarbeit weiter  (6/2020).

Neue Veröffentlichung

M. Brenner, C. Popescu, O. Weichold
Anti-Frothing Effect of Poultry Feathers in Bio-Based, Polycondensation-Type Thermoset Composites
Appl. Sci. 2020, 10, 2150.

Masterarbeit abgeschlossen

Wir gratulieren Tim Mrohs zum erfolgreichen Abschluss seiner Masterarbeit mit dem Titel „Synthese von vernetzten Copolymerelektrolytgelen auf Basis von Diallyldimethylammoniumchlorid und -hydroxid“ aus unserem Forschungsschwerpukt Gele (2/2020).

Neuer Mitarbeiter

Seit Mitte Januar unterstützt Thomas Lohmeier die Arbeitsgruppe im Bereich bio-basierte Baustoffe. Er übernimmt auch die Betreuung unserer Geräte zur thermoplastischen Verarbeitung (1/2020).

Achtung Technik

Für die Verarbeitung von Thermpoplasten und Elastomeren haben wir Ende 2019 das Rheomex/Rheomix-System der Fa. Haake mit Schmelzepumpe und Folienabzug beschafft. Die Anlagen werden vorwiegend für unsere Biokompositmaterialien eingesetzt. Ansprechpartner ist Thomas Lohmeier (1/2020).

Neue Mitarbeiterin

Nach Beendigung ihrer Ausbildung zur Chemielaborantin an der RWTH Aachen University, wechselte Stephanie Nölke Anfang Januar nahtlos in unser Team und kümmert sich schwerpunktmäßig um Synthesen (1/2020).

Achtung Technik

Zur Verstärkung unserer Arbeiten im Bereich bio-basierte Baustoffe haben wir eine Heizpresse der Fa. Collin beschafft und in Betrieb genommen. Mit dieser werden Biokompositmaterialien prototypisch zur internen Prüfung bzw. Weitergabe an Projektpartner hergestellt.  Ansprechpartner ist Markus Brenner (12/2019).

Vortrag

O. Weichold, P. B. Sassmann
Numerische Strukturanalyse für das in silico Design moderner Hybridmaterialien
Jahrestagung der GDCh-Fachgruppe Bauchemie, 1.10.2019, Aachen

Forschungspraktikum

Stellenangebote/Abschlussarbeiten

Analytik und Prozesstechnik

Aktuelle Veröffentlichungen: