Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von hochpräzisen und langzeitstabilen Gelpermeationschromatografie-Methoden (GPC-Methoden) für Hochleistungsthermoplasten (HLTP) unter Verwendung von graphitbasierten stationären Phasen

Forschungsziel:

Ziel ist die Entwicklung einer hochpräzisen und langzeitstabilen Gelpermeationschromatografie- (GPC)- Methode für Hochleistungsthermoplasten (HLTP) und deren Anwendung zum Fingerprinting von HLTP.

Lösungsweg:

Derzeitige GPC-Methoden für HLTP liefern Ergebnisse mit ungenügender Reproduzierbarkeit und Präzision. Schwachpunkt sind die eingesetzten stationären Phasen (chromatografische Säulen). Alternativen auf Basis von porösem Graphit (PGC) sind vielversprechend. In einem Screening werden die geeignetsten PGC-basierten Phasen und Lösungsmittel unter Verwendung ausgewählter HLTP-Proben bestimmt. Dann werden die experimentellen Parameter im Hinblick auf eine maximale Trennleistung und Robustheit optimiert. Der Erfolg und die Robustheit der Methodenentwicklung werden in einem Ringversuch bewertet. Die Methode wird zum Aufbau einer Datenbank von molekularen und physikalischen Parametern kommerziell relevanter HLTP eingesetzt. Dabei fließen Angaben von KMU zu Verarbeitungsparametern ein. Abschließend werden erstmals Empfehlungen zu Normen für die GPC von HLTP ausgearbeitet.

Angestrebte Ergebnisse:

Angestrebt wird eine hochpräzise GPC-Methode für HLTP, die über mindestens ein Jahr reproduzierbare Ergebnisse liefert, mit der dann eine Datenbank zu den Charakteristika von marktüblichen HLTP erstellt wird.

Nutzen für KMU:

HLTP-verarbeitende KMU können ihre Kosten durch Qualifizierung zusätzlicher Rohstoffe und durch eine engmaschigere Wareneingangs- und Produktkontrolle mit deutlich verbesserter Informationstiefe um bis zu 25 % senken. Anbieter additiver Fertigung können ihre Verfahren auf HLTP ausdehnen und damit Märkte mit extremen Einsatzbedingungen im Potential mehrerer Mrd. € erschließen. Auch für überwiegend den KMU zuzurechnende analytische Dienstleister und Prüflabors ergibt sich eine deutliche Umsatzsteigerung durch Ausbildung neuer Alleinstellungsmerkmale und eine bedeutende Erweiterung des Angebots.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts wurden Methoden für die Größenausschlusschromatografie von Hochleistungsthermoplasten (PAEK, LCP, PPS) ausgearbeitet. Hierbei wurden letztlich zwei Ansätze verfolgt. Für PPS wurden grafitbasierte stationäre Phasen verwendet, die sich gegenüber etablierten stationären Phasen durch eine deutlich erhöhte Stabilität unter den notwendigen extremen Analysebedingungen (210 °C) auszeichnen. Für PAEK und LCP erwies sich dieser Ansatz letztlich nicht als praktikabel. Daher wurde alternativ ein Derivatisierungsansatz entwickelt. Durch die Sulfonierung der Polymere kann deren Löslichkeit bedeutend erhöht werden, sodass sie einer Analyse unter moderaten Analysebedingungen (polares Lösungsmittel mit Salzzusatz, Raumtemperatur) zugänglich werden. Nach Ausarbeitung der grundsätzlichen Ansätze wurden die Analysebedingungen hinsichtlich Auflösung und Reproduzierbarkeit optimiert. Die Ergebnisse erlauben es KMU die Molekulargewichtsverteilung von HLTP einfacher und präziser zu erfassen als dies bisher möglich war. Auf diese Weise können sie Rohstoffqualitäten weitaus präziser einschätzen sowie ihre Prozesse gezielt an die Verarbeitung individueller Chargen von HLTP anpassen. Dadurch werden KMU in die Lage versetzt, ihren Produktionsausschuss deutlich zu verringern, da sie Fehlchargen vermeiden. Auf Grund der hohen Rohstoffpreise von HLTP kann so ein gewaltiges Einsparpotenzial erschlossen werden, was den KMU erlaubt ihre Wettbewerbsfähigkeit bedeutend zu steigern.