Wissenschafts- und Technologietransfer
Labor für Polymerchemie und -analytik
Wissenschafts- und Technologietransfer
Sie suchen ein Labor für gemeinsame Projekte auf dem Gebiet der Polymeranalytik, Migration und/oder Oberflächenmodifikation von Kunststoffen? Ganz egal ob studentisches Projekt, Industriekooperation, öffentlich gefördertes Forschungsprojekt oder noch keine Idee, sprechen Sie uns an. Wir finden gemeinsam einen Weg! Wir arbeiten eng zusammen mit dem Laborbereich Kunststofftechnik und dem Forschungsschwerpunkt Nachhaltige Technologien und Prozesse. Lesen Sie hier und dort zu unseren Laborausstattungen und aktuellen Forschungsthemen.
Chromatographie/Spektroskopie
- GC-MS (Probeaufgabe über Headspace, Flüssiginjektion)
- TGA-GC-MS
- LC-DAD
- LC-MS
Fluoreszenz/UV-VIS-Plattenreader
Oberflächenmodifikation
- Dip-Coater
- Tensiometer
Niederdruckplasmaanlagen
Polymerchemie
Das Labor bietet zahlreiche Möglichkeiten für Versuche aus dem Bereich der organischen Chemie und der Polymerchemie. Dazu gehören nasschemische Methoden zur Charakterisierung von Polymeren, Durchführung von Trocknungsprozessen, Reinigen und Destillieren von chemischen Produkten, Umkristallisationen, Zentrifugationen, Bestimmung von Molmassen, Löslichkeitsversuche, Vernetzungsgradbestimmungen, Quellversuche, Polymersynthesen...
Thermische Analytik
Die Thermische Analyse beinhaltet verschiedene Prüfverfahren, mit denen allgemein physikalische oder chemische Eigenschaften einer Substanz als Funktion der Temperatur, Frequenz, Weg oder der Zeit ermittelt werden können. Die Geräte der Thermischen Analytik sind modular aufgebaut. Die Messwertaufnahme und Auswertung erfolgt mit der umfangreichen STARe -Software sowie mit der OMNICe -Software.
- Flash Dynamische Differenzkalorimetrie (Flash DSC 1)
- Differential Scanning Calorimetrie (DSC)
- Photo DSC
- Mikrowaage.
Die Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) ist die häufigste Methode der thermischen Analyse mit der allgemein physikalische oder chemische Eigenschaften als Funktion der Temperatur oder der Zeit gemessen werden. Das Meßprinzip entspricht der dynamischen Wärmestromdifferenzkalorimetrie. Die DSC arbeitet im Temperaturbereich von -150°C bis 500°C und ermöglicht die Bestimmung wichtiger Kenngrößen von Polymeren, wie Schmelztemperatur und -enthalpien, Kristallinität, Glasumwandlungstemperatur, thermische Stabilität. Das DSC-Modul kann zudem um eine Einheit für Photo-DSC Messungen erweitert werden.
Temperaturmodulierte Methoden (ADSC) werden häufig zur Trennung von überlappenden thermischen Ereignissen eingesetzt. Überlagerte Effekte können so durch die moderne TOPEM®-Technologie – der hoch entwickelten, patentierten Multifrequenz-TMDSC-Technik – getrennt werden.
- Dynamic Mechanical Analyzer (DMA)
Mit der DMA können mechanische Eigenschaften qualitativ und quantitativ in Abhängigkeit von der Temperatur (-150°C und 500°C), der Zeit und einer Frequenz im Bereich von 1mHz bis 1kHz sowie bei einer aufgebrachten, oszillierenden Probenbelastung im Kraftbereich von 1mN bis 40N bestimmt werden. Die Kenntnis des viskoelastistischen Verhaltens in einem großen Frequenz- und Temperaturbereich ermöglicht sowohl Aussagen über die anwendungsrelevanten mechanischen Eigenschaften als auch über molekulare Bewegungen und Strukturen. Der Anwendungsbereich umfasst die Charakterisierung von Materialeigenschaften, die Analyse von Materialversagen, die Bestimmung des Elastizitäts-Modul, des Dämpfungsverhalten, des Fließ- und Relaxationsverhalten etc.
Die DMA kann aufgrund der vielfältigen Messsysteme (Scherung, Zug, 3-Punkt-Biegung) bei der Untersuchung von festen Materialien und hoch- bis mittelviskosen Flüssigkeiten eingesetzt werden.
- Thermogravimetric Analyzer (TGA/SDTA) mit
- Fourier Transform Infrarot Spektroskopie Kopplung (TGA-FTIR)
Mittels Thermogravimetrie können mit Hilfe der Gewichtskurve quantitative Aussagen zur Zusammensetzung, zur thermischen Stabilität, sowie von physikalischen und chemischen Materialeigenschaften unter genau kontrollierten atmosphärischen Bedingungen von verschiedenartigsten Materialien von Raumtemperatur bis 1500 °C gemacht werden. Die Kopplung von TGA mit FTIR ermöglicht die Analyse der gasförmigen Zersetzungsprodukte.zur Verfügung.
Infrarotspektroskopie
Im Labor stehen zwei Geräte der Firma ThermoFisher zur Verfügung. Das iS20 ist ein Basisgerät zur Messung aller Standardexperimente, wie Transmission und Reflexion (ATR / Attenuated total Reflexion). Es zeichnet sich aufgrund des Dynamischen Alignments und Pinpositionierter Optiken durch eine hohe Langzeitstabilität, sowie eine geringe Anfälligkeit gegen Temperaturschwankungen und Vibrationen aus. Das System erkennt das Zubehör beim Einsetzen automatisch und legt sofort alle wichtigen Meßparameter selbständig fest und wird somit überwiegend im Laborpraktikum eingesetzt. Das zweite Gerät (Nicolet 5700) ist gekoppelt mit der TGA und dient der Untersuchung der flüchtigen gasförmigen Bestandteile aus TGA Messungen. Mit Hilfe der Software lassen sich Überlagerte Spektren differenzieren und getrennt nach Komponenten auswerten.
Molmassenbestimmung
Die Größenausschlusschromatografie (SEC - Size Exclusion Chromatography), die auch als Gelpermeationschromatografie (GPC) bezeichnet wird, ist eine spezielle Form der fest-flüssig-Durchflusschromatografie. Kenngrößen, wie die mittlere Molmasse, die Molmassenverteilung (MMV) und die Uneinheitlichkeit (U) einer Polymerprobe können ermittelt werden. Die Säule der Anlage (10exp5A, 5µm) kann temperiert werden. Als mobile Phase dient Tetrahydrofuran (THF). Vorhandene Detektoren sind ein RI-Detektor und ein UV-Detektor. Im Labor steht eine GPC Anlage der Firma Knauer zur Verfügung.
Kontaktwinkelmessungen
Dynamische sowie statische Bestimmungen von Kontaktwinkel und Oberflächenenergie von Festkörpern, sowie Messung der Oberfächenspannung und Grenzflächenspannung von Flüssigkeiten sind mit dem Kontaktwinkelmesssystem OCA 20 der Firma DataPhysics möglich. Die Anwendungsbreite des Tropfenkonturanalyse-Systems reicht von zu untersuchenden Flüssigkeiten, behandelten Polymer- und Folienoberflächen über Papier, Textilien, Wafern bis zu Flüssigpolymeren.
Pendant Drop Methode: Geeignet für Grenz- und Oberflächenspannungsmessungen von Flüssigkeiten mit Hilfe einer optischen Erfassung der Tropfengeometrie.
Sessile Drop Methode: Optische Kontaktwinkelmessung zur Bestimmung des punktuellen Benetzungsverhaltens an Festkörperoberflächen. Ein Dreh- und Neigetisch erlaubt die Untersuchung von geneigten Oberflächen und das Abrollverhalten von Flüssigkeiten.
Wasserbstimmung nach Karl- Fischer
Die Karl-Fischer-Titration ist eine Methode zur Bestimmung des Wassergehaltes in technischen Produkten, Lebensmitteln, chemischen Substanzen etc. (Karl Fischer, deutscher Erdölchemiker, 1901-1958). Im Labor steht eine Analysenstation zur volumetrischen bzw. coulometrischen Wassergehaltsbestimmung nach Karl Fischer der Firma METTLER TOLEDO zur Verfügung. Die coulometrische Analysenstation verfügt außerdem über einen Trockenofen (regelbar bis 300°C) für Probenmaterial, welches nicht aufzulösen ist, und so der Zelle nicht direkt zugegeben werden kann. Unter Einbezug der Probenmasse wird das Analysenergebnis automatisch berechnet.
Forschungs- und Entwicklungsprojekte
Laufzeit: 01.01.2025 - 31.12.2028
Ansprechpartner/in: Prof. Dr. Markus Susoff, Prof. Dr. Svea Petersen
Projektpartner: Hochschule Schmalkalden Prof. Dr. -Ing Stefan Roth und Prof. Dr. -Ing Thomas Seul, B. Braun Melsungen AG
Drittmittelgeber/ Förderlinie: BMBFTR-FH-Programme
Projektzusammenfassung:
Das Ziel des Vorhabens ist die Beschreibung von prozessinduzierten Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von TPU für Medizinprodukte für ein tiefergehendes Verständnis hinsichtlich Materialeigenschaften sowie der Biokompatibilität. Dies soll durch die Korrelation der Materialeigenschaften zu den Produkteigenschaften, speziell dem atraumatischen Verhalten und der Biokompatibilität in Verbindung mit der Verarbeitung und nachgelagerten Strahlensterilisationsprozessen erfolgen. Es werden am Beispiel Katheter Material- und Biokompatibilitätsmodelle für state-of-the-art Polyurethansysteme entwickelt, die in einem weiteren Schritt auf neuartige isocyanatfreie TPUs angewendet werden sollen.
Arbeitsziel 1: Entwicklung eines Ursache-Wirkungsmodells zur Identifikation der für das Produkt Katheter relevanten Materialeigenschaften von TPU in Korrelation zu den Verarbeitungsparametern, Bestimmung der eigenschaftskritischen Prozessparameter
Arbeitsziel 2: Entwicklung eines Ursache-Wirkungsmodells zur Biokompatibilität in Abhängigkeit zu den Verarbeitungsparametern für TPU in medizinischen Kathetersystemen, Bestimmung der biokompatibilitätskritischen Prozessparameter
Arbeitsziel 3: Verifikation der erarbeiteten Modellansätze für bestehende (state-of-the-art) und Übertragung auf neuartige isocyanatfreie Polyurethansysteme.
Laufzeit: 01.03.2024 - 28.02.2027
Ansprechpartner/in: Prof. Dr. Svea Petersen, Susanna Herrmann
Projektpartner: AG Growing Knowledge, Prof. Dr. Andreas Ulbrich
Drittmittelgeber/ Förderlinie: VolkswagenStiftung zunkunft.niedersachsen
Projektzusammenfassung:
Um den globalen Herausforderungen hinsichtlich einer instabilen Nahrungsmittelversorgung zu begegnen, hat sich die pflanzenbauliche Produktion in hydroponischen Anbauverfahren zu den intensivsten Produktionsformen von Nahrungspflanzen entwickelt. Der Begriff Hydroponik umfasst hierbei grundsätzlich erdelose Kultursysteme, in denen Pflanzen unabhängig vom Boden in anorganischen Substraten kultiviert werden. Die Pflanzenwurzeln in diesen Kultursystemen befinden sich dabei in Kunststoffrinnen und werden von einer Nährlösung entweder umspült oder mit Hilfe von Düsensystemen angesprüht und benetzt. Eine Kreislaufführung dieser Nährlösung macht hydroponische Anbauverfahren hinsichtlich Wasser- und Nährstoffeffizienz zu den aktuell nachhaltigsten Formen der Produktion pflanzlicher Lebensmittel. Die eingesetzten Kunststoffmaterialien unterliegen jedoch derzeit keinerlei Richtlinien. Die Interaktion der Materialien mit den Pflanzen ist völlig unklar. So ist weder bekannt, wie die Kennwerte der Materialien durch den Kulturführungsprozess beeinflusst werden, noch ist beschrieben, ob und wie die Pflanzenperformance von den verwendeten Materialien und deren Auslaugungen beeinflusst werden. Durch eine Charakterisierung dieser bisher unbekannten Interaktion zwischen Pflanze und Werkstoff in einem hydroponischem Kultursystem erzielt dieses Projekt langfristig eine Sicherung von Ertrag und Qualität bei so kultivierten Nahrungspflanzen. Die Erstellung eines Richtlinienkatalog für den unbedenklichen Einsatz von Kunststoffen in der intensiven pflanzlichen Nahrungsmittelproduktion sorgt für eine nachhaltige Sicherung des Innovationsprozesses zukunftsfähiger Agrarsysteme.
Laufzeit: 01.11.2024 - 31.10.2026
Ansprechpartner/in: Prof. Dr. Svea Petersen
Projektpartner: Prof. Dr.-Ing. Monika Strickstrock (Leitung Labor für Dentaltechnologie und Labor für Metallkunde & Werkstoffanalytik)
Drittmittelgeber/ Förderlinie: EFRE 2.2.2 Anwendungsorientierte Forschung an Fachhochschulen
Projektzusammenfassung:
Ziel ist die Entwicklung dentaler 3D-Druckkomposite für die additive Fertigung von bioaktiven, permanenten Kronen- und Brückenkonstruktionen über Digital Light Processing (DLP) Inhalte. Einer zielgerichteten Kompositentwicklung und Definition der Druckparameter folgt die Qualifizierung der Bioaktivierung der Komposite durch direkte Einmischung der bioaktiven Komponente am Modell von Plaquereduzierendem Chlorhexidin.
Kerninhalt ist die Evaluierung der Fertigungs- und Reinigungsparameter (Belichtungsdauer und -intensität, Reinigungsmittel und -art) mittels Wirkstoff-, mikroskopischer und mechanischer Untersuchungen. Wichtige Eigenschaftskriterien sind die Prozessstabilität des Wirkstoffes, das Wirkstofffreisetzungsverhalten zur Definition des notwendigen Wirkstoffgehalts, der Erhalt der mechanischen Kennwerte hinsichtlich Härte, Festigkeit und Abrasionsbeständigkeit sowie der physikochemischen Eigenschaften (z.B. Quellverhalten, Polymerisationsumsatz) im Vergleich zu konventionellen Druckkompositen. Begleitende Alterungs- und Lagerungsstudien definieren den Einsatzbereich.
Durch beständige Rückkopplung erfolgt eine Optimierung der Komposit-Zusammensetzung (Variation der Monomerzusammensetzung und Füllstoffgehalt) sowie der Prozessparameter. Final erfolgt eine Übertragung auf permanente Brücken- und Kronenkonstruktionen. Besonderheiten des Projekts sind die erstmalige Realisierung bioaktiver Dentalkomposite über DLP-Drucktechnologie und die Definition deren Indikationsbereiche.
Laufzeit: 03.09.2018 - 30.09.2021
Ansprechpartner/in: Prof. Dr. Svea Petersen
Projektpartner: Evonik Industries AG; iba Heiligenstadt e. V.; Apium GmbH; Champion Implants
Drittmittelgeber/ Förderlinie: BMBF-Fachprogramme
Projektzusammenfassung:
Die Innovation stellt in diesem Teilprojektvorhaben die erstmalige Demonstration einer in situ Modifikation von PEEK während der Verarbeitung durch FFF 3D-Drucktechnologie dar, welche eine Individualisierung der biologischen Funktion und der Geometrie von Zahnimplantatkomponenten erlaubt. Es handelt sich um ein universelles, auf andere Anwendungsbereiche adaptierbares, Herstellungsverfahren. Darüber hinaus erfolgt eine Definition des Indikationsbereiches von gedruckten PEEK für die Zahnmedizin anhand der materialwissenschaftlichen Untersuchungen im Vergleich, welches ein Fundament für den verbreiterten Einsatz des 3D-Druck in der Zahnmedizin bietet.
Die Etablierung der in situ Modifikation von PEEK-Zahnimplantat-Komponenten erfolgt an der Funktionalisierung von PEEK mit antibakteriellen Wirkstoffdepots während des 3D-Druckprozesses. Als bioaktive Komponente kommt Chlorhexidin (CHX) zum Einsatz, welches bereits erfolgreich als Antiseptikum in Form von Mundspülungen oder als freisetzende Komponente aus dem PerioChip® zur Reduzierung von Zahnfleischtaschen eingesetzt wird. Über die Auftragsanzahl und -menge eingebrachter Wirkstofffreisetzungsdepots kann die Bioaktivität der Zahnimplantat-Komponenten auf die patientenindividuelle Therapiesituation angepasst werden. Die werkstofftechnischen Arbeiten werden durch mechanische, biologische, sowie Wirkstofffreisetzungsstudien evaluiert und erzielen im Vergleich mit der Simulation der in vivo-Kaubelastung die Definition des Indikationsbereiches von gedrucktem PEEK in der Zahnmedizin sowie die Vorbereitung der Zulassung einer ausgewählten gedruckten Zahnimplantat-Komponente nach dem Medizinproduktegesetz.
Laufzeit: 05.10.2018 - 31.03.2020
Ansprechpartner/in: Prof. Dr. Svea Petersen
Drittmittelgeber/ Förderlinie: EFRE 2.1.1 Aufbau und Erweiterung von Forschungsinfrastrukturen an Fachhochschulen
Projektzusammenfassung:
Das Infrastrukturprojekt wird einen entscheidenden Beitrag zur weiteren Stärkung des Forschungsschwerpunktes „Innovative Materialien und Werkstofftechnologien“ an der Hochschule Osnabrück leisten. Ein Kernpunkt im Forschungsschwerpunkt stellen innovative Materialien dar, deren funktionelle und strukturelle Eigenschaften sehr wesentlich durch Polymere bestimmt werden. Zu diesen Materialien gehören oben genannte Faserverbundwerkstoffe und Komposite. Die aktuellen Arbeitsziele in laufenden Forschungsprojekten des Laborbereichs Kunststofftechnik innerhalb des Schwerpunktes zeigen einen starken Fokus auf technische Aspekte der Materialien (mechanische, thermische, elektrische Eigenschaften etc.), auf die Konstruktion von Bauteilen, Simulation von Prozessen und Werkstoffeigenschaften und auf die Verarbeitungstechnologien.
Promotionen
Recycling of Polypropylene Copolymer in Medical Applications with a Focus on the Effects of Processing, Additives and Sterilization
Nele Zerhusen, Kooperative Promotion mit der Universität Osnabrück, seit 2023
Functional modification of 3D-printable polymeric biomaterials for tailored surface properties and controlled drug release
Marius Behnecke, Kooperative Promotion mit der Universität Osnabrück, seit 2023
Processing and aging associated changes of polymeric biomaterials related to leachables and extractables
Eva Berghaus, Kooperative Promotion mit der Universität Rostock, 2024
Veröffentlichungen
Auszug der 10 aktuellsten Veröffentlichungen der Arbeitsgruppe. Das vollständige Schriftenverzeichnis kann hier heruntergeladen werden
- N. Espelage, J. Liebal, M. Behnecke, K. Kömpe, M. Susoff, P. Blömer, M. Steinhart, S. Petersen. Exposition of Radiation-Stabilized Polypropylene Copolymer to Repeated Injection Molding and γ-Radiation. Journal of Applied Polymer Science, 143 (6). 2026
- N. Espelage, M. Susoff, C. Schröder, P. Blömer, S. Petersen. A Design of Experiment (DoE) Approach to Evaluate the Recyclability of a Polypropylene Copolymer in Medical Technology Under the Aspect of Additive Composition. Polymers, 18 (1). 2025.
- N. Zerhusen, P. Blömer, S. Petersen. Design of Experiment Approach to determine the effects of Tinuvin 622, recycling and sterilization by γ- irradiation on a medical polypropylene copolymer. Current Directions in Biomedical Engineering, 11 (1). 2025
- M Behnecke, L. Bräutigam, A. Hess, S. Petersen. Analytical approaches for evaluating chlorhexidine and hydroxyapatite content in 3D-printed resins for biomedical applications. Current Directions in Biomedical Engineering, 11 (1). 2025.
- T. Siriwas, S. Pichaiyut, M. Susoff, S. Petersen, C. Nakason. Optimizing the thermomechanical and thermal performance of epoxidized natural rubber hybrid nanocomposites using graphene and carbon nanotubes. Journal of Polymer Research 31(4), 2024.
- M. Behnecke, E. Berghaus, A. Wildeis, E. Brandes, S. Petersen. Wilhelmy balance—A simple and reliable method for determining immersion angles and surface energies even on non-planar and complex geometries? Surface and Interface Analysis, doi.org/10.1002/sia.7287, 2024.
- N. Zerhusen, S. Herrmann, M. Susoff, S. Petersen, “Stability assessment of a commercial polypropylene copolymer and Irgafos 168 under repeated injection molding and γ-irradiation cycles,” Journal of Applied Polymer Science, doi.org/10.1002/app.55071, 2023.
- T. Siriwas, S. Pichaiyut, M. Susoff, S. Petersen, C. Nakason. Enhancing curing, mechanical and electrical properties of epoxidized natural rubber nanocomposites with graphene and carbon nanotubes hybrid fillers. Journal of Materials Science 58(40), 2023.
- T. Siriwas, S. Pichaiyut, M. Susoff, S. Petersen, C. Nakason. Graphene-filled natural rubber nanocomposites: Influence of the composition on curing, morphological, mechanical, and electrical properties. eXPRESS Polymer Letters 17(8):819-836, 2023.
- E. Berghaus, T. Klocke, R. Maletz, S. Petersen Degree of conversion and residual mon-omer elution of 3D-printed, milled and self-cured resin-based composite materials for temporary dental crowns and bridges. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 34, 23, 2023.