Masterarbeit | Mit ionischer Flüssigkeit unterstützte Zersetzung von amingehärtetem Epoxidharz (m/w/d)

Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme, Magdeburg

Art der Stelle

Wissenschaftlicher Nachwuchs

Komplexe Systeme Chemie

Stellenangebot vom 18. Januar 2023

Am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg ist in der Gruppe Prozesstechnik (Prof. Dr.-Ing. K. Sundmacher) eine Stelle (m/w/d) für eine Masterarbeit mit dem Thema "Mit ionischer Flüssigkeit unterstützte Zersetzung von amingehärtetem Epoxidharz" zu besetzen. Der Beginn der Arbeit ist zum Februar/März 2023 angesetzt.

Motivation und Themenbeschreibung

Epoxidharze gehören zu den chemisch robustesten und inertesten Polymerwerkstoffen. Aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften und der Langlebigkeit im Einsatz werden sie in mechanisch höchst anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt, z. B. für Rotorblätter in Windkraftanlagen. Die Lebensdauer von Rotorblättern hängt von rechtlichen und technischen Aspekten ab, und die geplante Lebensdauer einer Windkraftanlage beträgt etwa 20 Jahre. Die gesellschaftliche Aufmerksamkeit richtet sich zunehmend auf das Ende der Lebensdauer von Windkraftanlagen, insbesondere auf deren Kreislauffähigkeit. Von Interesse sind Recyclingoptionen für Rotorblattmaterialien, die teilweise aus glas- und kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffepoxiden bestehen.

Das vorliegende Forschungsprojekt ist durch die sich abzeichnende Notwendigkeit motiviert, chemische Stoffe, die in den veralteten Rotorblättern enthalten sind, einer sekundären Verwendung zuzuführen, insbesondere für die amingehärteten Epoxidharze. Die Epoxidharze werden z. B. aus Bis-Phenol-A (BPA)-Monomeren unter Verwendung verschiedener Amine als Härtungsmittel hergestellt. Während der Aushärtung öffnet sich der Epoxidring und das Amin reagiert mit dem Polymergerüst. Abbildung 1 zeigt das mit Isophorondiamin (IPDA) gehärtete BPA. Die amingehärteten Epoxidharze sind widerstandsfähiger als die anhydridgehärteten Harze.

Chemische Struktur von IPDA-gehärtetem Epoxidharz
Chemische Struktur von IPDA-gehärtetem Epoxidharz

Behandlungen mit nahezu kritischem, überkritischem Dampf oder überkritischem Aceton sind Beispiele für Ansätze zur Zersetzung von amingehärteten Epoxidharzen im Labormaßstab.

Ionische Flüssigkeiten (IL) sind eine Gruppe von Lösungsmitteln mit außergewöhnlichen Löslichkeitseigenschaften. Sie gelten als polar, wobei die Lösungsmitteleigenschaften durch die Fähigkeit des Salzes bestimmt werden, als Wasserstoffbrücken-Donor oder -Akzeptor zu fungieren. Außerdem beeinflusst die Kettenlänge der Alkylsubstituenten sowohl an den Kationen als auch an den Anionen das Lösungsvermögen der ILs. Theoretisch gibt es eine Vielzahl von ILs, und es müssen einige Kandidaten in Abhängigkeit von ihrem Lösungsvermögen, ihrer Temperaturtoleranz, ihrer Polarität und ihren Kosten rational ausgewählt werden, um die vielversprechendsten für die experimentellen Untersuchungen der Epoxidzersetzung zu identifizieren. 

Aufgaben

  1. Durchführung einer Literaturstudie über die Zersetzung von amingehärteten Epoxidharzen und systematische Kategorisierung verschiedener Ansätze.
  2. Ermittlung der vielversprechendsten hydrophilen und hydrophoben ionischen Flüssigkeiten für die Zersetzung von Epoxidharzen.
  3. Experimentelle Untersuchung der Reaktivität der Epoxidharze in ionischen Flüssigkeiten durch gravimetrische, optische und SEM-Untersuchungen.
  4. Qualitatives Screening der chemischen Zersetzungsprodukte, die bei der IL-unterstützten Zersetzung entstehen, mit Hilfe von Analysemethoden wie HPLC, 1H - und 13C-NMR oder einem gaschromatographischen Ansatz.

Qualifikationsprofil

Passende Studiengänge für die Bewerber*innen (m/w/d): Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Technische Chemie, Polymerchemie, Katalyse, Chemische Reaktionstechnik oder vergleichbare universitäre Studiengänge.

Bewerbung

Für weitere Informationen und zur Einreichung der Bewerbungen:

Dr. L. Rihko-Struckmann
E-Mail: 

Die Max-Planck-Gesellschaft hat sich zum Ziel gesetzt, mehr schwerbehinderte Menschen zu beschäftigen. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind ausdrücklich erwünscht. Die Max-Planck-Gesellschaft strebt nach Geschlechtergerechtigkeit und Vielfalt. Ferner will die Max-Planck-Gesellschaft den Anteil an Frauen in den Bereichen erhöhen, in denen sie unterrepräsentiert sind. Frauen werden deshalb ausdrücklich aufgefordert, sich zu bewerben.

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