Relaxationsuntersuchungen in unterkühlten und glasig erstarrten Polyalkoholen mittels dielektrischer und NMR Spektroskopie

Es wurde eine homologe Reihe von Polyalkoholen mit der allgemeinen Summenformel CNHN+2(OH)N (N=3-6) hinsichtlich ihrer Glaseigenschaften ober- und unterhalb der Glasübergangstemperatur TG untersucht. Dabei kamen die dielektrische und magnetische Resonanzspektroskopie (NMR) zum Einsatz. Es ergab sich oberhalb TG eine systematische Zunahme aller untersuchten dynamischen Parameter wie Fragilität, Breite der angenommenen Korrelationszeitenverteilungen und der Sprungwinkel der primären Glasrelaxation mit zunehmendem N. Dies kann insgesamt als eine Abnahme des Netzwerkcharakters, der durch Wasserstoffbrückenbindungen bedingt ist, bei zunehmender Kettenlänge interpretiert werden. Unterhalb TG entwickelt sich mit zunehmendem N die Sekundärrelaxation von einem 'Wing Szenario' zu einem ausgeprägten Johari - Goldstein (JG) - Prozess. Ein Sprungmodell, welches eine eingeschränkte Reorientierung auf einem Konusrand beschreibt, erzeugt mit Hilfe der parametrisierten dielektrischen Verlustspektren Sprungwinkel, die mit denen aus aktuellen ²H - NMR spektroskopischen Untersuchungen vergleichbar sind. Durch den Vergleich unterschiedlich deuterierter Derivate von Glyzerin (N=3) und Sorbitol (N=6) wurde gefolgert, dass auch unterhalb TG der Netzwerkcharakter mit zunehmender Kettenlänge abnimmt.Aufgrund der hier durchgeführten Untersuchungen konnte eine Zeitskala für einen Johari - Goldstein - Prozess im Modellglasbildner Glyzerin extrapoliert werden. Eine Deutung des Wings als Hochfrequenzausläufer des JG - Prozesses ist dadurch möglich.Der JG - Prozess kann somit als universeller Glasprozess interpretiert werden, der in verschiedenen Glasbildnern in unterschiedlicher Ausprägung auftritt.

By means of dielectric and ²H NMR spectroscopy a homologues series of polyalcohols are investigated. The general sum formula is CNHN+2(OH)N with N = 3 - 6. Above the glass transition temperature TG a systematic increase of dynamical parameters like fragility, width of correlation times distribution or jump angles of the primary glass relaxation with increasing N is found. This can be interpreted as a decreasing network character with increasing chain length of the polyalcohols. Below TG secondary relaxation processes develops from wing scenario in a Johari - Goldstein relaxation. Describing this secondary relaxation by a simple jump model with parameterised data of the dielectric loss spectra jump angles can be obtained comparable to recent ²H - NMR investigations. Probing site specific dynamics of different deuterated species of glycerol (N=3) and sorbitol (N=6) a decreasing network character also below TG is concluded. Due to the results for time scales of the JG - process of polyalcohols with N=4 - 6 such a time scale are extrapolated for glycerol comparable with current results from physical aging experiments. Hence, the excess wing in dielectric loss spectra of glycerol can be interpreted as high frequency tail of a JG process.