TY - BOOK

T1 - Schaltbare intelligente Polymere für Selbstheilungs- und Recyclingstrategien

AU - Radl, Simone

N1 - nicht gesperrt

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer funktioneller Materialien mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften durch externe Stimuli. Durch das Einbringen von UV-sensitiven Gruppen im Polymer oder als Reaktivschlichte auf anorganischen Füllstoffen konnten Materialien mit kontrolliert schaltbaren Eigenschaften hergestellt werden. Funktionelle Norbornenpolymere mit Anthracengruppen in der Seitenkette wurden über ringöffnende Metathesepolymerisation (ROMP) synthetisiert. Durch die UV-Belichtung konnte eine Dimerisierung der Anthracene durch die [4πs+4πs] Photocycloaddition erreicht werden, welche eine signifikante Abnahme in der Löslichkeit des Polymers hervorrief. Durch Temperaturbehandlung des Materials konnten die Dimere wieder gezielt gespalten werden. Insbesondere der Einfluss der Flexibilität und Mobilität der Makromoleküle im Polymer auf die wiederholte Dimerisierungs- und Spaltungsreaktion und die Löslichkeit des Polymers wurde über UV-Vis Spektroskopie und Sol-Gel Analyse untersucht. Des Weiteren wurde die reversible Vernetzung in epoxidbasierenden Harzsystemen untersucht, welche eine durch externe Stimuli umkehrbare Dimerisierungs- und Spaltungsreaktion über eingebrachte Anthracengruppen zeigen. Durch UV-Belichtung wurde eine Vernetzung der Polymerketten erreicht, und durch eine nachfolgende thermische Behandlung konnten die gebildeten Dimere wieder gespalten werden. Die Reversibilität der Vernetzungs- und Spaltungsreaktion wurde über spektroskopische und thermomechanische Testmethoden nachgewiesen. Die Ergebnisse zeigten die Wiederherstellung der mechanischen Eigenschaften dieser Materialsysteme über mehrere Zyklen von UV-Belichtung und Erwärmung sowie die „Heilbarkeit“ von eingebrachten Rissen und Fehlstellen. Schließlich wurde ein neues Epoxymonomer mit UV-spaltbaren o-Nitrobenzylestergruppen synthetisiert und charakterisiert. Durch die UV-Spaltung der photolabilen Gruppen konnte eine drastische Abnahme der (thermo-) mechanischen Eigenschaften der Polymere erreicht werden, was auf einen erfolgreichen Abbau des duromeren Netzwerkes schließen lässt. Die UV-spaltbare Gruppe wurde in einem weiteren Schritt als Reaktivschlichte auf anorganische Fasern aufgebracht und untersucht. Über Faserauszugsversuche wurde die Adhäsionskraft bestimmt, die notwendig ist um Matrix und Faser zu trennen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten, dass aus mit Licht spaltbaren Matrixpolymeren Verbundmaterialien mit erhöhter Rezyklierbarkeit hergestellt werden können.

AB - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer funktioneller Materialien mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften durch externe Stimuli. Durch das Einbringen von UV-sensitiven Gruppen im Polymer oder als Reaktivschlichte auf anorganischen Füllstoffen konnten Materialien mit kontrolliert schaltbaren Eigenschaften hergestellt werden. Funktionelle Norbornenpolymere mit Anthracengruppen in der Seitenkette wurden über ringöffnende Metathesepolymerisation (ROMP) synthetisiert. Durch die UV-Belichtung konnte eine Dimerisierung der Anthracene durch die [4πs+4πs] Photocycloaddition erreicht werden, welche eine signifikante Abnahme in der Löslichkeit des Polymers hervorrief. Durch Temperaturbehandlung des Materials konnten die Dimere wieder gezielt gespalten werden. Insbesondere der Einfluss der Flexibilität und Mobilität der Makromoleküle im Polymer auf die wiederholte Dimerisierungs- und Spaltungsreaktion und die Löslichkeit des Polymers wurde über UV-Vis Spektroskopie und Sol-Gel Analyse untersucht. Des Weiteren wurde die reversible Vernetzung in epoxidbasierenden Harzsystemen untersucht, welche eine durch externe Stimuli umkehrbare Dimerisierungs- und Spaltungsreaktion über eingebrachte Anthracengruppen zeigen. Durch UV-Belichtung wurde eine Vernetzung der Polymerketten erreicht, und durch eine nachfolgende thermische Behandlung konnten die gebildeten Dimere wieder gespalten werden. Die Reversibilität der Vernetzungs- und Spaltungsreaktion wurde über spektroskopische und thermomechanische Testmethoden nachgewiesen. Die Ergebnisse zeigten die Wiederherstellung der mechanischen Eigenschaften dieser Materialsysteme über mehrere Zyklen von UV-Belichtung und Erwärmung sowie die „Heilbarkeit“ von eingebrachten Rissen und Fehlstellen. Schließlich wurde ein neues Epoxymonomer mit UV-spaltbaren o-Nitrobenzylestergruppen synthetisiert und charakterisiert. Durch die UV-Spaltung der photolabilen Gruppen konnte eine drastische Abnahme der (thermo-) mechanischen Eigenschaften der Polymere erreicht werden, was auf einen erfolgreichen Abbau des duromeren Netzwerkes schließen lässt. Die UV-spaltbare Gruppe wurde in einem weiteren Schritt als Reaktivschlichte auf anorganische Fasern aufgebracht und untersucht. Über Faserauszugsversuche wurde die Adhäsionskraft bestimmt, die notwendig ist um Matrix und Faser zu trennen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten, dass aus mit Licht spaltbaren Matrixpolymeren Verbundmaterialien mit erhöhter Rezyklierbarkeit hergestellt werden können.

KW - smart polymers

KW - selfhealing

KW - recycling

KW - reversible cycloaddition

KW - UV induced cleavage

KW - photoresist

KW - Funktionspolymere

KW - Selbstheilung

KW - Recycling

KW - UV-Spaltung

KW - reversible Cycloaddition

KW - Photoresist

M3 - Dissertation

ER -