New approaches towards stimuli-responsive polymers

Titel in Übersetzung: Neue Ansätze für stimuli-responsive Polymere

Michael Giebler

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Konzepte im Bereich der stimuli-responsiven Polymere zu entwickeln. Einerseits wurde die Chemie von ortho-Nitrobenzylestern (o-NBE) verwendet, um Netzwerkeigenschaften durch UV-induzierte Spaltungsreaktionen gezielt zu steuern. Andererseits wurden thermoaktivierte Umesterungsreaktionen genutzt, um dynamische Eigenschaften in epoxidbasierten Netzwerken zu erzeugen. Hierzu wurden schaltbare Polydimethylsiloxan (PDMS)-Netzwerke hergestellt, die entweder durch UV-Belichtung oder in alkalischen Medien kontrolliert degradiert werden können. Dabei wurden PDMS-Oligomere mit endständigen Anhydridgruppen thermisch mit einem bifunktionellen Epoxidmonomer vernetzt, das eine photolabile o-NBE-Gruppe enthielt. Die Empfindlichkeit der Estergruppen gegenüber hydrolytischen Spaltungsreaktionen wurde für den pH-gesteuerten Netzwerkabbau genutzt. Zusätzlich wurde die Photosensitivität der o-NBE-Gruppe für lichtinduzierte Spaltungsreaktionen genutzt. Dies ermöglichte einen definierten Abbau des Polymernetzwerks in Abhängigkeit des pH-Wertes und der Lichtintensität. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass durch gezielte (Über-)Belichtung und sekundär auftretende Photoreaktionen ein Wechsel zwischen positiven und negativen Photolacken möglich ist. In einer weiteren Studie wurden o-NBE-Chromophore in duromere Epoxidharze eingebracht. So konnte ein breiter Bereich von Glasübergangstemperaturen, Kettenbeweglichkeit, Härte und Kontrast von positiven Photolacken hegestellt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden neue kovalent adaptierbare Netzwerke (z.B. Vitrimere) entwickelt und untersucht. Durch die Kombination der o-NBE-Chemie mit thermoaktivierten und reversiblen Umesterungsreaktionen war es möglich, ein „wiederbeschreibbares“ vitrimeres Netzwerk zu generieren. Durch den photoinduzierten Abbau des Netzwerks über die o-NBE-Gruppen wurden positive Photolacke mittels Photolithographie erzeugt. Anschließende, thermoaktivierte Austauschreaktionen der Hydroxyesterbindungen induzierten ein makroskopisches Fließen und die erzeugten Mikrostrukturen wurden bei erhöhter Temperaturen deutlich oberhalb des topologischen Übergangs des Vitrimers vollständig gelöscht. Die regenerierte Oberfläche hatte eine glatte Oberflächentopologie und konnte für neue Mikrostrukturen mittels Photolithographie wiederverwendet werden. Die thermo-responsiven Eigenschaften wurden in weiteren Studien untersucht, um die Glasübergangstemperatur (Tg) von Vitrimeren für industriebasierende Anwendungen zu erhöhen. Insbesondere wurden Epoxy-Anhydrid Vitrimere mit einem Tg von bis zu 140 °C hergestellt, die zusätzlich eine effiziente Spannungsrelaxation bei erhöhter Temperatur aufwiesen. Die Netzwerke wurden durch thermische Härtung von Aminoglycidylmonomeren mit Glutarsäureanhydrid in verschiedenen stöchiometrischen Verhältnissen erzeugt. Die in der Struktur der Aminoglycidylderivate vorhandenen tertiären Amingruppen beschleunigten nicht nur die Aushärtungsreaktion, sondern katalysierten auch die Umesterungsreaktionen, wie anschließende Spannungsrelaxationsmessungen zeigten. Darüber hinaus war eine Wiederverformung der pulverförmigen Proben möglich, was die Rezyklierbarkeit der Vitrimernetzwerke mit hohem Tg zeigte. In weiteren Arbeiten wurde die katalytische Aktivität ausgewählter Amine für die Umesterung von Hydroxylester in einem thermisch gehärteten Epoxid-Anhydridsystem unter Verwendung von 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3',4'-Epoxycyclohexancarboxylat als Epoxidmonomer und Glutarsäureanhydrid als Härter untersucht. Hierbei wurde der Einfluss des Katalysators auf die Netzwerkdichte, die Netzwerkbeweglichkeit und die Rate für die Umesterungsreaktionen innerhalb der Polymermatrix untersucht. Anschließende Spannungsrelaxationsmessungen zeigten die katalytische Aktivität bei Umesterungsreaktionen.
Titel in ÜbersetzungNeue Ansätze für stimuli-responsive Polymere
OriginalspracheEnglisch
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Sangermano, Marco, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Schlögl, Sandra, Mitbetreuer (intern)
  • Trimmel, Gregor, Beurteiler A (extern), Externe Person
  • Grießer, Thomas, Mitbetreuer (intern)
  • Kern, Wolfgang, Betreuer (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 1800

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Epoxid-anhydrid Epoxidharz Vitrimer o-Nitrobenzylester photosensitiv wiederbeschreibbar CANs kovalent adaptierbare Netzwerke Photoresist

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