Design, Synthesis, and Properties of Novel Bio-Based and Ethylene-Based Copolymers
Creators: name: Scholten, Philip Benjamin Vincent
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2019
Subjects: Polymere
nachhaltig
erneuerbar
radikalische Polymerisation
Ethen
Vinyl Acetat

description: Erneuerbare Rohstoffe haben das Potenzial Erdöl-basierte Monomere in kontrollierten radikalischen Polymerisationen (RDRP) zu ersetzen. Dies ist wichtig, um eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, wie z.B. Klebstoffe oder Beschichtungen, nachhaltig bereit zu stellen. Es bestehen jedoch weiterhin Herausforderungen bei der Polymerisation von nicht-aktivierten und internen Doppelbindungen, wie sie häufig in natürlichen Molekülen vorhanden sind. Darüber hinaus fehlen nachhaltige Funktionalisierungsstrategien die Doppelbindungen an natürlich vorkommende Moleküle anbringen. Diese Dissertation setzt sich zum Ziel, eine Reihe erneuerbarer Monomere mittels kontrollierte radikalische Polymerisation für die Synthese von erneuerbaren und funktionellen (Co)Polymeren zugänglich zu machen. Die Polymerisationen wurden gezielt mit einem Kobaltkomplex (OMRP) durchgeführt, da diese die Polymerisation von einer Vielzahl nicht-akitivierter Monomere ermöglicht mit exzellenter Kontrolle über das Kettenwachstum unter milden Reaktionsbedingungen. Die jeweiligen Monomere wurden zunächst durch katalytische Reaktionen aus Pflanzenölen und/oder CO2 hergestellt und enthalten Ester oder Carbonat Gruppen, welche sich besonders für Post-Polymerisationsmodifikationen eignen. Die erfolgreiche kontrollierte radikalische Co-Polymerisation von diesen Monomeren, die nicht-aktivierte Doppelbindungen tragen, mit Vinylacetat und Ethen wurde bei milden Reaktionsbedingungen mit Hilfe eines Kobaltkomplexes (OMRP) durchgeführt. Die Polymerzusammensetzung konnte dabei durch die anfängliche Monomerzusammensetzung oder durch den Druck während der Polymerisation präzise kontrolliert und eingestellt werden. Die Einführung der Carbonatgruppen in Vinylacetat Co-Polymere erlaubte die Synthese von drei unterschiedlichen funktionellen Poly(Vinyl Alkohol) Co-Polymeren. Zudem wurde die kontrolliert radikalische Co-Polymerisation dieser funktionellen Monomere mit Ethen zum ersten Mal durchgeführt. Lineare Ethylen Co-Polymere mit einstellbarem Carbonatgehalt und daher wesentlich veränderten Eigenschaften im Vergleich zu Homopolyethylen konnten erhalten werden. Insbesondere erlaubt die genaue Abstimmung der molekularen Polymerparameter, wie molare Masse und Co-Polymerarchitektur, eine systematische Erforschung der Auswirkungen dieser Parameter auf die Fähigkeit des Co-Polymers als Phasenvermittlungs-Agent zu fungieren. Das Potenzial von Polyethylen Co-Polymeren mit funktionellen Gruppen als Seitenketten als Phasenvermittler wurde für Ethylen/Vinylacetat Co-Polymere veranschaulicht. Zuletzt wurde ein ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen aufgebautes Polymer, basierend auf Stärke und Sonnenblumenöl mit hohem Ölsäureanteil, als Phasenvermittler zwischen Cellulose und stark verzweigtem Polyethylen (LDPE) eingesetzt. Eine verbesserte Dispersion der Cellulose in der LDPE-Matrix wurde rheologisch nachgewiesen, wobei sich die mechanischen Eigenschaften, insbesondere das Elastizitätsmodul, verbesserten. Diese Arbeit möchte somit auch auf die bislang kaum beschriebenen Vorzüge erneuerbarer Rohstoffe in der Synthese von funktionellen Polymeren für Anwendungen in Verbundwerkstoffen aufmerksam machen.