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Polymerchemie

In-situ Untersuchung übergangsmetallkatalysierter Polymerisationsprozesse

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Ein wichtiger industrieller Zweig der Polyolefinherstellung ist die katalytische Polymerisation von Olefinen. Durch das Design der aktiven Spezies dieser Katalyse können Materialeigenschaften des Polymers gesteuert werden. Die katalytisch aktive Spezies wird durch die Aktivierung von Übergangsmetallkomplexen gewonnen. Methylaluminoxan (MAO) stellt hierbei einen wichtigen Vertreter der Aktivatoren dar. Obwohl MAO seit vielen Jahren zur Polyolefinherstellung genutzt wird, ist die Struktur von MAO und dessen Einfluss auf die Aktivierung der Übergangsmetallverbindung wenig bekannt. Im Rahmen des MAO Robots Projekts dient die Kleinwinkelstreuung als Werkzeug der Strukturaufklärung des MAOs. Durch in situ Messungen mit Neutronenkleinwinkelstreuung und Kernresonanzspektroskopie sollen die Einflüsse des MAOs auf die katalytische Polymerisationsprozesse untersucht werden.

 

Polymer-Kolloid-Komposite

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Polymer-Kolloid Komposite lassen sich als Kern-Schale Teilchen herstellen, die aus einem harten, anorganischen Kern und einer weichen Polymerschale bestehen. Eine neu von uns entwickele "grafting to"-Technik ermöglicht beispielsweise die Funktionalisierung von Silica-Nanopartikeln mit Polymeren, die über anionische Polymerisation hergestellt wurden. In dem zweistufigen Prozess werden die Nanopartikel zuerst mit multifunktionellen Chlorsilanen modifiziert. Die so entstandenen Chlorsilangruppen dienen im darauf folgenden Schritt dazu, um die anionisch hergestellten Polymere mit den noch aktiven Kopfgruppen auf der Nanopartikeloberfläche zu verankern. Beide Reaktionsschritte verlaufen ohne irreversible Partikelaggregation. Die mit der neuen Technik zu erzielende Polymerkettendichte liegt bei etwa 1 Kette pro nm2 Partikeloberfläche und entspricht der gängiger kontrolliert radikalischer "grafting to"-Techniken. Ausserdem eröffnet die neue Technik Zugang zu Kompositen, die über kontrolliert radikalische Methoden nicht hergestellt werden können, wie beispielsweise Komposite auf Polydienbasis oder solche mit sehr hochmolekularen Polymeren.

 

Ringpolymere

PCRing.pngDifferences in hydrodynamic volumes after ring closure using the GPC profile.

Die physikalischen Eigenschaften eines Polymers werden nicht nur von der Art der Monomere und dem Polymerisationsgrad beeinflusst, sondern ebenfalls von der Architektur der Polymere. Unter der Vielzahl von verschiedenen Architekturen nehmen die Ringpolymere eine Sonderstellung ein. Während alle anderen Strukturen freie Kettenenden besitzen,  sind diese bei Ringpolymeren nicht vorhanden. Dadurch ist die Dynamik der Polymerketten grundsätzlich verschieden von den Prozessen, die bei linearen oder verzweigten Ketten auftreten.

PCRing1.pngSynthesis strategy for the production of ring polymers

Obwohl Makrozyklisierung als Nebenreaktion in vielen Polymerisationen und Polykondensationen auftritt, ist die gezielte Synthese von Ringpolymeren weniger verbreitet. Unser Ziel ist die Herstellung  thermisch stabiler Ringpolymere in hoher Reinheit, kontrolliertem Molekulargewicht und enger Molekulargewichtsverteilung. Die verwendete Synthesestrategie beruht auf der Herstellung von α,ω-heterodifunktionalisierten Polymeren durch anionische Polymerisation und anschließendem intramolekularem Ringschluss unter hoher Verdünnung. Durch chemische Modifikation der Kettenenden der nichtcyclisierten linearen Ketten sollen diese leichter vom Ringpolymer abgetrennt werden können.

Supramolekulare Polymere

Supra_DE.pngBildung eines supramolekularen (a) Polymers und (b) Netzwerkes

Supramolekulare Polymere sind Polymere, deren Bausteine durch relativ schwache intermolekulare Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen, Ionenbindungen oder Metall-Ligand-Wechselwirkungen zusammengehalten werden. Ihre reversiblen Bindungen erlauben Störungen in der Struktur selbständig zu reparieren. Der Erfolg dieser Selbstheilung hängt von verschiedenen Faktoren ab. Einer dieser Faktoren ist die Selbstorganisation. Nur wenn entsprechende Bindungsmotive zueinander „passen“, kann eine Reparatur erfolgreich erfolgen.

Textfeld: Bildung eines supramolekularen (a) Polymers und (b) NetzwerkesEine Herausforderung besteht in der Synthese von Endgruppen-funktionalisierten Monomeren. Das Polymergerüst, auf Basis von Polyethylenoxid (PEO) oder Polybutylenoxid (PBO), wird mit Wasserstoffbrückenbildenden Gruppen so erweitert, dass die Endgruppen reversible Bindungen ausbilden können. Auf diesem Wege werden supramolekulare Polymere, aber auch Netzwerke hergestellt (siehe Abbildung).


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