Thermoreversible Netzwerke aus Cellulosederivaten

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen eine umfangreiche Substanzbibliothek cellulosischer Diene anzulegen. Hierzu wurden Cellulose, Hydroxyethylcellulose und Hydroxypropylcellulose mit Furan-basierten Dienen umgesetzt und durch Variation der Reaktionsbedingungen der Substitutionsgrad an Dien-Substituenten eingestellt. Durch die Umsetzung der restlichen Hydroxygruppen des cellulosischen Rückgrats mit Säurechloriden, -anhydriden oder Isocyanaten wurde die Prozessierbarkeit des Polymers erhöht und dessen Eigenschaften, wie Löslichkeit, thermische Stabilität oder Beschaffenheit, beeinflusst. Als Vernetzer wurden organische Bismaleinimide mit unterschiedlichen Spacern gewählt und deren Reaktivität in Diels-Alder Reaktionen verglichen. Zudem ist es erstmals gelungen, cellulosische Dienophile zu synthetisieren. Zur Untersuchung der Netzwerkbildung bzw. -auflösung mittels Diels-Alder bzw. retro Diels-Alder Reaktion wurden UV-Spektroskopie, Rheologie und Nanoindentierung erfolgreich angewendet. Die Fähigkeit zur Selbstheilung dieser Systeme konnte anhand der thermischen Ausheilung eines zuvor zerbrochenen Formkörpers bewiesen werden.

In the scope of this work, a substance library of cellulosic dienes was synthesized. For that purpose, cellulose, hydroxyethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose were reacted with furan-based dienes. By varying the conditions of these reactions the degree of substitution of the dienic functional group was modified. The remaining hydroxyl groups of the cellulosic backbone were reacted with acid chlorides, anhydrides or isocyanates in order to achieve a processable product. Furthermore, the properties of the polymer, like solubility, form or stability, can be influenced by this procedure. Organic bismaleimides with various spacers were chosen as cross-linkers and their reactivity in Diels-Alder reactions were compared to each other. Moreover, the synthesis of cellulosic dienophiles was developed. To monitor the cross-linking and the decoupling due to the Diels-Alder and the retro Diels-Alder reaction respectively UV spectroscopy, nano indentation and rheology were successfully applied. To confirm the self-healing ability of the systems, a sample pellet was broken and thermally re-mended by Diels-Alder and retro Diels-Alder reaction.