Nachhaltige Materialien auf Basis von Cyclodextrinen für Korrosionsschutz und selbstheilende Beschichtungen

Abstract

In dieser Arbeit wurden nachhaltige Materialien auf Basis von Cyclodextrinen hergestellt. Dafür sollten dünne Schichten auf Kupfer aufgebracht werden, um es vor degradativen Einflüssen wie der Oxidation zu schützen. Zur Herstellung dieser Monoschichten konnte die sogenannte „Self-Assembly“ (Selbstanordnung) Methode angewendet werden. Neben Cyclodextrin-Derivaten konnte ein Disulfid auf Kupfer abgeschieden werden, was bereits bei geringer Abscheidekonzentration Eigenschaften wie Barriereschichten zeigte. Daneben konnte über die Selbstanordnung von Cyclodextrinen auf einem Polymerrückgrat Polyrotaxane mit nachhaltigen Eigenschaften erhalten werden. Zur Herstellung konnte die rotaxa-Polymerisation durchgeführt werden. Diese ist eine freie radikalische Eintopfpolymerisation in Wasser. Es konnte erfolgreich die Anzahl der Ringe auf dem Polymerrückgrat gesteuert und gezielt verringert werden. Zudem konnte durch Wahl eines geeigneten Reglers die Quervernetzung des eingesetzten Monomers 2,3-Dimethyl-1,3-butadien unterdrückt werden. Durch Kupplung der aufgefädelten Ringe konnte ein Netzwerk gebildet werden. Nach Einfluss von Hitze ist dieses Netzwerk in der Lage Kratzer selbst zu heilen. In diese sogenannte Slide-Ring Gele konnten auch modifizierte Nanopartikel eingearbeitet werden, was die Schichthärte erhöht, aber das Nanokompositsystem nicht bei der Selbstheilung gestört hatte.

In this work, sustainable cyclodextrins based materials were produced. Self-Assembly is a powerful tool to create ordered systems such as monolayers or polyrotaxanes. Applied as thin (mono)layers on copper, they enabled extended resistance against external influences such as oxidation. For the preparation of these monolayers with high controllability self-assembly was used. In addition to cyclodextrin derivatives, a disulfide was successfully deposited on copper, which showed resistances such as barrier layers even at low concentrations. For the synthesis of the polyrotaxanes the water based free radical one-pot rotaxa-polymerization was used. The number of rings on the polymer backbone was successfully controlled and reduced in order to allow better network formation when applied as a coating. In addition a suitable regulator suppressed the crosslinking of the monomer 2,3-dimethyl-1,3-butadiene. Coatings based on this polyrotaxanes embedded thermal induced healing of scratches. The combination with modified nanoparticles resulted in nanocomposites that combined superior self-healing abilities with extended layer hardness.