Synthese ß-Cyclodextrin-basierter Polyrotaxane zur Herstellung selbstheilender Beschichtungen

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der erstmaligen Synthese von Polyrotaxanen mit nativem beta-Cyclodextrin mittels der von Wenz et al. entwickelten rotaxa- Polymerisation sowie deren Modifikation und Weiterverarbeitung zu einem „slide-ring material“ (SRM). Während für die klassische Polyrotaxansynthese mindestens drei Reaktionsschritte notwendig sind, wurde diese hier in einer einstufigen Reaktion durchgeführt. Dabei erfolgten sowohl die Herstellung der Polymerkette als statistisches Copolymer mit Stopper als auch das Auffädeln der Makrozyklen im selben Reaktionsschritt. So konnten erstmals binäre und ternäre Polyrotaxane mit nativem beta-Cyclodextrin sowohl durch freie als auch durch kontrollierte radikalische Polymerisation hergestellt werden. Die Charakterisierung der Polyrotaxane erfolgte über ihre Zusammensetzung, wobei der Fokus auf dem Cyclodextrinanteil, der Molmasse und der Struktur der Polymerkette lag. Für die Weiterverarbeitung der Polyrotaxane mussten die Hydroxylgruppen des nativen beta-Cyclodextrins zusätzlich modifiziert werden. Hierzu wurden hauptsächlich Veresterungen mit Carbonsäureanhydriden und Vinylestern durchgeführt. Dabei konnten sowohl alle Hydroxylgruppen des aufgefädelten Cyclodextrins zugleich als auch nur einzelne Positionen umgesetzt werden. Die anschließend durch Vernetzung mit Diisocyanat hergestellten Beschichtungen wurden systematisch mit Kratzern versehen, welche durch thermische Behandlung des Materials erfolgreich wieder geheilt werden konnten.