Dynamic polydimethylsiloxane based polymer composites for functional materials

Abstract

Polymer networks with dynamic covalent bonds show properties and functions not achievable with covalently crosslinked systems. Among of the different polymers connected by dynamic covalent bonds, this Thesis is based on polydimethylsiloxane (PDMS) elastomers prepared via acid-catalyzed ring-opening polymerization of cyclic monomer and cross-link. This reaction presents different dynamic equilibrium reactions, such as polymer-oligomer equilibrium and bond exchange reaction. In this Thesis, I have developed three different functional materials based on acid-catalyzed PDMS. In Chapter 1, the basic concepts of dynamic bond chemistry and the state-of-the-art of dynamic covalent polymer networks are described. In Chapter 2, a new PDMS-based elastomer that can self-grow and self-degrow is presented. Chapter 3 describes how the acid-catalyzed PDMS was used to fabricate a strain sensor that could flexibly post-tailor the sensor properties. In the last part (Chapter 4), a gas-flow enhanced relaxation behavior observed in CB/dPDMS composite is described.

Polymernetzwerke mit dynamischen kovalenten Bindungen zeigen besondere Eigenschaften und Funktionen, die mit kovalent vernetzten Systemen nicht erreichbar sind. Diese Arbeit befasst sich mit Polydimethylsiloxan (PDMS) -Elastomeren, die durch säurekatalysierte Ringöffnungspolymerisation von cyclischem Monomer und Quervernetzung hergestellt werden. In dieser Reaktion sind verschiedene dynamische Gleichgewichte beteiligt, z.B. das Polymer-Oligomer-Gleichgewicht und die Bindungsaustauschreaktion. In dieser Arbeit wurden drei verschiedene funktionelle Materialien auf der Basis von säurekatalysiertem PDMS entwickelt. In Kapitel 1 werden die Grundkonzepte der dynamischen Bindungschemie und der Stand der Technik dynamischer kovalenter Polymernetzwerke beschrieben. In Kapitel 2 wird ein neues PDMS-basiertes Elastomer vorgestellt, das Selbstwachstum und Selbstabbau zeigt. Kapitel 3 beschreibt, wie ein säurekatalysiertes PDMS verwendet wurde, um einen Dehnungssensor herzustellen, dessen Sensoreigenschaften nachträglich flexibel anpassbar sind. Im letzten Teil (Kapitel 4) wird eine Verbesserung des Relaxationsverhaltens durch einen Gasfluss beschrieben, das in DB/dPDMS-Verbundwerkstoffen beobachtet wird.