Design von linearen und verzweigten Blockcopolymerarchitekturen mittels anionischer Polymerisation zur Untersuchung des Einflusses auf die Mikrophasenseparation

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit soll die Selbstanordnung komplexer Blockcopolymer-Architekturen sowie die Beeinflussung der Selbstanordnung von linearen Blockcopolymeren durch Additive untersucht werden. Dabei dient die anionische Polymerisation als Werkzeug zur Generierung der verschiedenen Blockcopolymere. Diese Methode ermöglicht ein hohes Maß an Kontrolle bei der Umsetzung von Monomeren hin zu einheitlichen Polymerstrukturen und somit zur Aufklärung von polymeren Struktur-Eigenschaftsbeziehungen. Die synthetisierten Polymere werden hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Größe charakterisiert. Die Mikrophasenseparation der entstandenen Blockcopolymere wird über Mikroskopie und Streumethoden analysiert. Auf Basis der erhaltenen Ergebnisse kann der Prozess der Selbstanordnung untersucht werden. Es kann über das gezielte Design der Mikrostruktur der Blockcopolymere auf eine Krümmung der Grenzfläche für sich ausbildende Morphologien im Zuge der Mikrophasenseparation Einfluss genommen werden. Das so generierte Wissen kann zukünftig den Weg zu neuen Produkten und Anwendungen ebnen. Zu den möglichen kommerziellen Produkten, die auf mikrophasenseparierten Copolymeren beruhen, zählen z.B. die thermoplastischen Elastomere. Neben der stetigen Verbesserung der Produkteigenschaften ist die Umstellung auf Monomere aus nachwachsenden Rohstoffen für die angestrebte Kreislaufwirtschaft essentiell. Somit werden die aufgefundenen Strategien und Syntheserouten auch auf biobasierte Monomere adaptiert.

The scope of this thesis is the analysis of the self-assembly behavior of complex block copolymer architectures, as well as the influence of additives on the self-assembly of linear block copolymers. The used anionic polymerization is a versatile tool to generate different block copolymers. This method allows the synthesis of uniform polymer structures by enabling a high reaction control and is thereby useful in investigating the structure-property-relationship. The thereby synthesized polymers are characterized each by size and composition. Microphase separation is analyzed by microscopy and scattering methods. These results lead to a deeper understanding of the process of self-assembly. It is possible to gain insights in the role of linking points of different polymer architectures on the curvature of the inter material dividing surface of the resulting morphologies and their influence on microphase separation. This fundamental research is helpful to pave the way to new products and applications. Possible commercial products, which rely on the microphase separation of copolymers are i. e. thermoplastic elastomers. Additional to the optimization of existing products a change to monomers from renewable resources is necessary to get to circular economy. The strategies and synthesis can be adapted towards bio-based monomers.