Dipl.-Chem. Ingmar Polenz

Neuartige Radikalische Polymerisation von Vinylmonomeren über eine Iminbase / Isocyanat-vermittelte Initiierung

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Kurzfassung in Deutsch

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung einer neuartigen Initiierungsmethode zur Polymerisation von Vinylmonomeren über die Kombination von gewöhnlichen organischen Isocyanaten und Iminbasen. Der radikalische Charakter dieses Polymerisationstyps wurde durch Copolymerisationsexperimente verifiziert. Mit verschiedenen Iminbase / Isocyanat-Kombinationen als Initiatoren wurde die Homopolymerisation von diversen (Meth)-Acrylaten, Styrol, Acrylnitril und Methacrylnitril untersucht. Parameter, wie die Brutto-Polymerisationsgeschwindigkeitskonstante und die Aktivierungsenergie wurden ermittelt und Aussagen zur Polymerisation getroffen. Über die Auswertung von Massenspektren niedermolekularer Polymer-Proben wurden Vermutungen zum ablaufenden Initiierungsmechanismus abgeleitet. Das Anwendungspotential dieser Methode wurde in Hinblick auf die Synthese diverser Polymerarchitekturen untersucht. Neben der Oberflächenpolymerisation an funktionalisierten Kieselgel-Partikeln mittels „grafting-from“ wurden neuartige Block- und Kammpolymer-Strukturen hergestellt und analysiert. Zudem wurde die durch reine Iminbasen vermittelte Polymerisation von (Meth-)Acrylaten untersucht. Ferner wird der positive Einfluss der Zugabe katalytischer Mengen Ionischer Flüssigkeiten auf beide Systeme gezeigt und diskutiert.

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Schlagwörter
(Deutsch)
Iminbase, Isocyanat, (Meth-)Acrylate, Homopolymerisation, Iminbase-Isocyanat-Addukte, Ionische Flüssigkeit, Oberflächenpolymerisation, Kammpolymere, NMR-Spektroskopie, Massenspektrometrie, Konzentrations-Zeit-Beziehungen, Molmassen-Umsatz-Verlauf, Gelpermeationschromatographie, Brutto-Polymerisationsgeschwindigkeitskonstante, Aktivierungsenergie, Blockcopolymere, IR-Spektroskopie, Copolymerisationsdiagramm
Schlagwörter
(Englisch)
imin base, isocyanate, methacrylate, homopolymerization, imine base / isocyanate adducts, Ionic Liquids, surface polymerization, comb polymers, nmr spectroscopy, mass spectrometry, concentration vs. time and MN vs. conversion plots, SEC, brutto polymerization rate constant, activation energy, block copolymers, IR spectroscopy, copolymerization graph
SWD SchlagworteFT-IR-Spektroskopie, Protonen-NMR-Spektroskopie, Copolymerisation, Aktivierungsenergie, Isocyanate, Gelchromatographie, Ionische Flüssigkeit, MALDI-MS, Elektronensprayionisations-Massenspektrometrie, Radikalische Polymerisation, Molmassenverteilung, Molekülmasse
DDC Klassifikation540
DDC Klassifikation541
DDC Klassifikation542
DDC Klassifikation543
Institution(en) 
HochschuleTU Chemnitz
FakultätFakultät für Naturwissenschaften
ProfessurPolymerchemie
BetreuerProf. Dr. Stefan Spange
GutachterProf. Dr. Stefan Spange
Prof. Dr. Michael Mehring
DokumententypDissertation
SpracheDeutsch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)06.12.2011
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung17.02.2012
Veröffentlichungsdatum (online)24.02.2012
persistente URNurn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-84166
InhaltsverzeichnisABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 6
1 EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG 10
1.1 Einleitung 10
1.2 Motivation und Zielsetzung 13
2 ALLGEMEINER TEIL UND THEORETISCHE GRUNDLAGEN 15
2.1 Grundlagen der freien radikalischen Polymerisation 15
2.2 Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP), Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization (RAFT) und Nitroxide Mediated Radical Polymerization (NMP) als Beispiele für kontrollierte radikalische Polymerisationen 25
2.3 Theorie zur Copolymerisation von Vinylmonomeren 34
2.4 Applikation von Ionischen Flüssigkeiten bei der radikalischen Polymerisation 43
3 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 49
3.1 Iminbase/Isocyanat-vermittelte (IBI) Polymerisation von Vinylmonomeren 49
3.1.1 Empirische Befunde und Klassifizierung der IBI-Systeme 50
3.1.2 Ergebnisse zu den IBI-Polymerisationen mit unmittelbarem Verbrauch der Initiator- Komponenten (Typ A) 58
3.1.3 Verwendung der Iminbase–Isocyanat-Addukte zur Polymerisation von MMA 70
3.1.4 Ergebnisse der Polymerisationen mit Typ B IBI-Kombinationen 78
3.1.5 Bestimmung und Auswertung kinetischer Parameter der IBI-Polymerisation 85
3.1.6 Studien zum Initiierungsmechanismus durch die Iminbase/Isocyanat-Kombination 102
3.2 Iminbasen-(Meth-)Acrylat-induzierte (IBA) Polymerisation 124
3.2.1 Phänomenologische Untersuchungen zur IBA-Polymerisation 124
3.2.2 Kinetik der IBA-Polymerisation und mechanistische Studien 129
3.3 Beschleunigung beider Polymerisationstypen über die Zugabe katalytischer Mengen Ionischer Flüssigkeit 143
3.3.1 Untersuchungen zur Wechselwirkung von Ionischen Flüssigkeit mit den Reaktanden mit Hilfe der ATR-FT-MIR-Spektroskopie 144
3.3.2 Ergebnisse zu den IL-katalysierten IBI-Polymerisationen 151
3.3.3 Ergebnisse zu den IL-katalysierten IBA-Polymerisationen 162
3.4 Applikation der neuartigen Polymerisationssysteme zur Blockcopolymerisation 171
3.4.1 Oberflächenpolymerisation an Siliziumdioxid-Partikeln 172
3.4.2 Blockcopolymer-Synthese mit Typ A IBI-Oligomeren 186
3.4.3 Kammpolymer-Synthese über die Anwendung der IBI- bzw. IBA-Methode 192
4 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 200
5 EXPERIMENTELLER TEIL 208
5.1 Verwendete Geräte 208
5.2 Verwendete Chemikalien 210
5.3 Details zur Berechnung der Copolymerisationsparameter, Beladungen und Pfropfgrade 210
5.4 Synthesen und Polymerisationen 213
5.4.1 Allgemeine Vorgehensweise und Ergebnisse bei den Homo- und Copolymerisationen 213
5.4.2 Synthese der Iminbase–Isocyanat Addukte 222
5.4.3 Synthese der funktionalisierten Siliziumdioxid-Partikel und deren
Oberflächenpolymerisation 236
5.4.4 Abspaltung von kovalent gebundenem PMMA mittels Dimethylsulfat / NaOCH3 242
5.4.5 Vorgehensweise bei der Verwendung der Spritzenpumpen-Apparatur 246
5.4.6 Synthese und Charakterisierung der organischen Blockcopolymere 247
6 LITERATURVERZEICHNIS 253
7 ANHANG 264
7.1 Kristallographische Daten zu den ermittelten Strukturen 264
7.2 Weiterführende Details zu den durchgeführten Konzentrations-Zeit-Beziehungen 278
7.2.1 Iminbase / Isocyanat-vermittelte (IBI) Polymerisation 278
7.2.2 Iminbase-(Meth-)Acrylat-vermittelte (IBA) Polymerisation 302
7.3 Fineman und Ross Beziehungen und Copolymerisationsdiagramme 314
7.4 Nachtrag zu den konzentrationsbezogenen IR-Messungen 322
DANKSAGUNG 324
SELBSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG 327
LEBENSLAUF 328
LISTE AN VERÖFFENTLICHUNGEN 329

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