1 Ziel und Gegenstand der Untersuchungen Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von polaren Olefin-basierten Makromonomeren mit Hilfe von Metallocen-Katalysatoren. Polyolefine stellen eine Gruppe von Polymeren dar, die durch Additive oder chemische Veränderungen modifiziert, eine große Vielfalt von Einsatzmöglichkeiten auf der Basis einfach aufgebauter Monomere bieten. Sie stellen deshalb heutzutage die wichtigste Kunststoffgruppe dar. Ein Nachteil ist jedoch die unpolare Struktur dieser Polymere. Ziel dieser Arbeit war die Homopolymerisation polarer Olefine, um ein funktionalisiertes Polyolefin zu erzeugen, dass zudem auch als Makromonomer einsetzbar ist. Als Katalysatoren wurden im Wesentlichen die klassischen Metallocene auf Zr-Basis eingesetzt, aktiviert mit MAO. Die Makromonomere wurden im Anschluss an die Synthese umfassend charakterisiert. 2 Ergebnisse Zur Synthese wurde das bekannte 10-Undecen-1-ol (Undecenol) eingesetzt. Für eine erfolgreiche Homopolymerisation dieses Monomers ist eine effektive Abschirmung des Katalysators gegenüber der polaren Gruppe zur Minimierung der Deaktivierung des Katalysators zu gewährleisten. Für die Einführung von Schutzgruppen fand Triisobutylaluminium (TIBA) Verwendung. Auf diese Weise konnte erstmalig erfolgreich die Synthese von Polyundecenol mit Metallocen-Katalysatoren durchgeführt werden. Es zeigte sich, dass Undecenol als polares und zugleich sterisch anspruchsvolles Monomer mit der überwiegenden Anzahl der eingesetzten Metallocene schwierig zu polymerisieren ist, was im Vergleich zur Polymerisation von kurzkettigen 1 Olefinen, wie zum Beispiel Propen, anhand von geringen Molmassen (< 2000 g/mol) aber auch geringen Ausbeuten zum Ausdruck kommt. Die erzielten Molmassen der Polyundecenole sind jedoch für die Verwendung als Makromonomer vorteilhaft. Die höchsten Polymerausbeuten ermöglichte der Einsatz von ansa-Metallocenen. Mit dem Katalysator Et[Ind]2ZrCl2 konnten hierbei relative Ausbeuten im Bereich von 50 % bis 60 % bei gleichzeitig geeigneten Molmassen von < 10^4 g/mol erzielt werden. Bei der Verwendung von unverbrückten Metallocenen (bis-Cyclopentadienylkomplexe) sind die Ausbeuten und Molmassen im Vergleich zu den ansa-Metallocenen deutlich reduziert. Die synthetisierten Polyundecenole wurden hinsichtlich ihres Schmelz- und Kristallisationsverhaltens sowie der kristallinen Struktur untersucht und der Zusammenhang mit der Taktizität und der Molmasse der Polymere hergestellt. Die Ergebnisse der DSC und WAXS Untersuchungen lassen darauf schließen, dass für ataktische und isotaktische Polyundecenole eine Seitenkettenkristallisation als primäre Form der Kristallisation vorliegt. Aufgrund des hohen Gehalts von Hydroxylgruppen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen wechselwirken, weist Polyundecenol hohe Schmelztemperaturen auf, im Vergleich mit dem unpolaren Poly(1-Undecen). So besitzt isotaktisches und auch ataktisches Polyundecenol bei vergleichbaren Molmassen eine um rund 80 K höhere Schmelztemperatur als Poly(1-Undecen). Die Wechselwirkung der Hydroxylgruppen wurde mittels FTIR-Spektroskopie nachgewiesen und liegt auch im geschmolzenen Zustand der Polymere vor. Anhand der Ergebnisse von WAXS-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Polyundecenol in smektischen Schichten kristallisiert. Der Abstand zwischen den Hauptketten entspricht etwa zwei vollständig gestreckten Seitenketten des Polymers, welche orthogonal zur Hauptkette angeordnet sind. Diese Schicht-Anordnung wurde unabhängig von Molmasse und Taktizität der Polymere nachgewiesen und lässt die Schlussfolgerung zu, dass die Kristallisation isotaktischer Rückgrat-Ketten gegenüber der Seitenketten-Kristallisation unterdrückt ist. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Taktizität einen Einfluss auf die Kristallisation hat. Polyundecenole mit isotaktischer Hauptkette weisen bei entsprechend langsamer Kristallisation eine Anordnung der Seitenketten in einer monoklinen Packung auf, was als Hinweis auf eine Kristallisation der Hauptkette interpretiert wird, auch wenn diese im Rahmen der Arbeit nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte. Bei Polyundecenolen mit ataktischer Hauptkette ordnen sich die Seitenketten hingegen in einer hexagonalen Packung an, da die Hauptkette nicht in der Lage ist zu kristallisieren. Von besonderer Bedeutung für die Synthese der Polyundecenole waren einerseits die erzielbaren Polymerausbeuten, andererseits aber auch die Einführung geeigneter Endgruppen, welche ausschlaggebend sind für eine Nutzung als Makromonomer. Die Untersuchungen zum Polymerisationsverhalten verschiedener Metallocen-Katalysatoren zeigten, dass im Falle von ansa-Metallocenen sowie einem "CGC"-Komplex Polymere erhalten werden, die vor allem Endgruppen mit internen Doppelbindungen, doppelt- und dreifachsubstituiert, aufweisen. Solche Endgruppen sind jedoch für einen späteren Einsatz der Polymere als Makromonomer ungeeignet. Der Einsatz von unverbrückten Metallocen-Katalysatoren auf Basis der Biscyclopentadienyl-Struktur ermöglicht hingegen die Synthese von Polyundecenol mit einem hohen Anteil endständiger Vinyliden-Endgruppen zu synthetisieren. Die so erreichten Vinyliden-Endgruppenanteile bewegten sich nahezu unabhängig vom Katalysator im Bereich von etwa 85 % bis 90 %. Ein wesentliches Ergebnis der Arbeit stellt die Synthese von Polyundecenol mit Allyl-Endgruppen dar. Dieses wurde durch gezielte Kettenabbruchreaktionen mit Hilfe von Vinylchlorid erreicht. Bei Einsatz des Katalysator MBI konnten Anteile der favorisierten Allyl-Endgruppe von rund 90 % erreicht werden. Somit wurden auf diesem Wege erstmalig erfolgreich Polyundecenol-Makromonomere synthetisiert. Ein Einsatz dieser Polymere in der Copolymerisation mit Propen wurde aber durch geringe Ausbeuten verhindert. Jedoch konnte gezeigt werden, dass der Einsatz von Vinylchlorid die Synthese von Polyundecenol-Makromonomeren ermöglicht.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2003. / Print-Ausg. bei Shaker, Aachen erschienen.

In the thesis some problems concerning fabrication of composites based on present knowledge and author’s own experience have been revealed. The methods of fabrication of the composites take into consideration following operations like size-reduction, agglomeration and compounding (mixing components) in solid (grainy) state to obtain the composite of determined properties assigned for processing operations like injection moulding, extrusion or press moulding. The experiments were made in lab conditions similar to industrial ones. In each of the above mentioned operations very characteristic factors for individual operation have been observed. Those factors for size-reduction, agglomeration, compounding and press moulding have been presented in table 3.8 (column C). There were no procedures to analyze the fabrication of composites made of thermoplastic film wastes and rubber wastes in connection with properties of components in solid (grainy) state before compounding and press moulding by now. Because of specific basic operations the tests were carriedart on special test stands using phaenomenological methods. The results have enabled determination of the most advantegous directions for designing technological lines within the range of utilization of selected plastics and rubber wastes. The results might also be used for designing other constructional- technological solutions which would concern fabrication of composites based on other secondary polymeric materials. / In der Arbeit wurden auf Basis des bisherigen Standes der Technik und der Resultate eigener Arbeiten die mit der Herstellung von Kompositwerkstoffen verbundenen Probleme analysiert. Die gewählte Methodik der Herstellung der Kompositwerkstoffe berücksichtigt die Grundprozesse Zerkleinern, Agglomerieren und Mischen der Komponenten im festen Zustand. Ziel war die Herstellung eines Kompositwerkstoffs mit bestimmten Eigenschaften, der sich durch Spritzgießen, Extrudieren und Pressen verarbeiten lässt. Während der unter praxisnahen Laborbedingungen realisierten Versuche wurden für jeden der o. g. Prozesse die repräsentativsten Einflussfaktoren berücksichtigt. Diese Faktoren für das Agglomerieren, Zerkleinern, Mischen und Pressen wurden näher in der Tabelle 3.8 dargestellt. Bisher gab es einen Mangel an Analyseprozeduren bei der Herstellung der Kompositwerkstoffe aus thermoplastischen Folien und Gummi. Ziel war die Ermittlung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Komponenten im festen (körnigen) Zustand vor dem Misch- und nach dem Pressprozess. Wegen der Eigenart der Grundprozesse wurden die Versuche unter Benutzung phänomenologischer Methoden an speziell vorbereiteten Versuchsständen durchgeführt. Die Resultate der Versuche führten zu Richtlinien zum Entwerfen von technologischen Vorschriften im Bereich des Verwertens der ausgewählten Kunststoff- und Gummiabfälle. Die Resultate der Versuche könnten auch beim Entwerfen anderer technologischer Lösungen genutzt werden, die die Herstellung der Kompositwerkstoffe aus anderen sekundären polymeren Materialien betreffen würden. Es ist bemerkenswert, dass einige Resultate der Arbeit bereits in der industriellen Praxis genutzt werden. Dies betrifft vor allem einen Kompositwerkstoff mit speziellen akustischen Eigenschaften (Werkstoff von bestimmter Impedanz), der sich sehr gut für die Ultraschalltechnik eignet, sowie einen Kompositwerkstoff zur Extrusion von elastischen Kernen bei der Herstellung von Hochdruckschläuchen. Nach Meinung des Verfassers ist es gelungen, die Hypothese zu verifizieren, dass es eine bestimmte, vorteilhafte Menge von Grundprozessen gibt, deren richtige Wahl über die Qualität der erhaltenen Erzeugnisse entscheidet. Bestätigt wird das in einer Tabelle, die die Relationen zwischen den Methoden der Aufbereitung der Komponenten im festen Zustand und den Festigkeitseigenschaften der erhaltenen Kompositwerkstoffe aufzeigt. Die mikroskopischen Beobachtungen der Bruchflächen an der Grenze Matrixmaterial – Gummipulver bestätigen die formschlüssige Einlagerung des Gummimehls in entsprechenden Fraktionen, was die o. g. Festigkeitseigenschaften wesentlich beeinflusst. Unabhängig davon können die in der Arbeit erhaltenen Resultate als Basis für weitere Untersuchungen im Bereich der Analyse von Teilprozessen der Aufbereitung von Kompositwerkstoffen aus sekundären Kunststoffen dienen.

In the thesis some problems concerning fabrication of composites based on present knowledge and author’s own experience have been revealed. The methods of fabrication of the composites take into consideration following operations like size-reduction, agglomeration and compounding (mixing components) in solid (grainy) state to obtain the composite of determined properties assigned for processing operations like injection moulding, extrusion or press moulding. The experiments were made in lab conditions similar to industrial ones. In each of the above mentioned operations very characteristic factors for individual operation have been observed. Those factors for size-reduction, agglomeration, compounding and press moulding have been presented in table 3.8 (column C). There were no procedures to analyze the fabrication of composites made of thermoplastic film wastes and rubber wastes in connection with properties of components in solid (grainy) state before compounding and press moulding by now. Because of specific basic operations the tests were carriedart on special test stands using phaenomenological methods. The results have enabled determination of the most advantegous directions for designing technological lines within the range of utilization of selected plastics and rubber wastes. The results might also be used for designing other constructional- technological solutions which would concern fabrication of composites based on other secondary polymeric materials. / In der Arbeit wurden auf Basis des bisherigen Standes der Technik und der Resultate eigener Arbeiten die mit der Herstellung von Kompositwerkstoffen verbundenen Probleme analysiert. Die gewählte Methodik der Herstellung der Kompositwerkstoffe berücksichtigt die Grundprozesse Zerkleinern, Agglomerieren und Mischen der Komponenten im festen Zustand. Ziel war die Herstellung eines Kompositwerkstoffs mit bestimmten Eigenschaften, der sich durch Spritzgießen, Extrudieren und Pressen verarbeiten lässt. Während der unter praxisnahen Laborbedingungen realisierten Versuche wurden für jeden der o. g. Prozesse die repräsentativsten Einflussfaktoren berücksichtigt. Diese Faktoren für das Agglomerieren, Zerkleinern, Mischen und Pressen wurden näher in der Tabelle 3.8 dargestellt. Bisher gab es einen Mangel an Analyseprozeduren bei der Herstellung der Kompositwerkstoffe aus thermoplastischen Folien und Gummi. Ziel war die Ermittlung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Komponenten im festen (körnigen) Zustand vor dem Misch- und nach dem Pressprozess. Wegen der Eigenart der Grundprozesse wurden die Versuche unter Benutzung phänomenologischer Methoden an speziell vorbereiteten Versuchsständen durchgeführt. Die Resultate der Versuche führten zu Richtlinien zum Entwerfen von technologischen Vorschriften im Bereich des Verwertens der ausgewählten Kunststoff- und Gummiabfälle. Die Resultate der Versuche könnten auch beim Entwerfen anderer technologischer Lösungen genutzt werden, die die Herstellung der Kompositwerkstoffe aus anderen sekundären polymeren Materialien betreffen würden. Es ist bemerkenswert, dass einige Resultate der Arbeit bereits in der industriellen Praxis genutzt werden. Dies betrifft vor allem einen Kompositwerkstoff mit speziellen akustischen Eigenschaften (Werkstoff von bestimmter Impedanz), der sich sehr gut für die Ultraschalltechnik eignet, sowie einen Kompositwerkstoff zur Extrusion von elastischen Kernen bei der Herstellung von Hochdruckschläuchen. Nach Meinung des Verfassers ist es gelungen, die Hypothese zu verifizieren, dass es eine bestimmte, vorteilhafte Menge von Grundprozessen gibt, deren richtige Wahl über die Qualität der erhaltenen Erzeugnisse entscheidet. Bestätigt wird das in einer Tabelle, die die Relationen zwischen den Methoden der Aufbereitung der Komponenten im festen Zustand und den Festigkeitseigenschaften der erhaltenen Kompositwerkstoffe aufzeigt. Die mikroskopischen Beobachtungen der Bruchflächen an der Grenze Matrixmaterial – Gummipulver bestätigen die formschlüssige Einlagerung des Gummimehls in entsprechenden Fraktionen, was die o. g. Festigkeitseigenschaften wesentlich beeinflusst. Unabhängig davon können die in der Arbeit erhaltenen Resultate als Basis für weitere Untersuchungen im Bereich der Analyse von Teilprozessen der Aufbereitung von Kompositwerkstoffen aus sekundären Kunststoffen dienen.

In the thesis some problems concerning fabrication of composites based on present knowledge and author's own experience have been revealed. The methods of fabrication of the composites take into consideration following operations like size-reduction, agglomeration and compounding (mixing components) in solid (grainy) state to obtain the composite of determined properties assigned for processing operations like injection moulding, extrusion or press moulding. The experiments were made in lab conditions similar to industrial ones. In each of the above mentioned operations very characteristic factors for individual operation have been observed. Those factors for size-reduction, agglomeration, compounding and press moulding have been presented in table 3.8 (column C). There were no procedures to analyze the fabrication of composites made of thermoplastic film wastes and rubber wastes in connection with properties of components in solid (grainy) state before compounding and press moulding by now. Because of specific basic operations the tests were carriedart on special test stands using phaenomenological methods. The results have enabled determination of the most advantegous directions for designing technological lines within the range of utilization of selected plastics and rubber wastes. The results might also be used for designing other constructional- technological solutions which would concern fabrication of composites based on other secondary polymeric materials. / In der Arbeit wurden auf Basis des bisherigen Standes der Technik und der Resultate eigener Arbeiten die mit der Herstellung von Kompositwerkstoffen verbundenen Probleme analysiert. Die gewählte Methodik der Herstellung der Kompositwerkstoffe berücksichtigt die Grundprozesse Zerkleinern, Agglomerieren und Mischen der Komponenten im festen Zustand. Ziel war die Herstellung eines Kompositwerkstoffs mit bestimmten Eigenschaften, der sich durch Spritzgießen, Extrudieren und Pressen verarbeiten lässt. Während der unter praxisnahen Laborbedingungen realisierten Versuche wurden für jeden der o. g. Prozesse die repräsentativsten Einflussfaktoren berücksichtigt. Diese Faktoren für das Agglomerieren, Zerkleinern, Mischen und Pressen wurden näher in der Tabelle 3.8 dargestellt. Bisher gab es einen Mangel an Analyseprozeduren bei der Herstellung der Kompositwerkstoffe aus thermoplastischen Folien und Gummi. Ziel war die Ermittlung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Komponenten im festen (körnigen) Zustand vor dem Misch- und nach dem Pressprozess. Wegen der Eigenart der Grundprozesse wurden die Versuche unter Benutzung phänomenologischer Methoden an speziell vorbereiteten Versuchsständen durchgeführt. Die Resultate der Versuche führten zu Richtlinien zum Entwerfen von technologischen Vorschriften im Bereich des Verwertens der ausgewählten Kunststoff- und Gummiabfälle. Die Resultate der Versuche könnten auch beim Entwerfen anderer technologischer Lösungen genutzt werden, die die Herstellung der Kompositwerkstoffe aus anderen sekundären polymeren Materialien betreffen würden. Es ist bemerkenswert, dass einige Resultate der Arbeit bereits in der industriellen Praxis genutzt werden. Dies betrifft vor allem einen Kompositwerkstoff mit speziellen akustischen Eigenschaften (Werkstoff von bestimmter Impedanz), der sich sehr gut für die Ultraschalltechnik eignet, sowie einen Kompositwerkstoff zur Extrusion von elastischen Kernen bei der Herstellung von Hochdruckschläuchen. Nach Meinung des Verfassers ist es gelungen, die Hypothese zu verifizieren, dass es eine bestimmte, vorteilhafte Menge von Grundprozessen gibt, deren richtige Wahl über die Qualität der erhaltenen Erzeugnisse entscheidet. Bestätigt wird das in einer Tabelle, die die Relationen zwischen den Methoden der Aufbereitung der Komponenten im festen Zustand und den Festigkeitseigenschaften der erhaltenen Kompositwerkstoffe aufzeigt. Die mikroskopischen Beobachtungen der Bruchflächen an der Grenze Matrixmaterial - Gummipulver bestätigen die formschlüssige Einlagerung des Gummimehls in entsprechenden Fraktionen, was die o. g. Festigkeitseigenschaften wesentlich beeinflusst. Unabhängig davon können die in der Arbeit erhaltenen Resultate als Basis für weitere Untersuchungen im Bereich der Analyse von Teilprozessen der Aufbereitung von Kompositwerkstoffen aus sekundären Kunststoffen dienen.

In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung einer Reihe monoarylsubstituierter Bisdimethylamino-1-bromo-2-arlydiborane(4) beschrieben. Sowohl die Umsetzung der monoarylsubstituierten Ligandenvorstufen mit einem weiteren Äquivalent Lithium- oder Natriumaryl in einem Ether/Toluol-Gemisch als auch die Umsetzung von 1,2-Dibrom-bis(dimethylamino)diboran(4) mit einem mehrfachen Überschuss Lithium- oder Natriumaryl führte zur Bildung von diarylsubstituierten Diboranen(4). Umsetzung der Ligandenvorstufen mit Lithiumorganylen, wie beispielsweise Li[CH3] oder Li[C4H9] führt zu doppelt deprotonierten Verbindungen. Werden die dilithiierten Verbindungen mit Metallhalogeniden der Gruppe 4 in einem Toluol/Ether-Gemisch umgesetzt, können [2]Borametallocenophane erhalten werden. Von einigen der Verbindungen konnte die Struktur im Festkörper mittels Einkristallstrukturanalyse bestimmt werden. Die Verbindungen zeigen in Lösung ein dynamisches Gleichgewicht, welches durch die Flexibilität der B-B-Brücke ermöglicht wird. Dieses konnte mittels NMR Spektroskopie untersucht werden. Auch die Reaktivität der Verbindungen wurde erforscht. Versuche zur oxidativen Addition von Platin(0) in die B-B-Bindung, wie sie bereits für ähnliche Systeme beschrieben waren, scheiterten. Ebenfalls nicht erfolgreich war der versuchte Austausch der Dimethylaminogruppen an den Bor-Atomen. Di(fluorenyl)substituierte [2]Borametallocenophane zeigen in der Reihe der dargestellten Verbindungen ein einzigartiges Verhalten. Wird die dilithiierte Liganden-Vorstufe bei der Umsetzung mit den Metallhalogeniden der Gruppe 4 Licht ausgesetzt, so lagert sie zum 1,3-Diboretan um. Auch oxidativ kann diese Umlagerung ausgelöst werden. Das Umlagerungsprodukt war von anderen Reaktionen bereits bekannt, konnte im Rahmen dieser Arbeit aber erstmals strukturell charakterisiert werden. Die Dichloroverbindungen der [2]Borametallocenophane können mittels Li[CH3] in die entsprechenden Dimethylkomplexe überführt werden. Damit besteht die Möglichkeit, die Verbindungen nicht nur mit MAO, sondern auch mit alternativen Co-Katalysatoren, wie beispielsweise Tris-(pentafluorphenyl)boran für die Olefinpolymerisation zu aktivieren. Die Aktivierung mittels MAO wurde sowohl mittels NMR- als auch mittels UV/Vis-Spektroskopie bei verschiedenen [Al]/[Zr] Verhältnissen untersucht. Neben den [2]Borametallocenonphanen konnte mit Verbindung [(n5-C29H37)2ZrCl2] das erste Metallocen mit dem neuen OctafluH-Liganden und zwei koordinierenden Arylgruppen dargestellt werden. Um die Polymerisationseigenschaften der Verbindungen zu untersuchen, wurde ein neuer Versuchsaufbau entworfen. Zur Überwachung der Polymerisationen wurde ein Programm entwickelt, was in der Lage war, verbrauchte Gasmenge und Temperatur im Reaktoraufzuzeichnen. Hier wurden die katalytischen Eigenschaften einer Serie von [2]Borametallocenophanen und des dargestellten Metallocens [(n5-C29H37)2ZrCl2] in der Ethen-Homopolymerisation untersucht. Diese Polymere wurden mittels DSC auf ihre thermischen Eigenschaften hin geprüft. Ausgewählte Polymere wurden in Zusammenarbeit mit der LyondellBasell Industries, Basell Polyolefine GmbH, Frankfurt mittels GPC auf ihr mittleres Molekulargewicht und dessen Verteilung hin untersucht. Alle Daten wurden mit denen von industriell verwendeten Katalysatoren und den von Kraft bekannten [1]Borametallocenophanen verglichen. In weiteren Untersuchungen wurde überprüft, in wie weit die Polymerisationsbedingungen, wie beispielsweise das [Al]/[Zr]-Verhältnis, die Temperatur oder der Druck Auswirkungen auf die Eigenschaften des Polymers haben. Eine Reihe von Komplexen wurde überdies in der Ethen/[1]Hexen-Copolymerisation untersucht. Die erhaltenen Copolymere wurden mittels DSC-, GPC-, IR- und NMR- Spektroskopie analysiert. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass eine Reihe neuer Verbindungen dargestellt und charakterisiert werden konnte, wobei insbesondere der neuartige Ligand OctafluH (C29H38) eingesetzt wurde. Die dargestellten [2]Borametallocenophane sind aktive Katalysatoren in der Ziegler-Natta ähnlichen Olefinpolymerisation. Die dargestellten Polymere wurden mittels verschiedener Methoden untersucht. Es zeigte sich, dass [2]Borametallocenophane langkettige Polyolefine und Ethen/1-Hexen Copolymere liefern können. / Based on Krafts work on [1]borametallocenophanes, a various number of monoarylsubstituted bisdimethylamino-1-bromo-2-aryldiboranes(4) were synthesized in the present work. Either the reaction of these monoarylsubstituted compounds with one equivalent of a lithiumaryl in toluene/ether or direct reaction of 1,2-dibromo-bis(dimethylamino)diborane(4) with a large excess of the lithiumaryl leads to the formation of diaryl substituted diboranes(4). Reaction of the ligand precursors with lithium organyls, e.g. Li[CH3] or Li[C4H9] leads to double deprotonation. [2]Borametallocenophanes are accessible via reaction of the dilithiated species with metal halides of Group 4 in toluene/ether. Due to the flexibility of the B-B-bridge, these complexes show dynamic behaviour in solution, which can be monitored by NMR spectroscopy. The solid state structure of some of these complexes could be examined by X-Ray diffraction. The reactivity of the new [2]borametallocenophanes also was reviewed. An oxidative addition reaction of platinum(0) was published for similar systems, but failed in this case. Neither was it possible to substitute the bisdimethylamino-groups bound to the boron-atoms. The prepared di(fluorenyl)substituted [2]borametallocenophanes show a unique feature. If the dilithiated precursor is exposed to visible or UV light during reaction with metal halides of group 4, these complexes rearrange to the 1,3-diboretane. This rearrangement also can be performed oxidatively. The Compound has been previously characterized in solution by multinuclear NMR spectroscopy; its structure in the solid state is now reported for the first time. The [2]borametallocenophanedichlorides can be reacted with Li[CH3], resulting in the corresponding dimethyl complexes. This allows for an alternative activation of the complexes with co-catalysts like tris(pentafluorophenyl)borane, in addition to the common activation with MAO. A model reaction for this alternative activation was performed using K[B(C6F5)4] to obtain a ion pair via chlorine abstraction. The common activation of the metal complexes using MAO was monitored either by NMR- or by UV/Vis-spectroscopy at various [Al]/[Zr] ratios. In addition to the [2]borametallocenophanes, [(n5-C29H37)2ZrCl2] could be prepared. It is the first metallocene with two aryl groups of the new octafluH-ligand (C29H38). To analyse the activity of the compounds in olefin polymerization processes, a new experimental set-up was designed. To control the polymerisation reactions, a Software program was developed, which allowed us to record gas-consumption and temperature in the reactor simultaneously. The catalytic behaviour of a whole series of [2]borametallocenophanes and of compound [(&#951;5-C29H37)2ZrCl2] was studied in ethene homopolymerization. The thermal properties of all produced polymers where analyzed by DSC. The molecular weight distribution of selected examples was studied in cooperation with LyondellBasell Industries, Basell Polyolefine GmbH with GPC analyses. All data where directly compared to reference catalysts and to the [1]borametallocenophanes made by Kraft. The data show, that [2]borametallocenophanes have lower activities than [1]borametallocenophanes, but produce polymers of significantly higher average molecular weight. One can see clear differences throughout the data of the DSC measurements, for instance in the melting point and metling range, or crystallinity of the polymer. The melting points of the polymers obtained from [2]borametallocenophanes and compound [(n5-C29H37)2ZrCl2] are significantly higher than those of the reference catalysts. Additional experiments gave some insight into the relationship between polymerization conditions, e.g. the [Al]/[Zr] ratio, temperature or pressure and the key features of the polymers. It was shown that all these parameters influence the melting point and other specific values of the polymer. Additionally, selected examples were tested in the ethene/1-hexene copolymerization. The copolymers have been analyzed using DSC, GPC, IR and NMR spectroscopy. In conclusion, some new products were prepared and analyzed, in many cases with OctafluH (C29H38) as a substituent. All [2]borametallocenophanes are active catalysts in Ziegler-Natta type olefin polymerization processes. Analyses of the produced polymers revealed that [2]borametallocenophanes can produce long-chain polyethylene and ethene/1-hexene copolymers.

The contamination of foods with hydrocarbon mixtures migrating from food contact materials (FCM) was first observed for jute and sisal bags treated with batching oil in the 1990s. Since the millennium, the focus has shifted to printing inks and recycled cardboard packaging as most recognized sources for hydrocarbon contamination from FCM. Mineral oil containing printing inks can either release hydrocarbons directly from the printing of folding boxes into food or indirectly entering the recycling chain of cardboard material by printed products, such as newspapers. The contamination of dry foods with mineral oil hydrocarbons (MOH) from recycled fiber packaging has been reported to reach up to 100 mg/kg [1]. Using LC-GC-FID technique the MOH were categorized into mineral oil saturated hydrocarbons (MOSH) and mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH). The molecular mass, which is assumed to be toxicological relevant, is derived from the GC retention times of accumulated MOSH in human tissues and is limited to n C16 to n-C35 [2]. MOSH is the most significant contaminant of the human body reaching 1-10 g per person, which is of particular concern since a formation of microgranulomas (causing inflammatory reactions) in the liver was observed in rats fed with saturated hydrocarbons [3]. Furthermore, some MOAH are assumed to be genotoxic analogous to polycyclic aromatic hydrocarbons [3]. In the latest draft of a German ‘Mineral Oil Regulation’ the following limits for the migration of MOH from recycled fiber are proposed: for MOSH C16-20 4.0 mg/kg, MOSH C21-35 2.0 mg/kg and for MOAH 0.5 mg per kg food [4]. Functional barriers reducing the migration of undesirable compounds from recycled cardboards (such as MOH and other contaminants) could be a part of the solution for this issue. Supporting that approach in this study, the boxes of recycled cardboard featuring a barrier layer on the internal surface or an integrated adsorbent available early in 2014 were investigated for their efficiency in reducing migration of mineral oil hydrocarbons into dry food. A practice-oriented one-year storage test was performed with wheat flakes in seven configurations: a box of virgin fibers, two boxes of unprotected recycled cardboard, three cardboards with barrier layers (a flexo-printed polyacrylate layer, a polyvinyl alcohol coating and a multilayer involving polyester) and a cardboard containing activated carbon. The highest migration of MOH (C16-24) was observed in the boxes of unprotected recycled cardboard (MOSH: 11.4 mg/kg, MOAH: 2.4 mg/kg). Of the three investigated barrier layers only two reduced migration of MOH into food below the limits of the 3rd draft of the German mineral oil ordinance (2014) until the end of shelf life. The cardboard box involving active carbon as adsorbent prevented detectable migration of mineral oil hydrocarbons (<0.1 mg/kg). In the case of virgin fiber, which was virtually free of MOH (<1 mg/kg), migration close to the proposed limits was detected (C16-24, MOSH: 1.5 mg/kg, MOAH: 0.4 mg/kg). Therefore, it has been proven that the transport box (corrugated board) substantially contributed to the transfer of MOH into food. Plastic FCM can also release hydrocarbons, such as polyolefin oligomeric hydrocarbons (POH), into food. These POH are of synthetic nature and are formed during the polymerization process of polyolefins (150 – 3000 mg/kg in granulates of homo/hetero polymers involving ethylene and propylene). This group of synthetic contaminants contain also saturated hydrocarbons (POSH) analogous to mineral oils, but contrary no aromatic hydrocarbons. Further, a significant amount (10 – 50%) of monounsaturated hydrocarbons (POMH) was determined in the oligomeric fraction of polyolefins, which are not detectable in mineral oil products. Therefore, these POMH can be used as a marker for POH migration. A method based on two-dimensional high performance liquid chromatography on-line coupled to gas chromatography (on-line HPLC-HPLC-GC) was developed to enable the separate analysis of saturated, monounsaturated and aromatic hydrocarbons in extracts of packaging materials like polyolefins or paperboard and foods, repectively. It is an extension of the HPLC-GC method for MOSH and MOAH [1] using an additional argentation HPLC column, since normal-phase HPLC on silica gel did not preseparate saturated from monounsaturated hydrocarbons. Further, this method and comprehensive two-dimensional GC (GCxGC) was used to investigate the concentration of different oligomer types in polypropylene (PP) and polyethylene (PE) based sealing layers as well as their corresponding granulates. The analyzed sealing layers contained 180-995 mg/kg POSH and 90-435 mg/kg POMH (C16-35). Only in sealing layers involving low-density PE, oxidized polyolefin oligomers as well as cyclic oligomers (alkylated cyclopentanes and hexanes) have been detected. The transfer of POH (C16-35) from the investigated sealing layers into food can be substantial (>50%) and can reach more than 2 mg per kg food. The level of contamination depends on the oligomer content of the sealing layer, the fat content of the food, the processing temperature and the surface-volume ratio. Hot melt adhesives are widely utilized to glue cardboard boxes used as food packaging material. The analysed raw materials of hot melts mainly consisted of paraffinic waxes, hydrocarbon resins and polyolefins. The hydrocarbon resins, functioning as tackifiers, were the predominant source of hydrocarbons of sufficient volatility to migrate via gaseous phase into dry foods. The 18 hydrocarbon resins analyzed contained 8.2-118 g/kg saturated and up to 59 g/kg aromatic hydrocarbons (C16-24). These synthetic tackfier resins, especially the oligomers ≤C24, have been characterized structurally and migration into food was estimated using a food simulant and by the analysis of real food samples. About 0.5-1.5 % of the potentially migrating substances (C16 24) of a hot melt were found to be transferred into food under storage conditions, which can result in a food contamination of approximately 1 mg/kg food in this case. The order of magnitude depends on the absolute amount of potentially migrating substances from the hot melt, the hot melt surface, contact time, amount and type of foods.

1 Ziel und Gegenstand der Untersuchungen Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von polaren Olefin-basierten Makromonomeren mit Hilfe von Metallocen-Katalysatoren. Polyolefine stellen eine Gruppe von Polymeren dar, die durch Additive oder chemische Veränderungen modifiziert, eine große Vielfalt von Einsatzmöglichkeiten auf der Basis einfach aufgebauter Monomere bieten. Sie stellen deshalb heutzutage die wichtigste Kunststoffgruppe dar. Ein Nachteil ist jedoch die unpolare Struktur dieser Polymere. Ziel dieser Arbeit war die Homopolymerisation polarer Olefine, um ein funktionalisiertes Polyolefin zu erzeugen, dass zudem auch als Makromonomer einsetzbar ist. Als Katalysatoren wurden im Wesentlichen die klassischen Metallocene auf Zr-Basis eingesetzt, aktiviert mit MAO. Die Makromonomere wurden im Anschluss an die Synthese umfassend charakterisiert. 2 Ergebnisse Zur Synthese wurde das bekannte 10-Undecen-1-ol (Undecenol) eingesetzt. Für eine erfolgreiche Homopolymerisation dieses Monomers ist eine effektive Abschirmung des Katalysators gegenüber der polaren Gruppe zur Minimierung der Deaktivierung des Katalysators zu gewährleisten. Für die Einführung von Schutzgruppen fand Triisobutylaluminium (TIBA) Verwendung. Auf diese Weise konnte erstmalig erfolgreich die Synthese von Polyundecenol mit Metallocen-Katalysatoren durchgeführt werden. Es zeigte sich, dass Undecenol als polares und zugleich sterisch anspruchsvolles Monomer mit der überwiegenden Anzahl der eingesetzten Metallocene schwierig zu polymerisieren ist, was im Vergleich zur Polymerisation von kurzkettigen 1 Olefinen, wie zum Beispiel Propen, anhand von geringen Molmassen (< 2000 g/mol) aber auch geringen Ausbeuten zum Ausdruck kommt. Die erzielten Molmassen der Polyundecenole sind jedoch für die Verwendung als Makromonomer vorteilhaft. Die höchsten Polymerausbeuten ermöglichte der Einsatz von ansa-Metallocenen. Mit dem Katalysator Et[Ind]2ZrCl2 konnten hierbei relative Ausbeuten im Bereich von 50 % bis 60 % bei gleichzeitig geeigneten Molmassen von < 10^4 g/mol erzielt werden. Bei der Verwendung von unverbrückten Metallocenen (bis-Cyclopentadienylkomplexe) sind die Ausbeuten und Molmassen im Vergleich zu den ansa-Metallocenen deutlich reduziert. Die synthetisierten Polyundecenole wurden hinsichtlich ihres Schmelz- und Kristallisationsverhaltens sowie der kristallinen Struktur untersucht und der Zusammenhang mit der Taktizität und der Molmasse der Polymere hergestellt. Die Ergebnisse der DSC und WAXS Untersuchungen lassen darauf schließen, dass für ataktische und isotaktische Polyundecenole eine Seitenkettenkristallisation als primäre Form der Kristallisation vorliegt. Aufgrund des hohen Gehalts von Hydroxylgruppen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen wechselwirken, weist Polyundecenol hohe Schmelztemperaturen auf, im Vergleich mit dem unpolaren Poly(1-Undecen). So besitzt isotaktisches und auch ataktisches Polyundecenol bei vergleichbaren Molmassen eine um rund 80 K höhere Schmelztemperatur als Poly(1-Undecen). Die Wechselwirkung der Hydroxylgruppen wurde mittels FTIR-Spektroskopie nachgewiesen und liegt auch im geschmolzenen Zustand der Polymere vor. Anhand der Ergebnisse von WAXS-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Polyundecenol in smektischen Schichten kristallisiert. Der Abstand zwischen den Hauptketten entspricht etwa zwei vollständig gestreckten Seitenketten des Polymers, welche orthogonal zur Hauptkette angeordnet sind. Diese Schicht-Anordnung wurde unabhängig von Molmasse und Taktizität der Polymere nachgewiesen und lässt die Schlussfolgerung zu, dass die Kristallisation isotaktischer Rückgrat-Ketten gegenüber der Seitenketten-Kristallisation unterdrückt ist. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Taktizität einen Einfluss auf die Kristallisation hat. Polyundecenole mit isotaktischer Hauptkette weisen bei entsprechend langsamer Kristallisation eine Anordnung der Seitenketten in einer monoklinen Packung auf, was als Hinweis auf eine Kristallisation der Hauptkette interpretiert wird, auch wenn diese im Rahmen der Arbeit nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte. Bei Polyundecenolen mit ataktischer Hauptkette ordnen sich die Seitenketten hingegen in einer hexagonalen Packung an, da die Hauptkette nicht in der Lage ist zu kristallisieren. Von besonderer Bedeutung für die Synthese der Polyundecenole waren einerseits die erzielbaren Polymerausbeuten, andererseits aber auch die Einführung geeigneter Endgruppen, welche ausschlaggebend sind für eine Nutzung als Makromonomer. Die Untersuchungen zum Polymerisationsverhalten verschiedener Metallocen-Katalysatoren zeigten, dass im Falle von ansa-Metallocenen sowie einem "CGC"-Komplex Polymere erhalten werden, die vor allem Endgruppen mit internen Doppelbindungen, doppelt- und dreifachsubstituiert, aufweisen. Solche Endgruppen sind jedoch für einen späteren Einsatz der Polymere als Makromonomer ungeeignet. Der Einsatz von unverbrückten Metallocen-Katalysatoren auf Basis der Biscyclopentadienyl-Struktur ermöglicht hingegen die Synthese von Polyundecenol mit einem hohen Anteil endständiger Vinyliden-Endgruppen zu synthetisieren. Die so erreichten Vinyliden-Endgruppenanteile bewegten sich nahezu unabhängig vom Katalysator im Bereich von etwa 85 % bis 90 %. Ein wesentliches Ergebnis der Arbeit stellt die Synthese von Polyundecenol mit Allyl-Endgruppen dar. Dieses wurde durch gezielte Kettenabbruchreaktionen mit Hilfe von Vinylchlorid erreicht. Bei Einsatz des Katalysator MBI konnten Anteile der favorisierten Allyl-Endgruppe von rund 90 % erreicht werden. Somit wurden auf diesem Wege erstmalig erfolgreich Polyundecenol-Makromonomere synthetisiert. Ein Einsatz dieser Polymere in der Copolymerisation mit Propen wurde aber durch geringe Ausbeuten verhindert. Jedoch konnte gezeigt werden, dass der Einsatz von Vinylchlorid die Synthese von Polyundecenol-Makromonomeren ermöglicht.

The research goal of this work was dedicated to improvement of the properties and enhancement of the application potential of commodity polymer based on polyolefins by choosing different synthesis routes to create new structures and materials. More precisely, the presented study explores different aspects of metallocene and post-metallocene catalyzed olefin polymerization leading to synthesis of novel copolymers and nanocomposites. The first part of this thesis deals with controlled polymerization of α-olefins catalyzed by post-metallocenes. Bis(phenoxyamine) zirconium complexes with [ONNO]-type ligands bearing cumyl (bPA-c) and 1-adamantyl (bPA-a) ortho-substituents were applied. For the polymerization catalyzed by bPA catalyst quasi-living kinetic character is proposed. The bPA catalyst was applied for synthesis of block copolymers by employing the strategy of sequential monomer addition. The blocky structure of the copolymer was successfully achieved and confirmed by NMR techniques. Moreover, the monomodal distribution of molar mass in SEC chromatogram confirmed the absence of homopolymers. In the second part of the work new defined comb-like copolymers (CLC) having a poly(10-undecene-1-ol) (PUol) backbone and densely grafted poly(ε-caprolactone) (PCL) side chains are presented. These copolymers were synthesized in two steps by means of metallocene polymerization followed by ring opening polymerization. Copolymers with varied and adjustable graft length (PCL segments) were synthesized. It was proved that the melting and crystallization temperatures of the CLC correlate with the PCL side chain length, i.e. longer chains result in higher Tm and Tc,o values. The melting enthalpy was found to be asymptotically dependent on the length of PCL side chains. The bulk morphology of the comb-like copolymers is proposed to be lamellar as judged from the TEM micrographs. The third part of the thesis is focused on the synthesis of polypropylene nanocomposites via in situ polymerization. Thereby, organomodified aluminumphosphate with kanemite-type layered structure (AlPO-kan) has been used as novel filler. Melt compounding composites were prepared for comparison purposes to evaluate the influence of in situ synthesis on the dispersion quality of the filler in polymer matrix. Melt compounding of neat AlPO-kan with PP did not lead to formation of nanocomposites. TEM images show macro-composites with the lamellar solid remaining agglomerated. On the contrary, in situ polymerization of propene yielded materials with exfoliated nanocomposite morphology. In XRD, diffractions of the AlPO-kan pilling of layers are not detectable. It can be concluded that the primary existing layers are delaminated. Very fine distribution of the filler in the polypropylene matrix has been impressively demonstrated by TEM.

The contamination of foods with hydrocarbon mixtures migrating from food contact materials (FCM) was first observed for jute and sisal bags treated with batching oil in the 1990s. Since the millennium, the focus has shifted to printing inks and recycled cardboard packaging as most recognized sources for hydrocarbon contamination from FCM. Mineral oil containing printing inks can either release hydrocarbons directly from the printing of folding boxes into food or indirectly entering the recycling chain of cardboard material by printed products, such as newspapers. The contamination of dry foods with mineral oil hydrocarbons (MOH) from recycled fiber packaging has been reported to reach up to 100 mg/kg [1]. Using LC-GC-FID technique the MOH were categorized into mineral oil saturated hydrocarbons (MOSH) and mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH). The molecular mass, which is assumed to be toxicological relevant, is derived from the GC retention times of accumulated MOSH in human tissues and is limited to n C16 to n-C35 [2]. MOSH is the most significant contaminant of the human body reaching 1-10 g per person, which is of particular concern since a formation of microgranulomas (causing inflammatory reactions) in the liver was observed in rats fed with saturated hydrocarbons [3]. Furthermore, some MOAH are assumed to be genotoxic analogous to polycyclic aromatic hydrocarbons [3]. In the latest draft of a German ‘Mineral Oil Regulation’ the following limits for the migration of MOH from recycled fiber are proposed: for MOSH C16-20 4.0 mg/kg, MOSH C21-35 2.0 mg/kg and for MOAH 0.5 mg per kg food [4]. Functional barriers reducing the migration of undesirable compounds from recycled cardboards (such as MOH and other contaminants) could be a part of the solution for this issue. Supporting that approach in this study, the boxes of recycled cardboard featuring a barrier layer on the internal surface or an integrated adsorbent available early in 2014 were investigated for their efficiency in reducing migration of mineral oil hydrocarbons into dry food. A practice-oriented one-year storage test was performed with wheat flakes in seven configurations: a box of virgin fibers, two boxes of unprotected recycled cardboard, three cardboards with barrier layers (a flexo-printed polyacrylate layer, a polyvinyl alcohol coating and a multilayer involving polyester) and a cardboard containing activated carbon. The highest migration of MOH (C16-24) was observed in the boxes of unprotected recycled cardboard (MOSH: 11.4 mg/kg, MOAH: 2.4 mg/kg). Of the three investigated barrier layers only two reduced migration of MOH into food below the limits of the 3rd draft of the German mineral oil ordinance (2014) until the end of shelf life. The cardboard box involving active carbon as adsorbent prevented detectable migration of mineral oil hydrocarbons (<0.1 mg/kg). In the case of virgin fiber, which was virtually free of MOH (<1 mg/kg), migration close to the proposed limits was detected (C16-24, MOSH: 1.5 mg/kg, MOAH: 0.4 mg/kg). Therefore, it has been proven that the transport box (corrugated board) substantially contributed to the transfer of MOH into food. Plastic FCM can also release hydrocarbons, such as polyolefin oligomeric hydrocarbons (POH), into food. These POH are of synthetic nature and are formed during the polymerization process of polyolefins (150 – 3000 mg/kg in granulates of homo/hetero polymers involving ethylene and propylene). This group of synthetic contaminants contain also saturated hydrocarbons (POSH) analogous to mineral oils, but contrary no aromatic hydrocarbons. Further, a significant amount (10 – 50%) of monounsaturated hydrocarbons (POMH) was determined in the oligomeric fraction of polyolefins, which are not detectable in mineral oil products. Therefore, these POMH can be used as a marker for POH migration. A method based on two-dimensional high performance liquid chromatography on-line coupled to gas chromatography (on-line HPLC-HPLC-GC) was developed to enable the separate analysis of saturated, monounsaturated and aromatic hydrocarbons in extracts of packaging materials like polyolefins or paperboard and foods, repectively. It is an extension of the HPLC-GC method for MOSH and MOAH [1] using an additional argentation HPLC column, since normal-phase HPLC on silica gel did not preseparate saturated from monounsaturated hydrocarbons. Further, this method and comprehensive two-dimensional GC (GCxGC) was used to investigate the concentration of different oligomer types in polypropylene (PP) and polyethylene (PE) based sealing layers as well as their corresponding granulates. The analyzed sealing layers contained 180-995 mg/kg POSH and 90-435 mg/kg POMH (C16-35). Only in sealing layers involving low-density PE, oxidized polyolefin oligomers as well as cyclic oligomers (alkylated cyclopentanes and hexanes) have been detected. The transfer of POH (C16-35) from the investigated sealing layers into food can be substantial (>50%) and can reach more than 2 mg per kg food. The level of contamination depends on the oligomer content of the sealing layer, the fat content of the food, the processing temperature and the surface-volume ratio. Hot melt adhesives are widely utilized to glue cardboard boxes used as food packaging material. The analysed raw materials of hot melts mainly consisted of paraffinic waxes, hydrocarbon resins and polyolefins. The hydrocarbon resins, functioning as tackifiers, were the predominant source of hydrocarbons of sufficient volatility to migrate via gaseous phase into dry foods. The 18 hydrocarbon resins analyzed contained 8.2-118 g/kg saturated and up to 59 g/kg aromatic hydrocarbons (C16-24). These synthetic tackfier resins, especially the oligomers ≤C24, have been characterized structurally and migration into food was estimated using a food simulant and by the analysis of real food samples. About 0.5-1.5 % of the potentially migrating substances (C16 24) of a hot melt were found to be transferred into food under storage conditions, which can result in a food contamination of approximately 1 mg/kg food in this case. The order of magnitude depends on the absolute amount of potentially migrating substances from the hot melt, the hot melt surface, contact time, amount and type of foods.