Die vorliegende Arbeit hat die Kombination von Zwillingspolymerisation mit der Isocyanat- und Polyurethanchemie zum Inhalt. Dadurch wird das Verständnis der Zwillingspolymerisation erweitert und neue Ansätze zur Herstellung organisch-anorganischer Hybridmaterialien erhalten. Das Reaktionsverhalten von aminofunktionellen Zwillingsmonomeren gegenüber freien Isocyanaten wird untersucht. Durch Reaktion von 2-(3-Amino-n-propyl)-2-methyl-4H-1,3,2-benzodioxasilin mit unterschiedlichen Mono-, Diisocyanaten und isocyanatfunktionellen Prepolymeren sind Harnstoffderivate bzw. neuartige Prepolymere zugänglich, welche in der Lage sind zu polymerisieren. Die resultierenden Harnstoffe wurden charakterisiert und bezüglich ihrer Fähigkeit eine simultane Zwillingspolymerisation mit 2,2´-Spirobi[4H-1,3,2-benzodioxasilin] einzugehen untersucht. Ein Fokus lag auf der Untersuchung des Verhaltens der dargestellten Prepolymere. Diese wurden systematisch mit unterschiedlichen Polymerisationsparametern betrachtet. Eine Charakterisierung der Polymerisate erfolgte mittels Festkörper-NMR-Experimenten, Elektronenmikroskopie, TGA, sowie Extraktionsversuchen. Eine potenzielle Anwendungsmöglichkeit dieser Prepolymersysteme als Haftvermittler für Holz-Kunststoff-Verbundmaterialien wurde durch mechanische Zugscherversuche aufgezeigt.
Neben der Betrachtung von 2-(3-Amino-n-propyl)-2-methyl-4H-1,3,2-benzodioxasilin-basierten Systemen wurde ein neuartiges aminofunktionelles Zwillingsmonomer, das Tris-furfuryloxy-3-aminopropylsilan erstmals dargestellt und charakterisiert. Eine Umsetzung mit Isocyanaten und isocyanatfunktionellen Prepolymer wurde analog zu den oben genannten Systemen durchgeführt. Mittels Röntgeneinkristallstrukturanalyse wurde die molekulare Struktur des entsprechenden Phenylisocyanat-Adduktes bestätigt. Die kationische Polymerisation der entsprechenden Harnstoffderivate führte zu neuartigen Hybridmaterialien, welche nach Extraktion mittels Festkörper-NMR-Experimenten charakterisiert wurden.:Inhalt
1. Einleitung und Zielsetzung 9
1.1 Einleitung und Motivation 9
1.2 Zielsetzung 10
2. Theoretische Grundlagen 12
2.1 Reaktionsverhalten der Isocyanate 12
2.1.1 Addition von H-aktiven Spezies 12
2.1.2 Allophanat- und Biuretbindungen 13
2.1.3 Dimerisierung und Trimerisierung 14
2.1.4 Thermische Stabilitäten, Reversibilität 15
2.1.5 Blockierung von Isocyanaten 17
2.2 Technisch relevante Vertreter für PU-Komponenten 19
2.2.1 Technisch verwendete Isocyanate 19
2.2.2 Alkohole 20
2.2.3 Prepolymere 21
2.2.4 Umriss einer Struktur- Eigenschaftsbeziehung von Polyurethanen 22
2.3. Modifizierung von Polyurethanen 23
2.3.1 PU Copolymere 23
2.4. Haftvermittler und Lacke auf PU-Basis 25
2.5.1. Mechanische Charakterisierung der Haftfestigkeit 26
2.5 Zwillingspolymerisation 27
2.5.1 Allgemein 27
2.5.2 Simultane Zwillingspolymerisation 28
3. Ergebnisse und Diskussion 30
3.1. Vorversuche zum Verhalten von Zwillingsmonomeren 30
3.1.1 Stabilität von Zwillingsmonomeren gegenüber freien Isocyanaten 30
3.1.2 Verhalten von Zwillingsmonomeren gegenüber substituierten Harnstoffen 33
3.1.3 Reaktion von aminofunktionellen Zwillingsmonomeren mit Monoisocyanat 34
3.1.4 Reaktion von 2-(3-Amino-n-propyl)-2-methyl-4H-1,3,2-benzodioxasilin (APSI) mit Diisocyanaten 41
3.1.5 Erkenntnisse der Voruntersuchungen mit niedermolekularen Isocyanaten 46
3.1.6 Reaktion von 2-(3-Amino-n-propyl)-2-methyl-4H-1,3,2-benzodioxasilin (APSI) mit isocyanathaltigen PU-Prepolymeren 47
3.2. Simultane Polymerisation von APSI-Isocyanat-Addukten mit Spiro 56
3.2.1. Simultane Polymerisation von APSI-p-fluoro-PI-Addukt mit Spiro 56
3.2.2 Polymerisation von APSI-IPDI-PolyTHF-Prepolymer 60
3.2.3 Simultane Polymerisation von APSI-Diisocyanat-Addukt mit Spiro 61
3.2.4 Polymerisation von Zwillingsprepolymeren 64
3.3 Aminofunktionelle Zwillingsmonomere zur Herstellung von neuartigen Polyfurfurylalkohol-Hybridmaterialien 85
3.3.1 Synthese von Tris-furfuryloxy-3-aminopropylsilan (TFAPSI) 85
3.3.2 Polymerisation von Tris-furfuryloxy-3-aminopropylsilan 85
3.3.3 Umsetzungen von Tris-furfuryloxy-3-aminopropylsilan mit Isocyanaten 87
3.3.4 Zwillingspolymerisation der Isocyanat-Addukte von 3-Aminopropyl-tris-furfuryloxysilan 90
4. Zusammenfassung und Ausblick 95
5. Experimenteller Teil 99
5.1 Chemikalien 99
5.2 Geräte 99
5.3 Synthesen 101
5.4 Polymerisationen 109
5.4.1 Polymerisation von APSI-basierten Monomeren 109
5.4.2 Polymerisation von TFAPSI-basierten Monomeren 110
6 Anhang 111
7 Literaturverzeichnis 126
Danksagung 131
Selbstständigkeitserklärung 132
Lebenslauf 133
Publikationen und Posterbeiträge 134
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:79288 |
| Date | 08 June 2022 |
| Creators | Uhlig, Daniel |
| Contributors | Spange, Stefan, Sommer, Michael, Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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