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Doktorarbeit

Polarmodifikation von Butadienkautschuk mit Polyethylenglykol

Mabel Braun (01/2002-01/2002)

Zusammenfassung

Die Darstellung von polarmodifizierten Polybutadienen durch Reaktion von lebenden Polybutadienylanionen mit endfunktionalisierten Polyethylenglykolen (PEG) wurde untersucht. Hierzu wurden zwei unterschiedlichen Typen endfunktionalisierter Polyethylenglykole synthetisiert. Bei der Copolymersynthese waren Reaktionssystem und Reaktionsstrategie durch die gewünschte Anwendung bestimmt. Um in Kautschukmischungen für Reifen zur Verbesserung der Kautschuk-Füllstoff-Wechselwirkung eingesetzt werden zu können, sollten die Polybutadiene einen hohen Anteil an 1,4-Vernüpfungen haben. Die Modifikation mit den funktionalisierten PEG sollte mittels einfacher und kostengünstiger Reaktionen erfolgen.

Zunächst wurde die Reaktion von PEG mit substituierbarer Endgruppe mit Polybutadienyl-lithium betrachtet. Dazu wurden PEG mit Chlor-, Iod- und Sulfonsäureester-Endgruppen eingesetzt. Letztere Endgruppen waren unter den gegebenen Bedingungen nicht für eine Polarmodifikation des PB geeignet. Mit den halogenfunktionalisierten Polyethylenglykolen wurden Kopplungsgrade von bis zu 50 % d. Th. erreicht. Auftretende Nebenprodukte konnten mittels Flüssigchromatographie unter kritischen Bedingungen (LACCC) und deren Kopplung mit der Größenausschlusschromatographie (GPC) analysiert und so der Reaktions-ablauf aufgeklärt werden. Die Einfachheit der Reaktion begründet ein industrielles Interesse, aufgrund des Reaktionsmechanismus ist jedoch eine vollständige Reaktion mit lebenden Polybutadienylanionen nicht möglich.

Als Alternative wurde eine Kopplungsreaktion von Polybutadienyllithium mit PEG mit nicht homopolymerisierbarer Doppelbindung betrachtet. Hierfür wurden PEG mit 1,1-Diphenyl-ethylen- (DPE) und Benzophenon-Endgruppe hergestellt. Bei der Reaktion mit dem DPE-funktionalisierten Polyether wurden zahlreiche Nebenprodukte gefunden. Die Modifikation mit benzophenonfunktionalisierten PEG führte zu Produkten mit einem Polyetheranteil von bis zu 67 % d. Theorie. Auch bei dieser Reaktion wurden Nebenprodukte beobachtet, deren Bildung mittels LACCC/GPC aufgeklärt werden konnte. Durch Veränderung einiger Parameter kann dieser Reaktionstyp kontrollierbarer gemacht werden und kann so eine interessante Methode zur Darstellung von Blockcopolymeren oder verzweigten Polymeren aus Dienen und Polyethylenglykolen darstellen.

Im Rahmen einer Industriekooperation wurden unter Verwendung chlorfunktionalisierter PEG mehrere modifizierte Polybutadiene in Mengen von je 500 g hergestellt. Diese wurden vom Kooperationspartner in reifentypischen Kautschukmischungen umgesetzt. Die mechanischen Eigenschaften dieser Mischungen und der daraus erhaltenen Vulkanisate wurden mit typischen Methoden bestimmt. Ein ausgeprägter Einfluss des eingebrachten PEG-Anteils auf die Eigenschaften der Vulkanisate konnte aufgrund der geringen Menge Polyethylenglykol bezogen auf die Gesamtmischung nicht festgestellt werden.

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