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Doktorarbeit

Kinetische Untersuchungen zur Synthese von Blockcopolymeren mit Methacrylatsegmenten durch neue anionische Polymerisationssysteme

Herbert Königsmann (01/2001-01/2001)

Johannes-Gutenberg-Universität Mainz

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei anionische Polymerisationssysteme mit schneller Reaktionskinetik (t1/2 << 1 s) im Strömungsrohr-Reaktor auf ihre Eignung zur Synthese von Di- und Triblockcopolymeren mit (Meth)acrylatphase untersucht. Hierbei handelt es sich zum einen um ein "metallfreies" System mit dem sterisch anspruchsvollen Bis(triphenylphosphoranyliden)-ammonium-Kation (PNP) zur Synthese von (Meth)acrylaten bei moderaten Temperaturen (-20 ≤ T ≤ 20 °C) in Tetrahydrofuran (THF) als Lösungsmittel, während im anderen Fall die Synthese von Polymethylmethacrylat (PMMA) und Blockcopolymeren mit PMMA-Endblock in Gegenwart des Liganden Lithium-2-methoxyethoxid (LiOEM) in Toluol bei hohen Monomerkonzentrationen in einem ähnlichen Temperaturbereich untersucht wurde.

Das PNP-Initiatorsystem ist zur lebenden und kontrollierten Polymerisation von Methacrylaten mit engen Molekulargewichtsverteilungen in THF bis zu Temperaturen von 0 °C geeignet. Die Polyme­risation von MMA verläuft deutlich schneller als bei Verwendung des Vorgängersystems mit Tetra-phenylphosphonium-Kationen (TPP); ein sich einstellendes Gleichgewicht zwischen polymeri­sationsaktiven Ionenpaaren und "schlafenden" Ylidstrukturen liegt hier stärker auf der Seite der aktiven Spezies, was durch NMR-spektroskopische Untersuchungen und quantenchemische Berechnungen gestützt wird. Verbleiben Metallkationen (Li+) im Reaktionssystem, so findet eine vollständige Änderung des Polymerisationsverlaufs statt, die Polymerisationsrate fällt um ca. 2 Größenordnungen und man erhält breite, multimodale Molekulargewichtsverteilungen; Lithium-Enolate stellen nun die polymerisationsaktive Spezies dar. Die Polymerisation von Acrylaten wie n-Butylacrylat (NBA) und 2-Ethylhexylacrylat (EHA) gelingt nur unkontrolliert und nicht lebend, so daß die Synthese von Polymethacrylat-b-Polyacrylat-Copolymeren nicht möglich ist. Massen­spektroskopische Untersuchungen weisen im Fall der Acrylate auf einen komplizierten Reaktions­mechanismus mit verschiedenen Abbruch- und Übertragungsreaktionen hin.

Die Polymerisation von Methylmethacrylat in Toluol mit Lithium-2-methoxyethoxid als Additiv ist auch bei hohen Monomerkonzentrationen (20 %) und moderaten Mischtemperaturen (Tm < 0 °C) noch kontrolliert durchführbar und damit für industrielle Anwendungen geeignet. Die Synthese von Polybutadien-b-PMMA- und Polystyrol-b-Polybutadien-PMMA-Copolymeren im Strömungsrohr-Reaktor ist möglich, die Effektivität des Wechselschritts von Polybutadien zu PMMA beträgt im Durchschnitt jedoch nur ca. 50 %. Untersuchungen verschiedener Reaktionsparameter, wie z.B. der Endfunktionalisierung des Polybutadiens mit 1,1-Diphenylethylen, der Temperatur während der Verkappung und der MMA-Polymerisation und der Güte der eingesetzten Reagenzien, geben keine eindeutigen Hinweise auf mögliche Ursachen dieses Phänomens. MALDI-TOF-Massenspektren des Precursors deuten auf die Ausbildung von stabilen Aggregaten oder Abbruch während der ersten Anlagerungsschritte hin.

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