Mechanophore in selbstheilenden Polymeren: Einfluss der mechanischen Aktivierung von Bindungen auf die Selbstheilung von Polymeren

• Antragsteller: Dr. Martin Hager
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398304946

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene mögliche Mechanophore für die Integration in intrinsisch selbstheilende Polymere untersucht. Diese selbstheilenden Polymere basieren auf reversiblen kovalenten sowie supramolekularen Polymeren. Für die Integration in reversible Polymernetzwerke wurden hierbei drei Hauptklassen an möglichen Mechanophoren untersucht. Das Grundprinzip dieser Mechanophore waren Donor-Akzeptorsysteme, welche in die reversiblen Bindungen integriert werden sollen. Hierbei wurden zunächst Imine basierend auf Donor-Akzeptor-Bausteinen untersucht. Es konnten hier farbige Oligomere hergestellt werden. Diese Oligomere bzw. die zugrundelegenden Bausteine konnten allerdings nicht in die angestrebten Polymernetzwerke (z.B. Polymethacrylate) eingebunden werden, da deren Stabilität nicht ausreichte bzw. keine polymerisierbaren Gruppen eingeführt werden konnten. Weiterhin wurden Diels-Alder und Alder-en Systeme auf Basis der Triazolinedione untersucht. Hier hat sich gezeigt, dass die Stabilität des freien ungebundenen Triazolinediones nicht ausreicht und die auftretenden Nebenreaktionen die optische Auswertung der Reversibilität zu stark einschränken würden. Die vielversprechendsten Systeme basierten auf der reversiblen Michael-Addition zwischen einem Akzeptor und Thiolen. Zwar konnten die grundlegenden Systeme nicht mit anderen Chromophoren Einheiten modifiziert werden, aber mittels Raman Spektroskopie konnte die reversible Michael Addition sehr gut verfolgt werden. Polymere basierend auf dieser reversiblen Vernetzung zeigen zusätzlich zur Selbstheilung auch noch Formgedächtnisverhalten. Durch Korrelation der Raman-Spektroskopie mit mechanischen Untersuchungen konnten sowohl Austausch- als auch Dissoziationsreaktionen nachgewiesen werden. Zusätzlich zum Design der Bindungseinheiten, konnte auch die detaillierte Charakterisierung von selbstheilenden Polymeren im Rahmen des Projektes vorangebracht werden. Hierbei konnten verschiedene Ansätze untersucht werden, die die Rissheilung quantifizierbar machen. Weiterhin konnte auch die Heilungskinetik verfolgt werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A novel approach for the quantification of scratch healing of polymers. Polymer Testing, 90, 106699.
  Abend, Marcus; Tianis, Lukas; Kunz, Clemens; Zechel, Stefan; Gräf, Stephan; Müller, Frank A.; Schubert, Ulrich S. & Hager, Martin D.
  
• Quantification of the scratch-healing efficiency for novel zwitterionic polymers. NPG Asia Materials, 12(1).
  Dahlke, Jan; Kimmig, Julian; Abend, Marcus; Zechel, Stefan; Vitz, Jürgen; Schubert, Ulrich S. & Hager, Martin D.
  
• In-depth characterization of self-healing polymers based on π–π nteractions. Beilstein Journal of Organic Chemistry, 17, 2496-2504.
  Meurer, Josefine; Hniopek, Julian; Ahner, Johannes; Schmitt, Michael; Popp, Jürgen; Zechel, Stefan; Peneva, Kalina & Hager, Martin D.
  
• The time-dependency of the healing behavior of laser-scratched polymer films. Polymer Testing, 100, 107264.
  Abend, Marcus; Zechel, Stefan; Tianis, Lukas; Kunz, Clemens; Enke, Marcel; Dahlke, Jan; Gräf, Stephan; Müller, Frank A.; Schubert, Ulrich S. & Hager, Martin D.
  
• Thiol‐ene Reaction as Reversible Covalent Bond for the Design of Shape‐Memory Polymers. Macromolecular Materials and Engineering, 308(8).
  Shohraty, Farhad; Hniopek, Julian; Meurer, Josefine; Zechel, Stefan; Schmitt, Michael; Popp, Jürgen & Hager, Martin D.