Neuartige Phasenseparierte Block Copolymere

Block Copolymere sind Makromoleküle, welche aus Sequenzen chemisch einheitlicher Wiederholungseinheiten aufgebaut sind. Für den Fall dass Blöcke innerhalb eines Block Copolymers nicht mischbar sind tritt sogenannte Mikrophasenseparation auf Dieses Verhalten führt zur Ausbildung von hochgeordneten Mikrostrukturen im Nanometerbereich. Thermoplastische Elastomere sind nun Polymere welche aus Tri- oder Multiblockcopolymeren bestehen, welche aus nichtmischbaren Blöcken aufgebaut sind. Die wichtigste Eigenschaft dieser Gruppe von Polymeren ist ihr elastisches Verhalten bei Raumtemperatur verbunden mit thermischer Verarbeitbarkeit bei höheren Temperaturen. Zumeist ist die maximale Gebrauchstemperatur dieser Materialien mit 150 C limitiert. Das vorliegende Projekt befasst sich mit der Synthese und Untersuchung der Mikrophasenstruktur von thermoplastischen Elastomeren auf Basis von Polyaryletherketonen (PEEK), Poyarylethersulfonen (PES) und Polyisobutylen (PIB). Diese Materialien lassen eine erhöhte Temperaturstabilität erwarten. Zwei unterschiedliche Ansätze sollen in Angriff genommen werden: (a) Die Verknüpfung von PEEK/PES und PIB Blöcken über chemische Bindung und (b) die Assoziation von PEEK/PES Blöcken mit PIB Blöcken über Wasserstoffbrückenbindungen. Die lebende kationische Polymerisation von Isobutylen, welche durch Titantetrachlorid oder Bortrichlorid mit geeigneten Initiatoren vermittelt wird erlaubt die Massschneiderung von telechelen PIB- Blöcken mit definierten Endgruppen. Auf der anderen Seite ergeben Polykondensationsmethoden mit spezifischen Endstoppermolekülen PEEK/PES Blöcke mit definierten Endgruppen. Die Kombination beider funktionellen Telechele (PEEK/PES und PIB) erfolgt dann einerseits durch chemische Bindung der reaktiven Endgruppen oder durch Assoziation über Wasserstoffbrückenbindungen. Die starke Interaktion zwischen den PEEK/PES Blöcken sowie den PIB Blöcken untereinander sollte zu einer Verstärkung der Wechselwirkung und einer zusätzlichen Stabilisierung sowie Mikrophasentrennung führen. Die hochauflösende Festkörper NMR Spektroskopie (HRMAS) wird ein wesentliches Instrument zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der erhaltenen Polymere sowie deren Mikrophasenstruktur sein. Spin Diffusion nach erfolgter selektiven Magnetisierung erlaubt einen detaillierten Rückschluss auf Phasengrössen und Interphasenbereiche. Der Zusammenhang zwischen Mikrophasenstruktur, chemischer Zusammensetzung sowie der Blocklänge der Polymere soll in Relation zu mechanischen Eigenschaften gesetzt werden.

Das vorliegende Projekt befasste sich mit der Herstellung neuartiger Materialien, einerseits als Werkstoffe, andererseits als nanostrukturierte dünne Schichtmaterialien. Beide Gebiete bewegen sich im Bereich der Kunststoffchemie, auch Polymerchemie genannt, und trachten danach, die Materialeigenschaften ausgehend von der molekularen Struktur der Bausteine masszuschneidern. Dazu ist die Synthese von sogenannten Makromolekülen erforderlich, also Bausteinen mit einem Molekulargewicht das ähnlich gross wie das von Proteinbausteinen ist. Im Rahmen dieses Projektes wurden einerseits spezifische Interaktionen in dieses Makromoleküle eingebaut, andererseits nanometergrosse Bausteine (Nanopartikel) an diese Polymerbausteine angebunden. Daraus wurden Materialien hergestellt, die sogenannte thermoplastische Materialeigenschaften besitzen - also bei niedrigen Temperaturen als belastbarer Festkörper, bei hohen Temperaturen als formbares, also weiches Material vorliegen. Die Materialien wurden einerseits als Bulk-Struktur dargestellt, und die Mikrostruktur genau untersucht. Andererseits wurden auch dünne Schichten hergestellt, und deren Struktur untersucht. Aufgrund der Reversibilität definierter, schwacher Bindungen in diesen Materialien besitzen diese Anwendungsbereiche in der Mikroelektronik sowie für die Konstruktion neuartiger, hochbelastbarer Werkstoffe.