Entwicklung photosensitiver Polymernetzwerke mit Formgedächtniseigenschaften

Jünger, Oliver; Höcker, Hartwig

doi:504

Entwicklung photosensitiver Polymernetzwerke mit Formgedächtniseigenschaften

Jünger, Oliver (Author)

2002 & 2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Oliver Jünger

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2002

UmfangXII, 199 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Prüfungsjahr: 2002. - Publikationsjahr: 2003

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-11-19

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-5041
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/57234/files/03_034.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei) ; Photoaddition (frei) ; Acrylate (frei) ; shape-memory effect (frei) ; Zinnamate (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Polymersystem mit Formgedächtniseigenschaften entwickelt. Die Steuerung des Formgedächtniseffektes erfolgt durch Bestrahlung mit UV- Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Dadurch wird eine reversible Veränderung der Netzwerkdichte in Elastomeren erzielt. Die elastischen Eigenschaften der Materialien werden so gesteuert, daß eine temporäre Form fixiert und anschließend durch Bestrahlung mit UV- Licht einer anderen Wellenlänge die permanente Gestalt der Polymere wiederhergestellt wird. Die Kontrolle der Netzwerkdichte der Elastomere erfolgt durch die lichtinduzierte [2+2]- Cycloaddition der Cinnamatgruppe. Es wird über die Synthese amorpher, kovalent verknüpfter Polyacrylatnetzwerke berichtet, welche durch die Verwendung cinnamatgruppenhaltiger Monomere photoreaktive Gruppen in den Seitenketten enthalten. Die cinnamatgruppenhaltigen Monomere werden durch die Veresterung von Hydroxyalkylacrylaten, bzw. -methacrylaten mit Zimtsäurechlorid gewonnen. Der Aufbau der amorphen, kovalent verknüpften Polyacrylatnetzwerke erfolgt durch freie radikalische Polymerisation in Substanz eines Monomerengemischs aus unterschiedlichen Anteilen an Butylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat (HEMA), cinnamatgruppenhaltigen Monomeren und Poly(propylenglycol)dimethacrylat (Mw = 560) als Vernetzungsreagenz. Zur Quantifizierung der Formgedächtniseigenschaften wird eine Prüfvorrichtung entwickelt, die es ermöglicht, mechanische Eigenschaften von Elastomeren in zyklischen photomechanischen Experimenten zu bestimmen. Formfixierungsraten (Rf) bis zu 50% werden realisiert. Die Formerholungsrate (Rr) beträgt dabei nahezu 100%. Die thermischen und mechanischen Eigenschaften der photosensitiven Netzwerke lassen sich durch die Zusammensetzung der Polymernetzwerke einstellen. Die elastischen Eigenschaften der Netzwerke nehmen durch die Einführung der Cinnamatgruppen stark ab, eine Versteifung der Polymere ist zu beobachten. Die Formgedächtniseigenschaften werden durch den Gehalt der Cinnamatgruppen und durch die Dauer der Bestrahlung gesteuert.

In the present thesis a polymer system with shape-memory properties is developed. The shape-memory effect is triggered by irradiation of the polymer with UV-light with different wavelength. The irradiation causes a reversible change of network density of the elastomer. By that, the elastic properties of the material are changed in a way that the fixing of a temporary shape by UV-irradiation is possible. Irradiation of the fixed sample with another UV-light releases the fixing and the permanent shape of the polymer sample is recovered. Network-density of the elastomers is controlled by the light-induced [2+2]-cycloaddition of cinnamates. The synthesis of amorphous covalently linked polyacrylate networks is reported. Acrylate monomers containing cinnamic acid groups lead to photoreactive groups in polymer side- chains. Those monomers are prepared by esterification of hydroxyalkylacrylates and – methacrylates with cinnamic acid. The amorphous covalently linked polyacrylate networks are prepared by free-radical bulk polymerization of mixtures with different amounts of butylacrylate, hydroxyethylmethacrylate (HEMA), cinnamic acid groups-containing monomers and poly(propyleneglycol)dimethacrylate (Mw = 560) as cross-linker. To quantify the shape-memory properties a measuring method is established, which is able to determine mechanical properties of elastomers in cyclic photomechanical experiments. Shape fixity rates (Rf) up to 50% were realized. The shape recovery rate (Rr) was nearly 100%. Thermal and mechanical properties of the photosensitive networks are controlled by the composition of the polymer networks. The elastic properties of the networks are decreasing with an increasing content of cinnamic acid groups. Stiffening of the polymers is observed. The shape-memory properties are controlled by irradiation time and content of cinnamic acid groups.

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