Multifunktionelle Polyether basierend auf Glycidol und aliphatischen Epoxiden

Erberich, Michael; Möller, Martin

doi:999910132742

Multifunktionelle Polyether basierend auf Glycidol und aliphatischen Epoxiden = Multifunctional polyethers based on glycidol and aliphatic epoxides

Erberich, Michael

2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Michael Erberich

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

UmfangIX, 158 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Möller, Martin (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-01-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-39457
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/63014/files/3945.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Polymerisation (Genormte SW) ; Glycidol (Genormte SW) ; Keratine (Genormte SW) ; Faser (Genormte SW) ; Polymere (Genormte SW) ; Chemie (frei) ; Epoxid (frei) ; Keratin (frei) ; Fasern (frei) ; Polymer (frei) ; polymerizatin (frei) ; glycidol (frei) ; epoxide (frei) ; fibre (frei) ; keratine (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung definierter Polymere mit Polyethylenoxid-Rückgrad. Als grundlegendes Monomer dient Glycidol bzw. seine geschützten Derivate. Mit geschützten Glycidolen wie Allylglycidylether, tert.Butylglycidylether und besonders Ethoxyethylglycidylether ist es möglich lineare Polymere zu erhalten und sie im Nachhinein chemisch zu modifizieren. Das erste untersuchte Einsatzgebiet ist das Färben von Keratinfasern und Baumwolle mit Pigmenten. Industriell werden Farbstoffmoleküle in eine Faser eingelagert und eine Färbung durch die möglichst dauerhafte Anbindung dieser Moleküle erreicht. Eine Auftragung auf die Oberfläche birgt grundsätzlich die Gefahr eines zu leichten Herunterwaschens des Farbstoffes von der Faser. Um dieses Problem zu umgehen, wird durch den Einsatz von Allylglycidylether und Ethoxyethylglycidylether als Ausgangsmonomeren ein statistisches Copolymer synthetisiert. Dieses Copolymer wird durch passende Modifikation in ein kationisches Polymer umgewandelt, welches als Haftvermittler zwischen Faser und Pigment dient. Es wird hierbei die allgemeine Haftfähigkeit der eingesetzten Partikel samt Farbstoff auf Humanhaar, Wolle und Baumwolle untersucht, wobei sich herausstellte, dass die Haftung in der Reihenfolge Baumwolle, Wolle, Humanhaar abnimmt. Das zweite Untersuchungsgebiet befasst sich mit der Synthese und dem chemischen bzw. physikalischen Verhalten von Blockcopolymeren. Die verwendeten Blockcopolymere werden aus den Monomeren Ethoxyethylglycidylether und Phenylglycidylether synthetisiert, wobei die Gesamtkettenlänge zwischen 10 und 20 Wiederholungseinheiten beträgt. Kurzkettige Blockcopolymere sind wesentlich leichter löslich und können aufgrund der schnelleren Austauschdynamik als Tenside verwendet werden, um Emulsionen zu stabilisieren. Eine verbesserte Löslichkeit wird durch die Modifikation mit von freien Alkohol-Gruppen zu Carboxymethyl-Gruppen erreicht. Die Stabilisierung von Russpartikeln in wässriger Umgebung konnte in halbtechnischem Massstab nachgewiesen werden. Werden die Blöcke länger und die Konzentration höher, treten verstärkt Wechselwirkungen auf und eine Selbstorganisation wird erwartet. Das wird im dritten Teil ausgenutzt, um eine definierte Struktur auf Oberflächen zu erhalten. Hierzu werden Blockcopolymere aus Ethoxyethylglycidylether und aliphatischen Epoxiden mit (anschließender saurer Hydrolyse) synthetisiert. Die Seitenketten, die durch die aliphatischen Epoxide eingebracht werden, sollen 10, 12, 14 oder 16 Kohlenstoff-Atome lang sein. Das gewährleistet eine ausreichend unterschiedliche Polarität zwischen den Blöcken und ermöglicht gleichzeitig eine potentielle Kristallisation der aliphatischen Seitenkette. In dieser Arbeit werden zylindrische Strukturen gefunden, welche parallel zur Substratoberfläche (Silicium-Wafer) ausgerichtet sind. Im letzten Teil geprüft, ob es möglich ist, in ein lineares Polyglycidol Aldehyd-Gruppen einzubauen. Das Ziel ist die Vernetzung von Polypeptiden mit Polymeren. Bei den hier verwendeten Copolymeren aus Allylglycidylether und Ethoxyethylglycidylether bzw. tert.Butylglycidylether (sowohl als Blockcopolymere wie auch als statistischen Copolymere) wird daher untersucht, ob der Einbau von möglichst vielen Aldehydgruppen erfolgreich ist, um eine hohe Vernetzungsdichte auch bei kleineren Umsätzen zu gewährleisten. Synthetisch wird hier versucht, die Allylseitengruppen der erhaltenen Polymere durch Ozonolyse in Aldehydgruppen zu überführen, sowie durch Veretherung freier OH-Gruppen aus Polyglycidol mit 2-Brommethyl-1,3-dioxolan eine geschützte Aldehyd-Gruppen an die Polyglycidole aufzutragen. Es zeigte sich aber, dass die Synthesen nur bedingt erfolgreich waren.

This work deals with the synthesis of defined polymers with polyethylene oxide backbone. The basic monomer is glycidol and its protected derivatives. Protected glycidols such as allyl glycidyl ether, tert.butyl glycidyl ether and especially ethoxyethyl glycidyl ether give linear polymers which can me modified chemically in a second step. The first area of research with this kind of polymers was dying of keratine fibres and cotton with pigments. In industry, dye molecules are incorporated into a fibre, while the coloring is established by permanent linking of these. If covered to a surface, the dye may be rinsed too easily; to avoid this problem, a statistical copolymer made of allyl glycidyl ether and ethoxyethyl glycidyl ether is taken and modified to a cationic polymer by appropriate methods; the final polymer works as an adhesive between pigment and fibre. The general adhesion to human hair, wool and cotton is investigated, results show that adhesion decreases in the order cotton - wool - hair. The second area of research deals with synthesis and chemophycial behaviour of block copolymers. The used blockcopolymers are synthesized of ethoxyethyl glycidyl ether and phenyl glycidyl ether, with total chain lengths in a range of 10 to 20 repeat units. Short blockcopolymers are easy to dissolve and may be used as surfactants for stabilizing of emulsions. The solubility was increased by modification of free alcohol groups to carboxymethyl groups. Stabilization of carbon black in aqueous medium was shown on semi-industrial scale. Witzh longer blocks and increased concentrations, more and more interactions occur, and self-assembly is expected. This is used in the third area of research, to obtain a defined structure on surfaces. Therefor, block copolymers of ethoxyethyl glycidyl ether and aliphatic epoxides are synthesized (with subsequent hydrolysis). The aliphatic side chains constist of 10, 12, 14 and 16 carbon atoms. Thsi gives a sufficient difference in polarity of the blocks, and the longer side chains are able to crystallize. The found structures in this work are cylinders, which are orientated parallel to the substrate surface (silicium wafers). In the last area, it is investigated if an incorporation of aldehyd groups to a linear polyglycidol is possible. The aim is the linkage of polypeptides to polymers. With the used copolymers (block and random) made of allyl glycidol ether and ethoxyethyl glycidyl ether or tert.butyl glycidyl ether it was tried if as many aldehyd groups as possibel may be generated, to end up with high degree of crosslinking even at low conversions. Synthetically, allyl groups of the polymers were treated with ozon to obtain aldehyde groups, as well as etherification of free OH groups of polyglycidol wit 2-bromomethyl-1,3-dioxolane to yield a protected aldehyde group. It was found, that both reations are not very successful.

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