Vitrimere Polymere

Das Innovationsteam B7 hat es sich zum Ziel gesetzt, die vitrimere Qualität in Materialien zu integrieren, indem es metallfreie latente Katalysatorsysteme entwickelt, die bei hohen Temperaturen aktiviert werden. Diese Strategie zielt darauf ab, effiziente Recyclingprozesse zu ermöglichen, ohne die inhärenten Eigenschaften der Polymere zu beeinträchtigen. Unser Hauptaugenmerk liegt auf Polyestern und Polyesteramiden, die in verschiedenen Anwendungen wie Strukturmaterialien, Fasern oder Kabelisolierungen weit verbreitet sind. Durch die Feinabstimmung der Aktivierungsenergie während des Wiederaufbereitungsschritts mittels Steuerung der katalytischen Aktivität wollen wir ein Umfeld schaffen, in dem diese Materialien ohne nennenswerte Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften wiederaufbereitet und recycelt werden können, was wiederum mehrere Lebenszyklen ermöglicht. Darüber hinaus erforschen wir Wiederaufbereitungsmethoden mithilfe von 3D-Drucktechnologie, die die Herstellung komplexerer duroplastischer Konstruktionen durch extrusionsbasierten Druck ermöglicht und damit neue Wege für fortschrittliche Materialanwendungen eröffnet.

Latente vitrimerische Umwandlung von Polyestern: gekappte Amine und N-heterocyclische Carbene als ausgelöste Katalysatoren

Wir arbeiten an latenten Katalysatoren für eine thermisch ausgelöste Veresterung in Polyester-Vitrimeren, die einen ausgelösten dynamischen Bindungsaustausch ermöglichen und somit eine vielseitige Plattform für wiederaufbereitbare Polyester bieten. Die blockierten Katalysatoren, wie beispielsweise N-heterocyclische Carbene (NHC–CO₂) und das organische Aminsalz Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-en (TBD)-methansulfonsäure (MSA), TBD:MSA, sind unter Betriebsbedingungen inaktiv, werden jedoch bei erhöhter Temperatur oder unter Scherbeanspruchung aktiv und ermöglichen so einen ausgelösten, reversiblen kovalenten Bindungsaustausch. Die Katalysatoraktivierung wurde in Modellreaktionen validiert, wobei sich das Salz TBD:MSA als hervorragender Kandidat zur Förderung der Umesterung bei 150 °C mit Aktivierungsenergien von 34–36 kJ·mol–1 erwies, wie durch Schmelzrheologie in einem Vitrimer aus Poly(2-hydroxyethyl)acrylat (PHEA, Mn = 68,7 kDa) und Dimethylglutarat (DMG). Mechanische Tests bestätigten, dass sowohl die ursprünglichen (E = 0,03 MPa) als auch die wiederaufbereiteten (E = 0,11 MPa) Proben ihre Zugfestigkeitseigenschaften beibehielten, was eine effiziente Recyclingfähigkeit belegt. Im Gegensatz dazu ermöglichte das blockierte N-heterocyclische Carben (NHC–CO₂) nur eine einmalige Auslösung der Aktivierung, was auf dauerhaft vernetzte Strukturen nach seiner anfänglichen katalytischen Aktivität hindeutet.

Ausführliche Informationen dazu finden Sie unserer Publikation.