Polybutadien und Butadien enthaltende Copolymere mit kontrollierter Kettenstruktur mittels RAFT-Polymerisation
Polybutadiene and Butadiene containing copolymers with a controlled chain structure via RAFT-polymerization
by Björn Springer
Date of Examination:2011-07-06
Date of issue:2012-05-24
Advisor:Prof. Dr. Philipp Vana
Referee:Prof. Dr. Philipp Vana
Referee:Prof. Dr. Michael Buback
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Abstract
English
Reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization has received great scientific and industrial attention, due to its versatility in producing well-defined complex macromolecular architectures with low polydispersities and controlled molecular weight. In this thesis the RAFT-polymerization of 1,3-Butadiene is examined. Furthermore copolymerisation of 1,3-butadiene both with n-butylyl acrylate and isoprene was carried out in solution in order to obtain high molecular weight polymer with a controlled chain structure and targeted rheological properties. Therefore a suitable experimental setup was developed and is presented in detail. In addition, radical polymerisations of styrene in the presence of carbon black were investigated in order to achieve optimized reaction conditions for RAFT-polymerization from the surface of carbon black particles. Suitable functionalized RAFT agents were developed and tested due to their capability of promoting a good reaction control and a feasible anchorage mechanism via the leaving group using the Diels-Alder reaction. The modification of the carbon black particles can be carried out in a one or two step synthesis resulting in different loading densities of the RAFT agent. The quantity of RAFT agent and the amount of polymer anchored on the surface of the carbon black particles were verified via thermogravimetric analysis. The molecular weight distribution of the resulting polymer and the proof of the living characteristics of the RAFT-polymerization was verified via size exclusion chromatography (SEC).
Keywords: RAFT-polymerization; 1; 3-butadiene; polybutadiene; styrene; n-butyl acrylat; radical polymerization; coplymers; carbon black
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Der degenerative
Kettenübertragungsmechanismus der RAFT-Polymerisation ermöglicht
einen vielseitigen Aufbau von makromolekularen Strukturen mit einer
geringen Polydispersität. Deshalb findet diese Form der lebenden
radikalischen Polymerisation eine immer stärkere Beachtung bei
industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen. In dieser Arbeit
wurde die RAFT-Polymerisation von 1,3-Butadien näher untersucht.
Darüber hinaus wurden Copolymerisationen von 1,3-Butadien mit
n-Butylacrylat und Isopren in Lösung durchgeführt, um Polymere mit
gezielten rheologischen Eigenschaften herzustellen. Aus diesem
Grund wurde ein geeigneter experimenteller Aufbau entwickelt. Die
Anforderungen an den Autoklaven und die technischen Spezifikationen
werden im Detail beschrieben. Zusätzlich wurden konventionelle
radikalische Polymerisationen von Styrol in Gegenwart von Ruß
durchgeführt, um optimale Reaktionsbedingungen für eine
erfolgreiche RAFT-Polymerisation von der Rußoberfläche zu
bestimmen. Neuartige RAFT-Agenzien wurden entwickelt und
synthetisiert, welche eine gute Kontrolle der RAFT-Polymerisation
garantieren und eine Verankerung über die Abgangsgruppe mittels
einer Diels-Alder Reaktion ermöglichen. Die Modifizierung der
Rußpartikel wurde hierbei über einen einstufigen oder zweistufigen
Prozess realisiert, wodurch die Beladungsdichte des RAFT-Agens
variiert werden konnte. Die quantitative Anbindung des RAFT-Agens
und die Anzahl der Polymerketten an der Rußoberfläche wurden mit
Hilfe der thermogravimetrische Analyse verifiziert. Die Bestimmung
der Molekulargewichtsverteilung des Polymers und die Bestätigung
des lebenden Charakters der RAFT-Polymerisation von der
Rußoberfläche erfolgt mit Hilfe der Größenausschlusschromatographie
(GPC).
Schlagwörter: RAFT-Polymerisation; 1; 3-Butadien; Polybutadiene; Styrol; n-Butylacrylat; radikalische Polymerisation; Copolymere; Ruß