Polybutadien und Butadien enthaltende Copolymere mit gezielt eingebauten vulkanisierbaren Gruppen durch RAFT-Polymerisation

Abstract

Die RAFT-Polymerisation ("Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer") ist eine radikalische Polymerisation, die auf dem Prinzip des degenerativen Kettentransfers basiert. Es können Polymere hergestellt werden, die eine niedrige Dispersität aufweisen und komplexe makromolekulare Strukturen ausbilden. Für die Funktionalisierung von Polymerketten bietet sich die RAFT-Polymerisation ebenfalls an, da idealerweise jede auf diese Art hergestellte Polymerkette eine RAFT-Einheit trägt und so eine vollständige Funktionalisierung gewährleistet ist. Im Fokus dieser Arbeit stand die Funktionalisierung von Polybutadien und 1,3-Butadien enthaltenden Copolymeren mit gezielt eingebauten schwefelhaltigen Gruppen. Dabei wurden zwei verschiedene Ansätze verfolgt: Die α,ω-Funktionalisierung der Polymerketten mittels modifizierter RAFT-Agenzien sowie eine Funktionalisierung entlang der Polymerkette mit Hilfe von speziellen Monomeren. Da diese Polymere in technischen Anwendungen Verwendung finden sollen, standen einfache Synthesen, die sich gut auf den Technikums- und Industriemaßstab übertragen lassen, im Vordergrund. Da es sich bei der RAFT-Einheit auch um eine schwefelhaltige Gruppe handelt, wurden Strategien zur Funktionalisierung der Abgangsgruppe erarbeitet und experimentell untersucht, um so ein α,ω-funktionalisiertes Polymer zu erhalten. Neben klassischen RAFT-Agenzien wurden auch neuartige Makro-RAFT-Agenzien verwendet, bei denen die schwefelhaltige Gruppe während einer Polymerisation in situ angebunden wird. Darüber hinaus konnten erfolgreich Monomere synthetisiert werden, die wegen ihrer styrolähnlichen Struktur und der Ähnlichkeit der Monomere Styrol und 1,3-Butadien in ihrem Polymerisationsverhalten gut mit 1,3-Butadien copolymerisieren und dabei die schwefelhaltige Gruppe entlang der Polymerkette einbauen. Das Hauptaugenmerk weiterer Untersuchungen lag auf den Copolymerisationseigenschaften der Monomere. Dazu wurden umfangreiche Untersuchungen mit Styrol als Modellsystem für 1,3-Butadien durchgeführt und die gewonnenen Erkenntnisse in einer Copolymerisation der funktionalisierten Monomere mit 1,3-Butadien verifiziert. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass sich schaltbare RAFT-Agenzien für die Synthese von Poly(butadien)-block-poly(vinylacetat) eignen, obwohl es sich um zwei Monomere mit stark unterschiedlichen elektronischen Eigenschaften handelt, die in einer konventionellen radikalischen Polymerisation kein Copolymer bilden würden. Aufgrund der Ähnlichkeit der Monomere Vinylacetat und Ethylen eröffnet dies neue Wege in der kontrollierten radikalischen Polymerisation von Polybutadien-block-polyethylen und erweitert so das Spektrum der unpolaren Monomere in der RAFT-Polymerisation zur Herstellung von Blockcopolymeren.