Albrecht Dix

Entwicklung neuartiger Polymermaterialien auf der Basis von PMMA/Poly(alkylacrylat) Blockcopolymeren

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät II der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 27.09.2007

Abstract
Gegenstand dieser Arbeit war die Synthese von Blockcopolymeren der Zusammensetzung Poly(methylmethacrylat) (PMMA)/Poly(ethylacrylat) (PEA) und PMMA/Poly(n-butylacrylat) (PnBA) mit dem Ziel der Entwicklung neuer Polymermaterialien. Dabei sollte durch Anwendung einer kontrolliert radikalisch ablaufenden Polymerisationsmethode (ATRP) wohldefinierte Polymerarchitekturen variabler Struktur hergestellt werden. Diese sollten hinsichtlich ihres Verzweigungsgrades (Drei- bzw. Sternblockcopolymer), der Zusammensetzung (Blocklängenverhältnisse PMMA/PEA bzw. PMMA/PnBA) aber auch der Gesamtmolmasse variiert werden. Trotz hoher Molmassen von bis zu 2000 kg/mol konnten hierbei engverteilte Blockcopolymere (Mw/Mn < 1,5) erhalten werden.
Die Blockcopolymere wurden hinsichtlich ihrer molekularen (SEC-LS, 1H-NMR) und thermischen Eigenschaften (DSC) untersucht. An ausgewählten Proben wurde zudem durch AFM die das Phasenverhalten der Blockcopolymere charakterisiert. Dabei wurde für PnBA/PMMA-Blockcopolymere in guter Übereinstimmung mit der Literatur das Auftreten von sphärischen und lamellaren Morphologien in dem dafür typischen Zusammensetzungsbereich festgestellt.
Ein weiteres wesentliches Ziel dieser Arbeit war es zudem die PMMA/Poly(alkylacrylat)-Blockcopolymere auf ihre Verwendbarkeit als technisch einsetzbare Polymermaterialien hin zu untersuchen. Hierfür wurden Zugspannungs-Dehnungs-Untersuchungen durchgeführt. Neben der Untersuchung der reinen Blockcopolymere hinsichtlich ihres Werksto_verhaltens war auch deren Wirksamkeit als Blendkomponente von Interesse. Daher wurden Polymerblends aus der industriell hergestellten Plexiglas R Formmasse 7N (Degussa/Röhm GmbH) und PMMA/Poly(alkylacrylat)-Sternblockcopolymeren hergestellt. Zur Charakterisierung der Blends hinsichtlich ihrer Schlagzähigkeit kam der instrumentierten Kerbschlag-Biege-Versuches (IKBV) zum Einsatz.

Subject of this work was the synthesis of block copolymers consisting of either Poly(methyl methacrylate) (PMMA)/Poly(ethylacrylate) (PEA) or PMMA/Poly(n-butylacrylate) (PnBA). The aim was the development of new polymeric materials. By the use of a controlled radical polymerization method (ATRP) well defined polymer architectures were to be obtained. The degree of branching (tri or star-block copolymer), the composition (ratio PMMA/PEA or PMMA/PnBA) and the total molecular weight were varied. It was aimed to obtain narrow molecular weight distributions (Polydispersity (PD) < 1,5) despite the high molar masses of up to 2000 kg/mol.
The produced samples were to be analyzed in regard to their molecular (SEC-LS, 1H-NMR) and thermal properties (DSC). Microphase separation was confirmed by means of AFM on selected samples. The occurrence of spherical and lamellar structures was found for the PMMA-PnBA-PMMA tri- and star-block copolymers at the expected values of the composition.
Furthermore a substantial goal for this work was to examine the obtained block copolymers towards an potential use as polymeric materials. This was done by stress-strain experiments. Besides the mechanical properties of the pure block copolymers their e_ectiveness as component in a polymer blend was of high interest. Therefor these were blended with the commercial PMMA Plexiglas R Formmasse 7N (Degussa/Röhm GmbH). The ability to improve the impact resistance was investigated by the means of the instrumented Charpy impact test.

Keywords:
PMMA, PnBA, PEA, Sternblockpolymere, Dreiblockpolymere, ATRP, Schlagzähigkeit, instrumentiertes Kerbschlag-Biegeversuch, Mikrophasenseparation, Polymerblends

PMMA, PnBA; PEA, star-block copolymers, triblock copolymers, ATRP, impact resistance, instrumented charpy impact test, microphase separation, polymer blends

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis (I-VIII)
1 Einleitung und Problemstellung (1-2)
2 Theoretischer Teil (3-30)
3 Ergebnisse und Diskussion (31-111)
4 Experimenteller Teil (112-120)
5 Zusammenfassung (121-125)
6 Summary (126-129)
Literaturverzeichnis (i-x)
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