Polyurethanes based on polyacrylate-soft segments and PU-hard segments for cosmetic application

• Polyurethane auf der Basis von Polyacrylate-Weichsegmenten und PU-Hardsegmenten für kosmetische Anwendung

Couthouis, Justine; Möller, Martin (Thesis advisor); Pich, Andrij (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2016)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Seit Beginn der 50er Jahre sind Hairstyling-Produkte in ständiger Entwicklung; viele Polymere wurden eingesetzt, um Kunden zufriedenzustellen. Heutzutage müssen Hairstyling-Produkte der gewünschten Frisur einen natürlichen Halt geben. Die neuen Herausforderungen für Chemiker sind Hairstyling-Polymere zu entwickeln, die dem Haar Halt und Flexibilität verleihen. Das in den USA in Kraft getretene Gesetz über flüchtige organische Verbindungen (VOC: Volatile Organic Compounds) bringt Einschränkungen für die Herstellung von Hairstyling-Formulierungen. Polyurethane auf der Basis von Polyester-Diolen oder Polyether-Diolen sind von Interesse wegen der hohen Flexibilität der Frisur und der Möglichkeit diese in niedrigen VOC-Formulierungen einzusetzen. Polyacrylate sind ebenfalls bemerkenswert aufgrund ihrer guten Wechselwirkung mit Haar und dem daraus resultierenden Halt der Frisur.Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung und der Charakterisierung von neuen Polyurethanen auf der Basis von Polyacrylaten. Die Dissertation ist aus drei Hauptteilen aufgebaut: Synthese von hydroxytelechelen Polyacrylaten, Herstellung von Polyurethanen auf der Basis der synthetisierten Polyacrylate und Performanz dieser Polyurethane auf Haar.Für die Synthese von hydroxytelechelen Polyacrylaten wurden zwei unterschiedliche Methoden zur kontrollierte radikalische Polymerisationen ausgewählt: (i) Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) und (ii) Single Electron Transfer-Living Radical Polymerization (SET-LRP). Weiterhin wurden zwei unterschiedliche polymeranaloge Reaktionen untersucht: (i) nucleophile Substitution (NS) und (ii) Click-Reaktion. Methylacrylat (MA) und Methylmethacrylat (MMA) wurden als Monomere verwendet; Methyldichloracetat (MDCA), Ethyldibromoacetat (EDBA) und in einigen Fällen 2-Hydroxyethyl-2-bromisobutyrat (HEBIB) als bifunktionelle Initiatoren benutzt. NS wurden mit n-Butylamin, 2-Methylamino-1-ethanol und 3-Amino-1-propanol durchgeführt; Propargylalkohol wurde für Click-Reaktionen mit Azid-Telechelen getestet. Um die Qualität der Telechele zu bestimmen wurden MALDI-TOF Endgruppen-Analysen durchgeführt. Die beste Route zu hydroxytelechelen Polyacrylaten beruht auf einer Reaktions-Sequenz bestehend aus SET-LRP von MA mit HEBIB als Initiator gefolgt von einer NS der Brom-Endgruppen durch Azid und nachfolgender Click-Reaktion mit Propargylalkohol als Eintopfreaktion durchgeführt. Es wurden hydroxytelechele PMAs mit einem Molekulargewicht von 2000 g/mol und einer Bifunktionalität von 83 Mol-% erhalten.Polyurethane (PU) auf der Basis von hydroxytelechelen PMAs wurden durch sukzessive Zugabe von Diisocyanaten und entsprechenden Diaminen hergestellt. Isophorondiisocyanat (IPDI), 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat) (HMDI) und 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) wurden als Diisocyanate verwendet. Hohe Molekulargewichte der PU sind ein Beweis für den hohen Grad der Bifunktionalität der hydroxytelechelen PMAs die als Ausgangsstoffe benutzt wurden: z.B. ein PU auf der Basis von PMA, IPDI und IPDA hatte ein Molekulargewicht von 44500 g/mol mit einer Verteilung von 3,5.PUs auf der Basis von PMA, IPDI und IPDA wurden auf Haar appliziert, um die Eigenschaften der neuen Produkte zu bestimmen und mit traditionellen PU basierend auf Polyether- (Poly(THF)) oder Polyester- (Poly(ε-Caprolacton))Diolen zu vergleichen. Die Wechselwirkung der PU basierend auf PMA mit Haar scheint intensiver zu sein und führt zu steiferen Haarfasern als die anderer PU. Durch Erhöhung des Molekulargewichts der PU wird das Waschvermögen des Endproduktes schlechter, der Halt des Stylings jedoch besser.