Co-polyesteramides of different microstructures : synthesis, properties and fiber spinning

• Co-Polyesteramide verschiedener Mikrostrukturen : Synthese, Eigenschaften und Faserspinnen

Gupta, Manisha; Möller, Martin (Thesis advisor); Pich, Andrij (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen, 2016

Kurzfassung

Unter dem synthetischen bioabbaubaren Polymeren stellen aliphatische Polyesteramide(PEA) eine neue Klasse von Hochleistungspolymeren dar, die die Eigenschaften vonaliphatischen Polyestern und Polyamiden verbinden. In dieser Arbeit wurden aliphatischePEA unterschiedlicher Mikrostrukturen synthetisiert, zum einen über einen Batch-Schmelz-Polykondensationsprozess und zum anderen über einen kontinuierlichenreaktiven Extrusionsprozess, und Morphologie und Eigenschaften untersucht. Der erste Teil dieser Arbeit fokussiert auf die Darstellung einer Serie von PEAinsbesondere Poly(ε-caprolacton-co-ε-caprolactam)-Copolymeren, wobei der reaktive Extrusionsprozess genutzt wurde. Die Copolymere wurden durch anionische ringöffnende Polymerisation von ε-Caprolactam in einer Poly(ε-caprolacton)-Schmelze dargestellt. Der Prozess wurde in einem zwei Schrauben-Mikromischer durchgeführt dabei wurde eine quantitative Umsetzung des Monomers erreicht. Der erfolgreichen Synthese im kleinen Maßstab folgte ein Up-Scaling, das in einem Laborextruder durchgeführt wurde und durch Simulationsrechnungen mittels desProgramms MOREX unterstützt wurde, das es erlaubt, die Residenzzeit derPolymerschmelze über die gesamte Länge der entworfenen Extruderschnecken zuberechnen. Bei einer geeigneten Schneckenkonfiguration kann der Monomerumsatz 95%erreichen wobei die resultierenden Polymere hohe Molekulargewichte aufweisen. Es ist wichtig die Spinnbarkeit der PEA zu untersuchen, da zahlreiche textile Strukturenin bio-medizinischen Anwendungen eingesetzt werden. Es ist eine große Herausforderunggeeignete und stabile Bedingungen für den Spinnprozess zu finden, wie Aufnahmegeschwindigkeit, Durchsatz, Ablageverhältnis, Schmelztemperatur und Aufnahmepunkt.In der vorliegenden Arbeit wurden die via reaktivem Extrusionsprozess über eineanionische ringöffnende Polymerisation von epsilon-Caprolactam in einer Schmelze vonkommerziell erhältlichen Polycaprolacton synthetisierten PEA erfolgreich zu Fasernversponnen in einem Mikromischer, der mit einer Schmelzspinnanlage ausgerüstet war. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit befasst sich mit der Synthese hochmolekularerPoly(esteramidamid)en (PEAA) durch Schmelzpolykondensation von maßgeschneiderten Amid-haltigen Monomeren basierend auf 1,4-Diaminobutan und epsilon-Caprolacton undverschiedenen Dicarboxylsäuremethlestern mit einer unterschiedlichen Anzahl vonMethylgruppen katalysiert durch organische Titan-Verbindungen. Es wurde eine Serievon PEAA Polymeren synthetisiert und daraus Fasern mittels Schmelzspinnprozess hergestellt. Die mechanischen und thermischen Eigenschaften der gesponnenen undkonditionierten Fasern wurden evaluiert und hinsichtlich der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen untersucht.Diese Arbeit führte durch die Einbettung von Ester- und Amidgruppen in das Polymerrückgrad zu einer neuen Klasse von abbaubaren Polymeren, den PEA. Es wurdesowohl ein kontinuierlicher als auch ein diskontinuierlicher Syntheseprozess zur Darstellung der Polymere entwickelt. Es wurden PEA mit maßgeschneiderten chemischen Strukturen synthetisiert, die durch einen Schmelzspinnprozesse zu Fasern mit guten mechanischen Eigenschaften verarbeitet werden konnten.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie [154610]
• DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien e.V. [052200]
• Fachgruppe Chemie [150000]