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Synthese thermoplastischer Si-basierter Polymere mit hoher thermischer Beständigkeit für die Herstellung von Bauteilen

Chavez, Ricardo:
Synthese thermoplastischer Si-basierter Polymere mit hoher thermischer Beständigkeit für die Herstellung von Bauteilen.
Materialwissenschaften . tuprints , Darmstadt .
[Book], (2012)

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Item Type: Book
Title: Synthese thermoplastischer Si-basierter Polymere mit hoher thermischer Beständigkeit für die Herstellung von Bauteilen
Language: German
Abstract:

Die vorliegende Arbeit berichtet über die Synthese von neuartigen beweglichen und thermisch stabilen Bausteinen (isomerenreine Si-basierten Di- bzw. Tetraamine) für die Herstellung von thermoplastischen Polyimiden (als Homopolymere) mit hoher thermischer Beständigkeit. Andererseits liefert diese Arbeit noch einen wichtigen Beitrag im Bereich der preparativen Polymerchemie, da sie zum ersten Mal über die Synthese von Leiterpolysiloxanen mit Imideinheiten als Teil ihre zwei parallelen Hauptketten berichtet.

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines thermoplastischen Si-haltigen Polymers mit hoher thermischer Beständigkeit (d. h. Zersetzungstemperatur erst ab 400 °C) zum Einsatz als Werkstoff in Kraftfahrzeugteilen (Motorraum). Die Formgebung dieser Teile soll mittels Extrusion oder Spritzguss erfolgen und muss wirtschaftlich sein. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Lösungsansätze durchgeführt: a) die Untersuchung der Vernetzungsreaktion von zwei kommerziellen Polysilazanen, um einen schmelzbaren teilvernetzten Feststoff herzustellen und b) die Synthese neuartiger thermoplastischer Si-haltiger Polyimide.

Zur Entwicklung eines teilvernetzten schmelzbaren Si-basierten Materials wird die Vernetzung zweier kommerzieller flüssiger Polysilazane, Ceraset HTT1800® und Ceraset PURS® (Clariant GmbH, Sulzbach, Deutschland), mittels Rheometrie sowie thermoanalytischer und spektroskopischer Methode untersucht. Da bei teilvernetzten Polymeren das dreidimensionale Polymernetzwerk nicht voll entwickelt ist, können sich die Polymerketten in diesen Feststoffen noch frei bewegen. Dann kann ein Schmelzvorgang bei diesen Materialien noch stattfinden, und sie können als Werkstoffe mit potenziellen thermoplastischen Eigenschaften betrachtet werden, die mittels Extrusion oder Spritzguss weiterverarbeitet werden können. In diesem Zusammenhang wird versucht, durch die Auswahl der geeigneten Vernetzungsbedingungen diesen schmelzbaren teilvernetzten Feststoff herzustellen. Mit Rücksicht auf die Wirschaftlichkeit des Verfahrens wird die Aushärtung dieser Materialien unter Luftatmosphäre durchgeführt.

Zur Herstellung neuartiger Si-haltiger Polyimide wird eine siebenstufige Synthesemethode entwickelt. Die ersten fünf Stufen entsprechen der Synthese eines Si-basierten Di- oder Tetraamins aus dem p- bzw. m-Isomer des Bromanilins und einer Siliciumorganischen Verbindung. Ein großer Vorteil dieser Synthesemethode ist, dass sie nur isomerenreine Diamine oder Tetraamine produziert.

Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass die entwickelte Synthesemethode verschiedene thermoplastische Si-basierte Polyimide mit hoher thermischer Beständigkeit ergibt. Durch den Einsatz der verschiedenen Di- bzw. Tetraamine (m- und p-Isomere) und aromatischen Dianhydride ist es möglich, die thermoplastischen Eigenschaften der Materialien zu steuern. Das ist ein wichtiger Beitrag dieser Arbeit, da thermische Beständigkeit und thermoplastisches Verhalten normalerweise nicht kompatibel miteinander sind.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The present work reports the synthesis of new flexible and thermal stable building blocks (isomer pure Si-based di- and tetra-amines) for the production of thermoplastic Polyimides (as homopolymers) with high thermal stability. On the other hand, this work provides an important contribution to the preparative polymer Chemistry since it reports for the first time the synthesis of ladder polysiloxanes with imide units as part of the main parallel chains. The objective of this work is to develop a thermoplastic Si-based polymer with high thermal stability (Degradation temperature above 400 °C) to be used as structural material in the high temperature environments of automobiles (motor compartment). The shaping of this material shall occur via extrusion or injection moulding and needs to fulfil the profitability requirements of the automobile industry. In this context, the present work follows two approaches in order to obtain this material: a) study of the thermal cross-linking reaction of two commercially available polysilazanes in order to produce a meltable partially cross-linked solid and b) the synthesis of new thermoplastic Si-based Polyimides. In order to develop the meltable partially cross-linked Si-based material, the thermal cross-linking reaction of two commercially available liquid polysilazanes, Ceraset HTT1800® and Ceraset PURS® (Clariant, Sulzbach, Germany) was studied via Rheometry (time sweeps at different temperatures), as well as, thermoanalytical and spectroscopic methods. Since by the partially cross-linked polymers the three-dimensional network is still not completely developed, the polymer chains in these solids can still move. Therefore, they could melt and be considered as materials with thermoplastic behaviour that can be further processed via extrusion or injection moulding. By choosing the proper curing conditions, it was tried to produce this meltable solid. Keeping in mind the profitability requirements of the industry, the cross-linking of the polysilazanes was carried out under air atmosphere. To produce new Si-based polyimides, a seven step synthesis method was developed. The first five steps correspond to the synthesis of a Si-based di- or tetra-amine using as starting materials the m- or p-isomer of the Bromoaniline and an organo-silicon compound. The main advantage of this synthesis is that only isomer pure di- or tetra-amines are obtained. The results obtained in the present work show that the developed synthesis method produces thermoplastic Si-based polyimides with high thermal stability. By using the different di- and tetra-amines (m- and p-isomers) and aromatic dianhydrides, it is possible to steer the materials’ thermoplastic properties. This is an important contribution of the present work since a high thermal stability and thermoplastic behaviour are most of the times incompatible properties.English
Series Name: Materialwissenschaften
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: tuprints
Uncontrolled Keywords: Si-basierte Polymere, hohe thermische Beständigkeit, Leiterpolysiloxane
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Si-based Polymers, high thermal stability, ladder polysiloxanesEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaften
Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaften > Dispersive Solids
Date Deposited: 21 Aug 2012 10:01
Last Modified: 07 Dec 2012 12:05
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-30551
Additional Information:

Darmstadt, TU, Diss., 2012. Druckausg.: München, Verl. Dr. Hut, 2012, ISBN 978-3-8439-0573-2

License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Additional Information:

Darmstadt, TU, Diss., 2012. Druckausg.: München, Verl. Dr. Hut, 2012, ISBN 978-3-8439-0573-2

Referees: Riedel, Prof. Ralf and Ensinger, Prof. Wolfgang and Donner, Prof. Wolfgang and Balan, Prof. Corneliu
Refereed: 23 August 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3055
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