Selbstheilende Blockcopolymerfilme - mechanistische Untersuchungen und Anwendung als Beschichtungen und Membranen

Friedrich-Schiller-Universität Jena

Dieses Kooperationsprojekt zielt auf die Herstellung von (reversibel) quervernetzten Blockcopolymerfilmen mit der Fähigkeit zur Selbstheilung sowie deren proof-of-concept Anwendung als nanostrukturierte Beschichtungen oder als funktionale Membranmaterialien ab. Unsere Strategie zur Einführung der Selbstheilungseigenschaften beruht auf der temperaturabhängigen Vernetzung mittels der Diels-Alder (DA) Reaktion von Furan- und Maleimideinheiten. Die Verwendung von Blockcopolymeren oder auch Triblockcopolymeren als selbstheilende Materialien ist eine Möglichkeit, um das inherente Problem dieser Materialien anzugehen: Die Kombination von weichen und dynamischen Segmenten mit der Fähigkeit, starke und reversible Netzwerke auszubilden. Wir konnten bereits zeigen, das statistische Copolymere mit Maleimiden und Furaneinheiten in der Seitenkette sowie Blockcopolymere, welche Poly(furfuryl glycidyl ether) (PFGE)-Segmente enthalten, vielversprechende Kandidaten für solche Anwendungen darstellen. Mit diesem Projektvorschlag erweitern wir diese vorangegangenen Untersuchungen auf Triblockcopolymere und Triblockterpolymerarchitekturen (ABA und ABC), insbesondere Systeme mit zwei Segmenten, die unabhängig voneinander quervernetzt werden können (z.B. UV-Vernetzung von Polydienen und DA-Reaktion von PFGE), oder welche zwei komplementäre Einheiten aufweisen (ABA* - intrinsische Vernetzung als Alternative zur Reaktion mit einem separatem Vernetzer). Die verwendeten Blockcopolymere zeigen Phasenseparation im Volumen und wir zielen auf eine gyroide Morphologie ab, um eine hohe interne Grenzfläche zwischen den verschiedenen Segmenten zu erhalten und die daraus resultierenden Effekte auf die Selbstheilungseigenschaften zu untersuchen. Darüber hinaus wird die Abfolge der Blocksequenz (ABA* vs. AA*B) oder die Art des Quervernetzers variiert, um detaillierte Einblicke in die zugrundeliegenden Mechanismen zu erlangen. Die auf diese Weise hergestellten Blockcopolymerfilme werden in ersten Untersuchungen als selektive Trennschicht in nanoporösen Membranen oder als hydrophil-hydrophobe Beschichtungen (z.B. zur Vermeidung von Biofouling) untersucht.