Chemie für nachhaltige Baustoffe

Hochalkalische Hydrogele gewinnen in der Baustoffforschung zunehmend an Bedeutung. Wir konnten mehrfach zeigen, dass insbesondere kationische alkalische Hydrogele auf Basis von Diallyldimethylammoniumhydroxid (DADMAOH) effektiv zur Abdichtung wasserführender Risse oder als Kopplungsmedien für die elektrochemische Chloridextraktion eingesetzt werden können. Das Upscaling stellt eine Herausforderung dar, da sich kommerzielle kationenselektive Membranen hier als wenig effektiv erwiesen. Auf der anderen Seite können neutrale Gele und Gelpartikel leicht aus Diallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) in großen Mengen und mit einer breiten Spektrum an Zusammensetzungen hergestellt werden. Hier wird gezeigt, dass diese neutralen Gelpartikel mittels inversem statischem Anionenaustausch in NaOH-Lösung in DADMAOH-Partikel mit Resthalogenidgehalten von <0,3 % überführt werden können. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der alkalischen Partikel entsprechen denen der alkalischen Gele und erfüllen alle notwendigen Anforderungen für Baustoffanwendungen, sind aber deutlich einfacher herzustellen.

T. B. Mrohs, O.Weichold
A Simple Preparation of Crosslinked, Highly Alkaline Diallyldimethylammonium Hydroxide Hydrogel Particles via Inverse Static Anion Exchange
Gels 2024, 10, 743. https://doi.org/10.3390/gels10110743 (open access)

Im Rahmen unserer Arbeiten zu hochalkalischen Diallyldimethylammoniumhydroxid-(DADMAOH)-Hydrogelen zur Instandsetzung von mineralischen Baustoffen haben T. Mrohs und O. Weichold die Beständigkeit der vier oben gezeigten Vernetzer untersucht. Klassische Amide wie N,N′-Methylenbisacrylamid (BIS) zersetzen sich durch langsame Hydrolyse, was zur Verflüssigung der Gele führt. Überraschend schnell zersetzt sich N,N,N′,N′-Tetraallylpiperaziniumdibromid (1b) aufgrund chemischer Instabilitäten. Dagegen zeigen Hydrogele mit Tetraallylammoniumbromid (1a) oder N,N,N′,N′-Tetraallyltrimethylendipiperidindibromid (1c) selbst nach 28 Tagen bei 60 °C keine Spuren von Abbauprodukten. Dies entspricht einer Haltbarkeit von über 15 Monaten bei Raumtemperatur – ausreichend für Anwendungen wie Realkalisation oder Chloridextraktion. Diese Ergebnisse zeigen, dass solche innovativen Materialien ideal für langlebige Bauanwendungen sind.

T. B. Mrohs, O. Weichold
Hydrolytic Stability of Crosslinked, Highly Alkaline Diallyldimethylammonium Hydroxide Hydrogels
Gels 2022, 8, 669. https://doi.org/10.3390/gels8100669