Chemie für nachhaltige Baustoffe

Wir freuen uns, eine weitere Publikation von Prof. Dr. Oliver Weichold hervorzuheben. Gemeinsam mit Pia B. Sassmann hat er die Arbeit Synergistic effects in cross-linked blends of ion-conducting PEO-/PPO-based unsaturated polyesters veröffentlicht, die einen innovativen Ansatz zur Verbesserung der Ionenkonduktivität beschreibt.

In dieser Studie wurden ungesättigte Polyester (UP) auf Basis von Poly(ethylenoxid) (PEO) und Poly(propylenoxid) (PPO) synthetisiert, mit Lithiumperchlorat (LiClO₄) dotiert und mit Styrol unter Einsatz eines Redoxinitiators vernetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass PEO- und PPO-basierte Polyesternetze unterschiedliche Verhaltensweisen hinsichtlich der Leitfähigkeit aufweisen. Während die Leitfähigkeit bei PEO mit steigender Molekularmasse abnimmt, zeigt PPO ein gegenteiliges Verhalten.

Besonders hervorzuheben ist die Entdeckung, dass durch gezieltes Mischen und Vernetzen von PEO- und PPO-basierten Polyesternetzwerken Synergieeffekte erzielt werden können. Ein 1:1-Gemisch aus kurzkettigem PPO und langkettigem PEO zeigte eine fünfmal niedrigere Widerstandsfähigkeit im Vergleich zu reinem PEO und eine dreimal niedrigere im Vergleich zu reinem PPO. Diese Effekte sind auf die größere Beweglichkeit der Polymerketten und intrakettige Hopping-Mechanismen zurückzuführen, die durch die Vernetzung verstärkt werden.

Neben der gesteigerten Ionenkonduktivität überzeugen diese Netzwerke durch ihre gummiartige Elastizität und hohe Wasserverträglichkeit. Dadurch eröffnen sich vielseitige Anwendungen, insbesondere unter mechanischer Belastung, in atmosphärischen Bedingungen oder sogar in wässrigen Umgebungen, wo herkömmliche ionenleitende Systeme oft an ihre Grenzen stoßen.

Sassmann, P.B., Weichold, O.
Synergistic effects in cross-linked blends of ion-conducting PEO-/PPO-based unsaturated polyesters
Ionics 27, 3857–3867 (2021). https://doi.org/10.1007/s11581-021-04149-z

In der neuen Studie, veröffentlicht in Soft Matter (Ausgabe 40, 2018), wird ein hochalkalisches Hydrogel vorgestellt, das zur Wiederherstellung der alkalischen Pufferkapazität in karbonatisierten Betonmaterialien entwickelt wurde. Diese Eigenschaft ist entscheidend, um die Korrosion von Stahl in Stahlbeton zu verhindern.

Das Hydrogel basiert auf einem Copolymer aus Diallyldimethylammoniumhydroxid (DADMAOH) und Methacrylamid. Durch die Zugabe von Methacrylamid als co-neutralem Monomer lassen sich die rheologischen Eigenschaften des Gels über einen weiten Bereich anpassen. Der Viskositätsanstieg um das Tausendfache – von 0,35 Pa s auf über 350 Pa s bei 10 Mol% Methacrylamid – zeigt die Flexibilität der Materialeigenschaften.

1. Ionenaustausch: In Versuchen wurde nachgewiesen, dass Hydroxidionen effizient aus dem Hydrogel in karbonatisiertes Material diffundieren und gleichzeitig Carbonationen austreten.
2. Re-Alkalisierung: Die Wirksamkeit des Gels wurde durch den Phenolphthalein-Test (DIN EN 14630:2007-01) und IR-Spektroskopie bestätigt.
3. Universelle Anwendbarkeit: Das Gel kann sowohl in der Instandhaltung moderner Infrastruktur als auch für den Schutz historischer Gebäude eingesetzt werden.

Jung, A.; Weichold, O.
Preparation and characterisation of highly alkaline hydrogels for the re-alkalisation of carbonated cementitious materials
Soft Matter 2018, 14 (40), 8105–8111. https://doi.org/10.1039/c8sm01158c.