Kategorie: ‘Publikation’
Neue Veröffentlichung:Beständigkeit der Vernetzer in alkalischen Hydrogelen
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
Neue Veröffentlichung:
Gele als multifunktionale Instandsetzungsmaterialien
Alkalische Hydrogele auf Basis von Diallyldimethylammoniumhydroxid (DADMAOH) können 3 wichtige Funktionen von Reparaturmaterialien für gerissenen Beton erfüllen: Abdichtung des Risses, um das Austreten von Wasser zu verhindern, Re-Alkalisierung von carbonatisiertem Zementstein, was den Alkalipuffer wiederherstellt, und die Re-Passivierung der Stahlbewehrung, wodurch die Korrosion der Bewehrung verhindert wird. In einem Proof-of-Concept-Experiment wurden z. B. die Abdichtungseigenschaften des Gels erfolgreich an einem gerissenen Probekörper getestet, wobei unter einem Wasserdruck von 5 Metern über 28 Tage keine Leckage beobachtet wurde (WTA-Test W2.1-E).
A. Jung, O. Weichold
A 3-in-1 alkaline gel for the crack injection in cement-based materials with simultaneous corrosion protection and re-passivation of crack-crossing steel rebars
Construction Building Mater. 2022, 344, 128092. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128092
Neue Veröffentlichung
Neue Vernetzer für Diallylammoniumgele
N,N‚-Methylenbisacrylamid (BIS) ist ein sehr beliebter Vernetzer für die radikalische Polymerisation in Wasser. Es ist hochreaktiv, neigt aber zur alkalischen Hydrolyse und leidet unter einer geringen Löslichkeit. Diese Studie zeigt, dass BIS mit langsam polymerisierenden Systemen wie N,N-Diallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC), nur inhomogene Netzwerke bildet. Dies hat zur Folge, dass Gele mit sehr geringen Vernetzungsdichten, d. h. hohen Quellfähigkeiten, während des Quelltests zerfallen. Kohärente, d. h. hochvernetzte Gele sind aufgrund der Löslichkeitsgrenze nicht zugänglich. Eine vielversprechende Alternative sind multivalente Tetraallyl-Verbindungen, wie z. B. von denen Tetraallylammoniumbromid, N,N,N‚,N‚-Tetraallylpiperaziniumdibromid und N,N,N‚,N‚-Tetraallyltrimethylendipiperidindibromid. Bei diesen verläuft die Copolymerisation mit DADMAC im Gegensatz zu BIS statistisch. Die Gelierung mit den neuen Tetraallyl-Vernetzern verläuft jedoch viel langsamer als bei BIS und folgt der Reihenfolge TAPB < TAMPB < TAAB, aber die Unterschiede werden mit zunehmendem mit zunehmendem Gehalt deutlich geringer. Bei niedrigen Gehalten ermöglichen alle drei die Herstellung von Gelen mit hohen Quellfähigkeiten von bis zu 360 g/g.
T. B. Mrohs, O.Weichold
Multivalent Allylammonium-Based Cross-Linkers for the Synthesis of Homogeneous, Highly Swelling Diallyldimethylammonium Chloride Hydrogels
Gels 2022, 8, 100. https://doi.org/10.3390/gels8020100
Außenwirkung
Die Veröffentlichung „Alkaline hydrogels as ion-conducting coupling material for electrochemical chloride extraction“ von A. Jung, A. Faulhaber und O. Weichold im Journal Materials and Corrosion ist einer der am häufigsten heruntergeladenen Artikel im Jahr 2021. Mehr
Neue Veröffentlichung:
Federn ersetzen Ruß in Gummi
Die meisten heute verwendeten Elastomere („Gummi“) basieren auf Schwefel als Vernetzungsmittel und Ruß aus fossilen Rohstoffen, um die mechanischen Eigenschaften zu verändern. Hier zeigen wir, dassnatürliches Keratin, z. B. aus Geflügelfedern, ein sehr vielversprechender Ersatz für beide sein kann. Federn sind nicht nur zäh, sondern enthalten auch eine relevante Menge an Schwefel in Form von Disulfidbrücken. Diese können unter Vulkanisationsbedingungen aktiviert werden und dann kovalent an EPDM-Kautschuk binden, um ein vernetztes Netzwerk zu bilden. Das Vorhandensein von Federabfällen erhöht die Zug- und Druckfestigkeit sowie die Härte und verringert die Rückprallelastizität. Aufgrund ihres hohen Stickstoffgehalts von ca. 17 % verbessern die Federn auch die thermische Stabilität des Verbundstoffs, wobei der Hauptabbauschritt von 400 °C auf 470 °C verschoben und die Zersetzung deutlich verlangsamt wird. Da es sich bei Elastomeren um einen großen Markt und insbesondere bei Federn um einen voluminösen Abfall handelt, bietet die Kombination von beidem enorme ökologische und wirtschaftliche Perspektiven.
M. Brenner, O. Weichold
Poultry Feather Waste as Bio-Based Cross-Linking Additive for Ethylene Propylene Diene Rubber
Polymers 2021, 13, 3908. https://doi.org/10.3390/polym13223908
Neue Veröffentlichung:
Federn lassen Pflanzen wachsen
Der weltweite Temperaturanstieg führt zu einer zunehmenden Ausbreitung von semi-ariden und ariden Regionen und geht mit einer Verschlechterung landwirtschaftlicher Anbauflächen einher. Polymere können in vielerlei Hinsicht helfen, dürfen dabei aber nicht zur Belastung für die Umwelt werden. In diesem Zusammenhang stellen wir hier eine Methode vor, mit der Geflügelfedern, die stellvertretend für Keratinabfälle im Allgemeinen stehen, in Hydrogele für die Verwendung als Pflanzenwachstumsmedium umgewandelt werden können. Aus geeignet hergestellten, wässrigen Keratinlösungen entstehen beim Verdunsten natürlich vernetzte Hydrogele. Der Kresse-Keimtest zeigte, dass das Gel keine toxischen Substanzen enthält und stark an den Wurzeln haftet. Dadurch sind die Pflanzen vor Trockenstress geschützt, solange das Gel noch Feuchtigkeit enthält.
M. Brenner, O. Weichold
Autogenous Cross-Linking of Recycled Keratin from Poultry-Feather Waste to Hydrogels for Plant-Growth Media
Polymers 2021, 13, 3581. https://doi.org/10.3390/polym13203581
Neue Veröffentlichung:Neue Wege in der Ionenkonduktivität: Synergie aus PEO und PPO
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
Buchkapitel
Eine sehr grundlegende Einführung in das Thema Polymerchemie findet sich in
O. Weichold, Introduction to Polymer Chemistry. In: P. Richet, R. Conradt, A. Takada, J. Dyon (Hrsg.) Encyclopedia of Glass Science, Technology, History, and Culture Vol. 2. Wiley-VCH, New York, 2021, S. 1043–1055. https://doi.org/10.1002/9781118801017
Neue Veröffentlichung:
Federn als Bindemittel und Flammschutz
Die steigende Nachfrage nach nachhaltigen Baumaterialien erfordert alternative Flammschutzmittel, die eine bessere Nachhaltigkeit als die bisher verwendeten aufweisen. In diesem Zusammenhang präsentieren wir unsere ersten Ergebnisse mit aufgearbeiteten Geflügelfederabfällen für die Herstellung von flammhemmenden Faserplatten vor. Imprägnierte Holzfasern zeigen eine deutlich verringerte Zersetzungsgeschwindigkeit und um ca. 50 °C höhere Zersetzungstemperaturen. Zudem erfolgt die Zersetzung schrittweise und nicht unmittelbar wie bei unbehandeltem Holz. Bei einem Gesamtproteingehalt von ca. 10 Gew.-% sind die im Nassverfahren hergestellten Platten selbstverlöschend und glimmen nicht nach. Im Dreipunkt-Biegeversuch versagten diese Faserplatten bei 15 N/mm2, dem nach DIN EN 622 geforderten Grenzwert für kommezielle, Formaldehyd-gebundene MBH-Faserplatten. Dies zeigt, dass die verwerteten Federreste nicht nur eine beeindruckende flammhemmende Wirkung, sondern auch als vollwertiges Bindemittel für eine neue Generation ökologischer Faserplatten verwendet werden können. Da diese Platten Da diese Platten ausschließlich auf natürlichen Materialien basieren, können sie am Ende ihres Lebenszyklus geschreddert und kompostiert werden.
Der Artikel wurde vom Journal für das Cover der Ausgabe 5(50) ausgewählt.
M. Brenner, O. Weichold
Protein Hydrolysates from Biogenic Waste as an Ecological Flame Retarder and Binder for Fiberboards
ACS Omega 2020, 5, 32227−32233. https://dx.doi.org/10.1021/acsomega.0c03819
Neue Veröffentlichung:
Duroplaste mal anders
Die Natur vermeidet hochreaktive funktionelle Gruppen, wie z. B. Isocyanat und Epoxid, durch den Einsatz hochspezialisierter Enzyme als Katalysatoren in Kondensationsreaktionen. Folglich erfordern biobasierte Rohstoffe in-vitro-Reaktionsbedingungen, die häufig nur schwer mit den Anforderungen an duroplastische Harze vereinbar sind. Zudem werden bei Kondesationsreaktionen kleine Moleküle freigesetzt (häufig Wasser), was unter den gängigen Reaktionsbedingungen zur Bildung von Schäumen führt. Es scheint also, dass natürliche Bausteine nicht für die Herstellung duroplastischer Harze geeignet wären.
Wir zeigen hier, dass die Zugabe von geschnittenen Federn die zuvor berichtete Schaumbildung von stark vernetzten Kombinationen wie z. B. Zitronensäure/Glycerin verhindert, den Umsatz erhöht und die flammhemmenden Eigenschaften verbessert.
M. Brenner, C. Popescu, O. Weichold
Anti-Frothing E ffect of Poultry Feathers in Bio-Based, Polycondensation-Type Thermoset Composites
Appl. Sci. 2020, 10, 2150; https://doi:10.3390/app10062150
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