Kategorie: ‘Publikation’
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
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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
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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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Schonendes Lösen von Chitosan
Trotz ihres sehr niedrigen pKa-Wertes gehört Salzsäure zu den am häufigsten verwendeten Säuren bei der Herstellung von Chitosan-Hydrogelen für biomedizinische Anwendungen. Obwohl Salzsäure weit verbreitet ist, wird das Auftreten von unerwünschte Depolymerisation bei der Herstellung von Hydrogelen aus Chitosan-Hydrogelen häufig außer Acht gelassen. Um das Potenzial von Chitosan als erneuerbare Ressource voll auszuschöpfen Ressource voll auszuschöpfen, wird hier eine neue, sehr milde Methode zur Hestellung von Chitosanlösungen beschrieben.
Diese Lösungen trocknen zu klaren, transparenten Filmen, die vollständig wasserlöslich bleiben und bis zu 70 Gew.-% Wasser aus der Wasser aus der 90 %-RH-Dampfphase bei 25 °C absorbieren. Die Absorption folgt einer einfachen Kinetik erster Ordnung und die Geschwindigkeitskonstanten Die Geschwindigkeitskonstanten steigen mit zunehmender Luftfeuchtigkeit bis auf ca. 71 % RH, wo sich ein metastabiles Chitosantrihydratsalz gebildet zu werden scheint. Die Desorption verläuft etwas schneller, ist aber komplexer, da sie zwei unterschiedliche Prozesse erster Ordnung aufweist. Darüber hinaus sind die auf diese Weise hergestellten Filme thermisch stabiler als das übliche Chitosanhydrochlorid.
M. B. Endres, O. Weichold
Sorption-active transparent films based on chitosan
Carbohydrate Polym. 2019, 208, 108–114. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.12.031
Neue Veröffentlichung:
Re-Alkalisierung von karbonatisiertem Beton mit einem neuen Hydrogel
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.
- Ionenaustausch: In Versuchen wurde nachgewiesen, dass Hydroxidionen effizient aus dem Hydrogel in karbonatisiertes Material diffundieren und gleichzeitig Carbonationen austreten.
- Re-Alkalisierung: Die Wirksamkeit des Gels wurde durch den Phenolphthalein-Test (DIN EN 14630:2007-01) und IR-Spektroskopie bestätigt.
- 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.
Neue Veröffentlichung
Korrosionsstrom betreibt Korrosionssensor
Neuer Korrosionssensor für Stahlbeton benötigt keine externe Stromquelle. Stahlkorrosion verursacht jährlich einen enormen wirtschaftlichen Schaden, der durch durch die Installation geeigneter Überwachungsgeräte reduziert werden könnte. Diese sollten einfach, zuverlässig und langlebig sein und sollten keine Wartung oder Instandhaltung erfordern. Die vorliegende elektrochrome Vorrichtung ist so konstruiert, dass sie den Makrozellenstrom einee aktiven, chloridinduzierten Korrosionselements als Energiequelle nutzt, um einen Farbwechsel auszulösen. Auf diese Weise bleibt das System inaktiv, bis Korrosion auftritt. Die Vorrichtung besteht aus Diheptylviologen in einem flüssigen Polymerelektrolyten aus LiClO4 und Poly(ethylenglykol). Die Zugabe von Viologen senkt den den Widerstand, bewirkt aber keine weiteren Änderungen der elektrochemischen Eigenschaften des Polymerelektrolyten. Die Impedanzspektren deuten darauf hin, dass eher Ionentransport- als kapazitive Effekte die elektrochemischen Eigenschaften dominieren. Experimente mit Gleichstrom im μA-Bereich zeigen elektrochrome Schaltzeiten von mehreren Minuten, was für die beabsichtigte Überwachungsanwendung ausreichend ist.
T. Juraschek, O. Weichold
Development of an electrochromic device triggered by the macrocell current in chloride‐induced corrosion of steel‐reinforced concrete
J. Phys. Org. Chem. 2017, e3739. https://doi.org/10.1002/poc.3739
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