Synthesis, Characterization and Post-Modification of Hydroxyl-Functionalized Poly(propylene Carbonate)

Hydroxyl-functionalized poly(propylene carbonate) (PPC-OH) was found accessible via a zinc glutarate catalyst mediated terpolymerization of carbon dioxide, propylene oxide and 2-[[(2-nitrophenyl)methoxy]methyl]-oxirane (monomer A). PPC with varying monomer A contents (0-10.6 %) were obtained and could be transformed into hydroxyl-functionalized PPC by ultraviolet (UV) light irradiation without backbone degradation. The process of removing the o-nitrobenzyl (ONB) protecting groups was monitored by UV-vis spectrometry and found to proceed within minutes. Thermal properties and contact angles of the functionalized PPCs were measured, showing the expected increase in hydrophilicity and glass transition temperature with increasing content of hydroxyl entities. Further studies on the application and post-modification of PPC-OHs were performed. Firstly, PPC-OHs were considered as compatibilizer in poly(propylene carbonate) (PPC)/wood flour (70/30) composites (PPC-based wood-plastic composites WPCs). Tensile strength of PPC-based WPCs with PPC-OHs present is significantly higher. SEM pictures of fractured samples show that PPC-based WPCs with PPC-OHs addition have a smoother surface and indicate a better compatibility of wood flour particles with polymer matrix. The thermal properties, Tg and decomposition temperature with and without PPC-OH of the composite are basically identical. Secondly, PPC-OHs have been modified to reach PPC-brush and cross-linked polymer gels through post-modification techniques. PPC-brushes in the form of PPC-graft-poly(PEOMA) were obtained with controllable brush length and brush density via “grafting from” a PPC-macroinitiator. Latter was prepared by esterification reactions of PPC-OH with 2-bromoisobutyryl bromide. PPC permanent networks in the form of dioxane gels were prepared by cross-linking PPC-OH with 4,4’-diphenylmethane diisocyanate (MDI). Rheological measurement of the gels show that the cross-linking density scales linear with the hydroxyl group density in PPC-OH. The following figure shows the content of the thesis in a cartoon. Hydroxyfunktionalisiertes Poly(propylencarbonat) (PPC-OH) wurde uber eine zinkglutarat-katalysierte Terpolymerisation von Kohlenstoffdioxid, Propylenoxid und 2-[[(2-Nitrophenyl)methoxy]methyl]-oxiran (Monomer A) erhalten. PPC mit variierenden Gehalte an Monomer A (0-10.6%) wurde synthetisiert und konnten ohne Kettendegradation mit ultraviolettem (UV) Licht in hydroxyfunktionalisierten PPC uberfuhrt werden. Die Abspaltung der o-Nitrobenzyl (ONB)-Schutzgruppe wurde mit UV-Vis-Spektroskopie verfolgt und erfolgte innerhalb von Minuten. Thermische Eigenschaften und Kontaktwinkel von funktionalisiertem PPC wurden gemessen und zeigten eine erwartete Erhohung der Hydrophilie und Glasubergangstemperatur mit einem hoheren Anteil an Hydroxygruppen. Weitere Anwendungsstudien und Postmodifikation von PPC-OH wurden durchgefuhrt. PPC-OH wurde als Phasenvermittler in PPC/Holzmehl-Kompositen (70 Gew.-%PPC, 30 Gew.-% Holzmehl) (PPC-basierte Wood Plastic Composites (WPC)) untersucht. Die Zugfestigkeit der PPC-basierten WPCs wurde durch Zugabe von PPC-OH signifikant erhoht. REM-Bilder gebrochener Proben zeigten eine glattere Oberflache in Anwesenheit von PPC-OH und lassen eine hohere Kompatibilitat zwischen Holzmehlpartikeln und Polymermatrix vermuten. Die thermischen Eigenschaften, die Glasubergangstemperatur und Zersetzungstemperatur der Komposite mit und ohne PPC-OH sind identisch. PPC-OH wurde modifiziert um PPC-Bursten und Polymergele uber polymeranalogen Reaktionen darzustellen. PPC-Bursten in Form von PPC-graft-poly(PEOMA) mit kontrollierbaren Burstenlange und –dichte wurde uber „Grafting from“ aus einem PPC-Makroinitiator dargestellt. Der Makroinitiator war uber eine Veresterung von PPC-OH und 2-Bromoisobutyrylbromid zuganglich. Kovalente PPC-Netzwerke in Form von Dioxan-Gelen wurden uber die Vernetzung von PPC-OH und 4,4‘-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) hergestellt. Rheologische Messungen der Gele zeigten, dass die Netzpunktdichte linear mit der Anzahl an Hydroxygruppen in PPC-OH zunimmt. Die folgende Figur zeigt den Inhalt dieser Dissertation schematisch.