@phdthesis{Weber2007,
  author    = {Weber, Jens},
  title     = {Meso- und mikropor{\"o}se Hochleistungspolymere : Synthese, Analytik und Anwendungen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-15994},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2007},
  abstract  = {Die Arbeit beschreibt die Synthese, Charakterisierung und Anwendung von meso- und mikropor{\"o}sen Hochleistungspolymeren. Im ersten Teil wird die Synthese von mesopor{\"o}sen Polybenzimidazol (PBI) auf der Basis einer Templatierungsmethode vorgestellt. Auf der Grundlage kommerzieller Monomere und Silikatnanopartikel sowie eines neuen Vernetzers wurde ein Polymer-Silikat-Hybridmaterial aufgebaut. Das Herausl{\"o}sen des Silikats mit Ammoniumhydrogendifluorid f{\"u}hrt zu mesopor{\"o}sen Polybenzimidazolen mit spherischen Poren von 9 bis 11 nm Durchmesser. Die Abh{\"a}ngigkeit der beobachteten Porosit{\"a}t vom Massenverh{\"a}ltnis Silikat zu Polymer wurde ebenso untersucht wie die Abh{\"a}ngigkeit der Porosit{\"a}t vom Vernetzergehalt. Die Porosit{\"a}t vollvernetzter Proben zeigt eine lineare Abh{\"a}ngigkeit vom Verh{\"a}ltnis Silikat zu Polymer bis zu einem Grenzwert von 1. Wird der Grenzwert {\"u}berschritten, ist teilweiser Porenkollaps zu beobachten. Die Abh{\"a}ngigkeit der Porosit{\"a}t vom Vernetzergehalt bei festem Silikatgehalt ist nichtlinear. Oberhalb einer kritischen Vernetzerkonzentration wird eine komplette Replikation der Nanopartikel gefunden. Ist die Vernetzerkonzentration dagegen kleiner als der kritische Wert, so ist der v{\"o}llige Kollaps einiger Poren bei Stabilit{\"a}t der verbleibenden Poren zu beobachten. Ein komplett unpor{\"o}ses PBI resultiert bei Abwesenheit des Vernetzers. Die mesopor{\"o}sen PBI-Netzwerke konnten kontrolliert mit Phosphors{\"a}ure beladen werden. Die erhaltenen Addukte wurden auf ihre Protonenleitf{\"a}higkeit untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die Nutzung der vordefinierten Morphologie im Vergleich zu einem unstrukturierten PBI in h{\"o}heren Leitf{\"a}higkeiten resultiert. Durch die vernetzte Struktur war des Weiteren gen{\"u}gend mechanische Stabilit{\"a}t gegeben, um die Addukte reversibel und bei sehr guten Leitf{\"a}higkeiten bis zu Temperaturen von 190°C bei 0\% relativer Feuchtigkeit zu untersuchen. Dies ist f{\"u}r unstrukturierte Phosphors{\"a}ure/PBI - Addukte aus linearem PBI nicht m{\"o}glich. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Synthese intrinsisch mikropor{\"o}ser Polyamide und Polyimide vorgestellt. Das Konzept intrinsisch mikropor{\"o}ser Polymere konnte damit auf weitere Polymerklassen ausgeweitet werden. Als zentrales, strukturinduzierendes Motiv wurde 9,9'-Spirobifluoren gew{\"a}hlt. Dieses Molek{\"u}l ist leicht und vielf{\"a}ltig zu di- bzw. tetrafunktionellen Monomeren modifizierbar. Dabei wurden bestehende Synthesevorschriften modifiziert bzw. neue Vorschriften entwickelt. Ein erster Schwerpunkt innerhalb des Kapitels lag in der Synthese und Charakterisierung von l{\"o}slichen, intrinsisch mikropor{\"o}sen, aromatischen Polyamid und Polyimid. Es konnte gezeigt werden, dass das Beobachten von Mikroporosit{\"a}t stark von der molekularen Architektur und der Verarbeitung der Polymere abh{\"a}ngig ist. Die Charakterisierung der Porosit{\"a}t erfolgte unter Nutzung von Stickstoffsorption, Kleinwinkelr{\"o}ntgenstreuung und Molecular Modeling. Es konnte gezeigt werden, dass die Proben stark vom Umgebungsdruck abh{\"a}ngigen Deformationen unterliegen. Die starke Quellung der Proben w{\"a}hrend des Sorptionsvorgangs konnte durch Anwendung des "dual sorption" Modells, also dem Auftreten von Porenf{\"u}llung und dadurch induzierter Henry-Sorption, erkl{\"a}rt werden. Der zweite Schwerpunkt des Kapitels beschreibt die Synthese und Charakterisierung mikropor{\"o}ser Polyamid- und Polyimidnetzwerke. W{\"a}hrend Polyimidnetzwerke auf Spirobifluorenbasis ausgepr{\"a}gte Mikroporosit{\"a}t und spezifische Oberfl{\"a}chen von ca. 1100 m²/g aufwiesen, war die Situation f{\"u}r entsprechende Polyamidnetzwerke abweichend. Mittels Stickstoffsorption konnte keine Mikroporosit{\"a}t nachgewiesen werden, jedoch konnte mittels SAXS eine innere Grenzfl{\"a}che von ca. 300 m²/g nachgewiesen werden. Durch die in dieser Arbeit gezeigten Experimente kann die Grenze zwischen Polymeren mit hohem freien Volumen und mikropor{\"o}sen Polymeren somit etwas genauer gezogen werden. ausgepr{\"a}gte Mikroporosit{\"a}t kann nur in extrem steifen Strukturen nachgewiesen werden. Die Kombination der Konzepte "Mesoporosit{\"a}t durch Templatierung" und "Mikroporosit{\"a}t durch strukturierte Monomere" hatte ein hierarchisch strukturiertes Polybenzimidazol zum Ergebnis. Die Pr{\"a}senz einer Strukturierung im molekularen Maßstab konnte SAXS bewiesen werden. Das so strukturierte Polybenzimidazol zeichnete sich durch eine h{\"o}here Protonenleitf{\"a}higkeit im Vergleich zu einem rein mesopor{\"o}sen PBI aus. Der letzte Teil der Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der Entwicklung einer neuen Synthesemethode zur Herstellung von Polybenzimidazol. Es konnte gezeigt werden, dass lineares PBI in einer eutektischen Salzschmelze aus Lithium- und Kaliumchlorid synthetisiert werden kann. Die Umsetzung der spirobifluorenbasierten Monomere zu l{\"o}slichem oder vernetztem PBI ist in der Salzschmelze m{\"o}glich.},
  language  = {de}
}