Synthese von kovalent adaptierbaren Netzwerken und Evaluierung der Verarbeitbarkeit

Obwohl CANs aufgrund ihrer Fähigkeit, selbstheilende und recycelbare Duroplaste und Elastomere zu ermöglichen, erhebliche wissenschaftliche Aufmerksamkeit erregt haben, ist ihre industrielle Anwendbarkeit derzeit durch die langen Zykluszeiten begrenzt. Um die Lücke hin zu kontinuierlichen Fertigungsverfahren wie der Extrusion zu schließen, sind neue Materialkonzepte erforderlich. Trotz eines wachsenden Fokus auf die Extrusion von Polymeren, die DCBs enthalten, bleibt die Entwicklung verarbeitbarer Systeme, die die mechanische Integrität nicht beeinträchtigen, eine große Herausforderung. Bislang benötigen viele extrudierbare CANs externe Katalysatoren, um verarbeitet werden zu können. Im Hinblick auf Nachhaltigkeit präsentierten Kumar et al. (2023) biobasierte Carbonsäureester-Systeme, ein Ansatz, der von Zhao et al. (2018) ebenso für Imin-DCBs realisiert wurde. Des Weiteren wiesen Denissen et al. für vinyloge Urethane und Maiheu et al. (2024) für β-Aminoester vorteilhaft geringe Aktivierungsenergien und Relaxationszeiten nach.Eine zentrale Hürde ist die Entwicklung nachhaltiger Systeme, die ohne externe Katalysatoren verarbeitet werden können. Da es derzeit nur wenige Beispiele für die erfolgreiche Extrusion solcher CANs gibt, ist die Erforschung innovativer Formulierungen und Syntheserouten essenziell. Diese Arbeit analysiert systematisch den Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die Extrudierbarkeit. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Synthese und Charakterisierung von Polymersystemen, die Carbonsäureester, β-Aminoester, Imine, vinyloge Urethane oder hybride Kombinationen aus β-Aminoestern und vinylogen Urethanen als DCBs nutzen. Das primäre Ziel ist es, die chemische Architektur so anzupassen, dass die Extrudierbarkeit ermöglicht wird. Ein Materialauswahlprozess erfolgt durch eine systematische Bewertung der Synthetisierbarkeit, der thermischen Eigenschaften, des dynamischen Austauschverhaltens und der Verarbeitbarkeit. Anschließend werden die vielversprechendsten Kandidaten Extrusionstests unterzogen, um die Auswahlkriterien zu validieren.Die Schmelzextrusion konnte erfolgreich für DCBs auf Basis von β-Aminoestern und vinylogen Urethanen demonstriert werden, was eine vielversprechende Grundlage für zukünftige Forschung auf diesem Gebiet schafft.

Although CANs have gathered significant scientific attention for their ability to enable self-healing and recyclable thermosets and elastomers, their industrial applicability
is currently limited by the long cycle times. To bridge the gap toward continuous manufacturing processes such as extrusion, new material concepts are required. Despite
a growing focus on extruding polymers containing DCBs, developing processable systems that do not compromise mechanical integrity remains a significant challenge.To date, many extrudable CANs require external catalysts to be processable. With regard to sustainability, Kumar et al. (2023) presented bio-based carboxylic acid ester
systems [3], an approach that was also realized by Zhao et al. (2018) for imine DCBs. Furthermore, Denissen et al. demonstrated advantageously low activation energies and relaxation times for vinylogous urethanes , as did Maiheu et al. (2024) for β-amino esters. A central hurdle is the development of sustainable systems that can be processed without external catalysts. As there are currently few examples of the successful extrusion of such CANs, the exploration of innovative formulations and synthesis routes is essential. This work systematically analyzes the influence of chemical composition onextrudability.This work focuses on the synthesis and characterization of polymer systems utilizing carboxylic acid esters, β-amino esters, imines, vinylogous urethanes, or hybrid combinations of β-amino esters and vinylogous urethanes as DCBs. The primary objective is to tailor the chemical architecture to facilitate extrudability.A material selection process is conducted through a systematic evaluation of synthesizability, thermal properties, dynamic exchange behavior, and processability. Subsequently, the most promising candidates undergo extrusion testing to validate the selection criteria.Melt extrusion was successfully demonstrated for DCBs based on β-amino esters and vinylogous urethanes, establishing a promising foundation for future research in this field.