Shape Memory Natural Rubber - ein neuer umweltsensitiver Aktor

Beschreibung

Gegenstand dieser Arbeit ist die Beurteilung der Eignung von Formgedächtnispolymeren auf Naturkautschukbasis (engl. shape memory natural rubber - SMNR) hinsichtlich deren Einsatz als Lösungsmittelsensoren. SMNRs zeichnen sich einerseits durch eine physikalische Einstellbarkeit der Schalttemperatur während des Programmierungsprozesses in einem Bereich von -25 bis 50 °C aus und sind damit die ersten kristallbasierten Formgedächtnispolymere mit dieser Eigenschaft. Daneben konnte gezeigt werden, dass SMNR sensitiv gegenüber einer Vielzahl polarer sowie unpolarer Lösungsmittel reagiert. So erniedrigt sich die Schalttemperatur nach erfolgter Programmierung lösungsmittelspezifisch sowie in binären Gemischen zusammensetzungsabhängig und ist dadurch auf eine Schalttemperatur in einem Bereich von -30 - 25 °C herabsetzbar. Ebenfalls wurde herausgefunden, dass durch Stress transversal bzw. parallel zur dehnungsstabilisierenden Richtung die Schalttemperatur in einem Bereich zwischen 0 und 45 °C erniedrigt bzw. erhöht werden kann. SMNR ist damit das erste Formgedächtnispolymer, welches sowohl sensitiv gegenüber externen mechanischen Spannungen als auch gegenüber verschiedenen Lösungsmitteln reagiert. Abschließend wurden die für Formgedächtnispolymere typischen Kennwerte des Dehnungsfixierungs- sowie Dehnungsrückstellverhältnisses für verschiedene SMNRs bestimmt. Bei gespeicherten Dehnungen von über 1000 % zeigt SMNR vernetzungsgradabhängig exzellente Rückstellverhältnisse von bis zu 100 % bei Fixierungsverhältnissen von bis zu 96 %. Die in der temporären Form gespeicherte mechanische Energie kann bis zu 4,88 J/g betragen, deren Wert im Vergleich zu bisher veröffentlichten Energien für Formgedächtnispolymere eine Größenordnung höher ist. Diese bemerkenswerten Formgedächtniseigenschaften von SMNR resultieren hauptsächlich aus der Möglichkeit, die Stabilität der dehnungsstabilisierenden Kristalle massiv beeinflussen zu können. Für die Schalttemperaturerniedrigung durch Lösungsmittel scheint neben der intrinsischen Spannung der amorphen Phase sowohl die Affinität des Lösungsmittels zum Naturkautschuk als auch eine lösungsmittelspezifische Änderung der Faltoberflächenenergie der dehnungsstabilisierenden Kristalle verantwortlich zu sein.

Autor*in

Benjamin Heuwers

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