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Polyurethanes based on polyacrylate-soft segments and PU-hard segments for cosmetic application = Polyurethane auf der Basis von Polyacrylate-Weichsegmenten und PU-Hardsegmenten für kosmetische Anwendung



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Justine Couthouis

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2016


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2016


Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
;

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-11-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-072884
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/564291/files/564291.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/564291/files/564291.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

  1. DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien (052200)
  2. Lehrstuhl für Textilchemie und Makromolekulare Chemie (154610)
  3. Fachgruppe Chemie (150000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei) ; controlled radical polymerization (frei) ; polyacrylate (frei) ; polymethanes (frei) ; post polymerization modification (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Seit Beginn der 50er Jahre sind Hairstyling-Produkte in ständiger Entwicklung; viele Polymere wurden eingesetzt, um Kunden zufriedenzustellen. Heutzutage müssen Hairstyling-Produkte der gewünschten Frisur einen natürlichen Halt geben. Die neuen Herausforderungen für Chemiker sind Hairstyling-Polymere zu entwickeln, die dem Haar Halt und Flexibilität verleihen. Das in den USA in Kraft getretene Gesetz über flüchtige organische Verbindungen (VOC: Volatile Organic Compounds) bringt Einschränkungen für die Herstellung von Hairstyling-Formulierungen. Polyurethane auf der Basis von Polyester-Diolen oder Polyether-Diolen sind von Interesse wegen der hohen Flexibilität der Frisur und der Möglichkeit diese in niedrigen VOC-Formulierungen einzusetzen. Polyacrylate sind ebenfalls bemerkenswert aufgrund ihrer guten Wechselwirkung mit Haar und dem daraus resultierenden Halt der Frisur.Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung und der Charakterisierung von neuen Polyurethanen auf der Basis von Polyacrylaten. Die Dissertation ist aus drei Hauptteilen aufgebaut: Synthese von hydroxytelechelen Polyacrylaten, Herstellung von Polyurethanen auf der Basis der synthetisierten Polyacrylate und Performanz dieser Polyurethane auf Haar.Für die Synthese von hydroxytelechelen Polyacrylaten wurden zwei unterschiedliche Methoden zur kontrollierte radikalische Polymerisationen ausgewählt: (i) Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) und (ii) Single Electron Transfer-Living Radical Polymerization (SET-LRP). Weiterhin wurden zwei unterschiedliche polymeranaloge Reaktionen untersucht: (i) nucleophile Substitution (NS) und (ii) Click-Reaktion. Methylacrylat (MA) und Methylmethacrylat (MMA) wurden als Monomere verwendet; Methyldichloracetat (MDCA), Ethyldibromoacetat (EDBA) und in einigen Fällen 2-Hydroxyethyl-2-bromisobutyrat (HEBIB) als bifunktionelle Initiatoren benutzt. NS wurden mit n-Butylamin, 2-Methylamino-1-ethanol und 3-Amino-1-propanol durchgeführt; Propargylalkohol wurde für Click-Reaktionen mit Azid-Telechelen getestet. Um die Qualität der Telechele zu bestimmen wurden MALDI-TOF Endgruppen-Analysen durchgeführt. Die beste Route zu hydroxytelechelen Polyacrylaten beruht auf einer Reaktions-Sequenz bestehend aus SET-LRP von MA mit HEBIB als Initiator gefolgt von einer NS der Brom-Endgruppen durch Azid und nachfolgender Click-Reaktion mit Propargylalkohol als Eintopfreaktion durchgeführt. Es wurden hydroxytelechele PMAs mit einem Molekulargewicht von 2000 g/mol und einer Bifunktionalität von 83 Mol-% erhalten.Polyurethane (PU) auf der Basis von hydroxytelechelen PMAs wurden durch sukzessive Zugabe von Diisocyanaten und entsprechenden Diaminen hergestellt. Isophorondiisocyanat (IPDI), 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat) (HMDI) und 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) wurden als Diisocyanate verwendet. Hohe Molekulargewichte der PU sind ein Beweis für den hohen Grad der Bifunktionalität der hydroxytelechelen PMAs die als Ausgangsstoffe benutzt wurden: z.B. ein PU auf der Basis von PMA, IPDI und IPDA hatte ein Molekulargewicht von 44500 g/mol mit einer Verteilung von 3,5.PUs auf der Basis von PMA, IPDI und IPDA wurden auf Haar appliziert, um die Eigenschaften der neuen Produkte zu bestimmen und mit traditionellen PU basierend auf Polyether- (Poly(THF)) oder Polyester- (Poly(ε-Caprolacton))Diolen zu vergleichen. Die Wechselwirkung der PU basierend auf PMA mit Haar scheint intensiver zu sein und führt zu steiferen Haarfasern als die anderer PU. Durch Erhöhung des Molekulargewichts der PU wird das Waschvermögen des Endproduktes schlechter, der Halt des Stylings jedoch besser.

Since the ‘50s, hairstyling products have always been in evolution and many polymers were developed to satisfy customers. Nowadays, hairstyling products have to maintain the hairstyle by natural holding. For the chemist, getting polymers which combine hold and flexibility of hair are new challenges. Moreover the VOC (Volatile Organic Compounds) regulation applied in US tends to be introduced in Europe, which makes some restrictions for formulators. Polyurethanes generally based on polyester-diol or polyether-diol are interesting with regard to good flexibility of the hairstyle and to be used in low VOC formulations. Polyacrylates are also remarkable due to their good interactions with the hair and to provide the hold. The goal of this thesis was to synthesize a new polymer which combines the properties of polyacrylates and polyurethanes. The thesis is composed of three main parts: the synthesis of hydroxyl-telechelic polyacrylates, the preparation of polyurethanes based on the synthesized polyacrylates and the performance of these polyurethanes on hair. For the synthesis of hydroxyl-telechelic polyacrylates, two different controlled radical polymerizations were chosen: (i) Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) and (ii) Single Electron Transfer-Living Radical Polymerization (SET-LRP); and two different post-polymerization modifications were studied: (i) nucleophilic substitution and (ii) click reaction. Methyl acrylate (MA) and methyl methacrylate (MMA) were used as monomers; and methyl dichloroacetate (MDCA), ethyl dibromoacetate (EDBA) and in some cases 2-hydroxyethyl 2-bromoisobutyrate (HEBIB) were used as bifunctional initiators. Nucleophilic substitutions were performed with n-butylamine, 2-methylamino ethanol and 3-amino-1-propanol; and propargyl alcohol was tested for click reaction. Regarding the end-group fidelity determined by MALDI-TOF analyses, the best route to obtain hydroxyl-telechelic polyacrylates was the SET-LRP of MA with HEBIB as initiator followed by nucleophilic substitution of the bromine end-groups by azide and click reaction with propargyl alcohol performed in an one-pot reaction. Hydroxyl-telechelic PMAs with a molecular weight of 2000g/mol were obtained with a share of 83 mol% functionality of 2. Polyurethanes (PUs) based on these hydroxyl-telechelic PMAs were obtained by successive addition of diisocyanates and diamines. Isophorone diisocyanate (IPDI), 4,4’-methylenebis(cyclohexyl isocyanate) (HMDI) and 4,4’-methylenediphenyl diisocyanate (MDI) were used as diisocyanates; while isophorone diamine (IPDA), 4,4’-methylenebis(cyclohexyl amine) (HMDA) and 4,4’-methylenediphenyl diamine (MDA) as diamines. High molecular weights of PUs were obtained which prove the high degree of bifunctionality of the hydroxyl-telechelic PMAs used as starting materials – for example PU based on PMA, IPDI and IPDA had a molecular weight of 44500 g/mol with a dispersity of 3.5. After this synthetic part, PUs based on PMA, IPDI and IPDA were applied on hair in order to determine theperformance of these new products and compare them to the traditional PUs based on polyether-diol (with poly(THF)) or polyester-diol (with poly(ε-caprolactone)), IPDI and IPDA. The interaction of PU based on PMA and the hair fibers seems to be more adhesive and stiffer than the other PUs. Moreover, by increasing the molecular weight of PU, the wash-ability of the final product was worse, but the styling retention was improved.

OpenAccess:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT018831997

Interne Identnummern
RWTH-2015-07288
Datensatz-ID: 564291

Beteiligte Länder
Germany

 GO


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Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mathematics, Computer Science and Natural Sciences (Fac.1) > Department of Chemistry
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150000
154610
052200

 Record created 2015-12-07, last modified 2023-04-08