Homogeneous and heterogeneous CuAAC-systems for self-healing and stress-sensing applications

Abstract

Multivalente Verbindungen wurden mit der neuesten „Klick“ Generation ausgestattet und hinsichtlich ihrer Vernetzungseffizienz in der ca-CuAAC untersucht. Eine effiziente Netzwerkbildung in autonomen Selbstheilungs- (SH)-Systemen sollte somit auch bei niedrigen Temperaturen (< 20 °C) die Ausbreitung von Mikrorissen durch Versiegelung verhindern können. Die bei 5 - 10 °C ablaufenden Vernetzungsreaktionen von Picolylazid modifizierten Verbindungen wurden sowohl für ein niedermolekulares als auch ein hochmolekulares System (mittels DSC und Schmelz-Rheologie) nachgewiesen. Für optimale Bedingungen wurden homogene und heterogene Cu(I)-Katalysatoren genutzt. Eine fluorogene SH durch Kratzbeanspruchung konnte durch Einbettung der entsprechenden Komponenten in eine umgebende Matrix erzielt werden. Mit Hilfe eines Cu(I)-Mechanokatalysators konnte ein autonomer Schadenssensor entwickelt werden, welcher eine fluorogene “Klick” Reaktion im Material in Folge von Kompression bewirkt.

Multivalent components, equipped with the newest generation of “click” type moiety, suitable for the chelation-assisted copper(I)-alkyne/azide cycloaddition (ca-CuAAC), were investigated in respect to their crosslinking efficiency, addressing autonomous self-healing (SH) of growing microcracks at low temperatures (< 20 °C) via fast network formation reactions. The crosslinking activity at 5 - 10 °C was verified for both, a low and a high molecular weight approach (monitored via DSC and melt-rheology), using picolyl azide modified components. Optimized conditions were established by applying homogeneous or heterogeneous Cu(I)-catalysts. A fluorogenic SH response in turn of scratches was accomplished by incorporation of ca-CuAAC suiting components to a scaffolding matrix. An autonomous sensing tool was designed by taking advantage of a Cu(I)-mechanocatalyst, leading to a fluorogenic “click” response within a material triggered upon compression.