Hydrophobe Aerogele und Xerogele - Substitution von Phenolen durch Phenolether und Alkylphenole

Abstract

Seit ihrer Entdeckung in den 1980er Jahren durch R. Pekala sind phenolische Aerogele und Xerogele auf Basis von Phenolen und Formaldehyd Objekte zunehmenden wissenschaftlichen Interesses. Während sie durch exzellente Eigenschaften wie niedriger Dichte, hoher Porosität, großer innerer Oberfläche und außerordentlich niedriger thermischer Leitfähigkeit von bis zu 0,012 mW·(m·K)-1 charakterisiert sind, wird ihre kommerzielle Anwendung teilweise durch ihre Hydrophilie eingeschränkt. Im Rahmen dieser Dissertation werden Synthese, Charakterisierung und Kontrolle der Mikrostruktur hydrophober Analoga phenolischer Aerogele und Xerogele behandelt. Die Strategie zur Hydrophobierung phenolischer Materialien beruhte dabei auf einer Substitution freier Phenole wie Resorcin und Phloroglucin, einerseits durch O-methylierte Phenolderivate, andererseits durch biogene Alkylphenole. Von den untersuchten Phenolethern Methoxybenzol (MB), 3-Methoxyphenol (MEP), 1,3-Dimethoxybenzol (DMB) und 1,3,5-Trimethoxybenzol (TMB) stellte sich dabei vor allem TMB als geeigneter Kandidat für die Gelation mit Formaldehyd heraus. Die resultierenden TMBF-Aerogele und -Xerogele waren durch eine hervorragende Hydrophobie (Wasser-Kontaktwinkel von 130-156°) gekennzeichnet. Vor allem die TMBF-Xerogele stellten sich aufgrund ihrer hohen inneren Oberfläche und ihrer geringen thermischen Leitfähigkeit als interessante Alternativen zu Resorcin-Formaldehyd- (RF) Xerogelen heraus. Der Einsatz der biogenen Phenole Cardanol und Thymol führte unter Polymerisation mit dem biogenen Furfural zu ebenfalls hydrophoben Aerogelen. Hierbei stellten sich aufgrund ihrer großen inneren Oberflächen vor allem Thymol-Furfural-Aerogele als potentielle Kandidaten für die Substitution von RF-Aerogelen heraus. Eugenol-Furfural-Xerogele waren zwar nicht hydrophob, stellten sich jedoch für den Einsatz als Vorstufe für bio-basierte Kohlenstoff-Xerogele als vielversprechend heraus. Außerdem wurde demonstriert, dass die Mikrostruktur und damit auch die innere Oberfläche der O-alkylierten Aerogele durch die Hansen-Löslichkeitsparameter der Gelationslösungsmittel kontrolliert werden kann.