TY - JOUR A1 - Schamel, Elisabeth A1 - Bauer, Florian A1 - Schlachter, Herbert A1 - Wehnert, Gerd A1 - Söthje, Dominik T1 - Bio-Based Epoxy Resins Derived from Eugenol with High Glass Transition Temperatures as Substitutes for DGEBA JF - Macromolecular Materials and Engineering N2 - Epoxy resins (EPs) are crucial for high-performance applications like lightweight materials, due to their excellent properties. However, the commonly used diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) has two major disadvantages: it is synthesized mainly from petrochemicals and includes the health concerning bisphenol A. Eugenol is a bio-based aromatic compound that can be modified into di- or triglycidyl ether. Through investigations four monomers are obtained based on eugenol and crosslinked with two curing agents isophorone diamine and 4,4′-diaminodiphenyl sulfone to compare the properties of the resulting EPs with references containing DGEBA. Using new synthesis routes, the bio-content of the monomers can be increased up to 94 wt%. Intramolecular cyclization occurs if a hydroxy group is in ortho-position to the glycidyl ether group. The crosslinking conditions of the bio-based monomers are comparable to or lower than those of DGEBA. The eugenol-based triglycidyl monomers exhibit very high glass transition temperatures of up to 271 °C, almost 50 °C above the reference value, which can enable their use for lightweight construction such as matrices for fiber-reinforced plastics. The char content of all bio-based EPs after pyrolysis is significantly higher in comparison to the references, which may have a favorable effect on fire resistance. KW - Bio-Based KW - Epoxy Resins KW - Eugenol KW - High Glass Transition Temperatures KW - Substitutes for DGEBA Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1002/mame.202400394 SN - 1439-2054 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Bauer, Florian A1 - Söthje, Dominik A1 - Schlachter, Herbert A1 - Wehnert, Gerd T1 - Mechanical properties of carbon nanotube (CNT) reinforced polymers using electron‐deficient aromatics as additives JF - Polymer Composites N2 - Abstract In initial experiments the effects of aromatic model substances on carbon nanotube (CNT) dispersions in dimethylformamide (DMF) were investigated. Electron‐deficient aromatics interact strongly with CNTs, causing increased agglomeration and sedimentation. Conversely, electron‐donating aromatics stabilize CNT dispersions in DMF. Polymers with electron‐deficient aromatics, such as polyd initrostyrene (PDNS), exhibit a concentration‐dependent effect: low concentrations lead to stabilization of dispersions, while higher concentrations lead to sedimentation. This suggests that such polymers can enhance attraction between the matrix of CNT‐reinforced polymers as well as stabilize the dispersed CNTs. Polycarbonate, modified with polydinitrocarbonate (PDNC) and reinforced with CNTs showed improved mechanical properties. The addition of 6 wt.% CNTs and 6 wt.% PDNC resulted in a notable improvement with a 22% increase in tensile strength, a 29% increase in flexural strength, a 39% increase in Young's modulus and a 47% increase in flexural modulus. This enhancement resulted in an overall mechanical performance comparable to the high‐performance polymer polyetherimide. However, there must be noted, that the addition of PDNC increases the CNT particle size, which can negatively affect mechanical properties. The results highlight the additive's dual role in enhancing adhesive interactions while potentially increasing CNT agglomerate sizes.Highlights Interactions of CNTs dispersed in DMF and various aromatics were investigated. Polydinitrocarbonate (PDNC) was synthesized as a new additive for CNT‐composites. Polycarbonate/CNT‐composites were obtained using extrusion. Test specimens with CNT contents up to 6 wt.% were obtained. Mechanical properties of polycarbonate reached the level of polyetherimide. KW - carbon nanotubes KW - reinforced polymers KW - electron-deficient aromatics Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/https://doi.org/10.1002/pc.28695 SN - 0272-8397 VL - 2024 SP - 1 EP - 16 PB - Wiley ER - TY - JOUR A1 - Söthje, Dominik A1 - Wehnert, Gerd A1 - Schamel, Elisabeth A1 - Bauer, Florian A1 - Schlachter, Herbert T1 - Nachhaltig und sicher fliegen - nur eine Zukunftsfantasie? BT - Neuartige Materialien zur Ressourcenschonung in der Luftfahrt JF - OHM Journal N2 - Flugreisen und Luftverkehr sind brennende Themen, wenn es um den ökologischen Fußabdruck geht. Damit beschäftigt sich das Forschungsteam um Prof. Dr. Gerd Wehnert und Prof. Dr.-Ing. Dominik Söthje von der Fakultät Angewandte Chemie. In ihrem Projekt bio-Lufa entwickelt es Faserverbundwerkstoffe auf Grundlage von nachwachsenden Rohstoffen für die Luftfahrt. Y1 - 2022 VL - 2022 IS - 2 SP - 66 EP - 69 PB - Technische Hochschule Nürnberg CY - Nürnberg ER - TY - JOUR A1 - Wehnert, Gerd A1 - Söthje, Dominik A1 - Schlachter, Herbert A1 - Bauer, Florian T1 - C-Mat – Cabon-nanoverstärkte Kunststoffmaterialien JF - Vorlaufforschung 2022 N2 - In diesem Vorlaufforschungsprojekt sollen kommerzielle Carbon Nanotubes (CNTs), die als Agglomeratpulver anfallen, durch geeignete Additive funktionalisiert und vereinzelt werden, um sie in eine Epoxidharzmatrix einzubetten. Die CNTs wurden in Lösungen verschiedener aromatischer Moleküle mittels Ultraschallbad dispergiert und die Partikelgrößenverteilung durch Lichtstreuung bestimmt. Es ließ sich eine partielle Verschiebung der Partikelgrößen durch die Einwirkung der Additive zu kleineren Durchmessern beobachten. Aufbauend auf den Ergebnissen wurden die CNTs in Lösung mit aromatischen Molekülen funktionalisiert und anschließend durch ein Dreiwalzwerk in ein Epoxidharz eingearbeitet. Die hergestellten Komposite wurden mechanisch geprüft, eine Steigerung der Festigkeit war aber bislang nicht zu beobachten. Wir vermuten, dass die Auflösung der CNT-Knäuel und die Verhinderung der CNT-Re-Agglomeration entscheidend für die Wirksamkeit der Verstärkung ist. Y1 - 2023 UR - urn:nbn:de:bvb:92-opus4-46790 SN - 1867-4585 VL - 2022 SP - 125 EP - 142 PB - TH Nürnberg CY - Nürnberg ER - TY - JOUR A1 - Söthje, Dominik A1 - Kühl, Hannes A1 - Bauer, Florian A1 - Beier, Julian A1 - Hendrawidjaja, Handoyo T1 - REnuka – Reduktion von Emmisionen durch nachhaltige Binder für Hochleistungskeramiken JF - Vorlaufforschung / Schriftenreihe der Georg-Simon-Ohm-Hochschule, Nürnberg (2023) N2 - In diesem Vorhaben wurden verschiedene Bindemittel für die Herstellung von Hochleistungskeramiken analysiert. Ziel war es, biobasierte Binder zu identifizieren, die konventionelle auf fossilen Ressourcen basierende Systeme in Zukunft ersetzen können. Es wurden drei erdölbasierte Referenz-Bindersysteme und sieben biobasierte Alternativen bezüglich ihrer thermischen Stabilität unter Sauerstoffatmosphäre, der Viskosität ihrer wässrigen Lösungen oder Dispersionen sowie daraus hergestellter Schlicker und ihrer Haftung auf Aluminiumoxid-basierter Keramik untersucht. Im Rahmen des Vorhabens konnte ein biobasiertes Bindersystem mit Eigenschaften, vergleichbar zum besten Referenzmaterial gefunden werden. Unter Einsatz des biobasierten Binders sowie zweier ausgewählter Referenz-Bindersysteme wurden Grünkörper hergestellt und deren Festigkeit ermittelt. Die Grünkörperfestigkeit ist in der keramischen Industrie ein entscheidender Faktor und stark vom gewählten Bindersystem abhängig. Die erhaltenen Resultate deuten darauf hin, dass der Bio-Binder auch hinsichtlich der Festigkeitswerte den konventionellen Referenz-Bindersystemen als gleichwertig anzusehen ist. Die in diesem Vorlauf- forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnisse können als Ausgangslage für die Beantragung weiterer Fördermittel und die Akquise direkter Drittmittel aus der Industrie dienen. Y1 - 2024 SN - 1867-4585 ER - TY - JOUR A1 - Bauer, Florian A1 - Elisabeth, Schamel A1 - Herbert, Schlachter A1 - Wehnert, Gerd A1 - Söthje, Dominik T1 - Bio-Based Epoxy Resins from Estragole: Achieving High Glass Transition Temperatures Comparable to DGEBA and Simultaneously Low Viscosities JF - Macromolecular Materials and Engineering N2 - This study covers the synthesis and characterization of two new bio-based epoxy monomers, diglycidyl-4-allylphenol (DG-4A) and triglycidyl-diallylphenol (TG-DA). Both are derived from estragole, a naturally occurring allylbenzene and a major component of the essential oils in basil. The resulting epoxy monomers, with high bio-contents of 92% (DG-4A), respectively 72% (TG-DA), were cured using two different amine hardeners: isophorone diamine (IPDA) and 4,4´-diaminodiphenyl sulfone (DDS). The curing agents were selected for their distinct properties: IPDA for its bio-based availability, and DDS for its ability to impart high thermal stability and rigidity. Dynamic mechanical analysis (DMA) showed that DG-4A/DDS had a high glass transition temperature (Tg) of 236°C, which can compete with the petrochemical-based reference system DGEBA/DDS (Tg = 238°C). For the TG-DA networks, the resulting Tgs were 235°C (IPDA) and 300°C (DDS), both were higher than those of the DGEBA reference systems, due to higher crosslinking density. The dynamic viscosities of DG-4A and TG-DA were 80 and 15 times lower than those of the reference DGEBA at room temperature. These results suggest that DG-4A and TG-DA are sustainable alternatives to DGEBA, as they offer comparable or higher glass transition temperatures while maintaining lower viscosities, making them promising candidates for applications requiring high thermal performance, such as in the aerospace and automotive sectors. KW - bio-based epoxy resin estragole high Tg thermoset Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1002/mame.202500418 SN - 1439-2054 VL - 311 IS - 3 SP - 1 EP - 18 PB - Wiley CY - Weinheim ER -