Authors:	Habicht, Axel Kai Tobias
Title:	Struktur und Dynamik von Polymer-Modellnetzwerken
Online publication date:	22-May-2019
Year of first publication:	2019
Language:	german
Abstract:	Polymergele können aufgrund ihres thermodynamischen Verhaltens gut in Lösungsmitteln quellen und entquellen. Durch diese Phasenübergänge, welche entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich verlaufen können, werden auch nanometergroße kritische Fluktuationen im Polymernetzwerk hervorgerufen. In vorherigen Studien wurden diese kritischen Fluktuationen in Hinsicht auf ihre Allgemeingültigkeit untersucht und charakterisiert. Der Fakt, dass diese Fluktuationen durch koexistierende statische Heterogenitäten, die im gleichen Größenbereich vorkommen, begleitet werden, wurde jedoch ignoriert. Massentaugliche Polymergele, die durch unkontrollierte Polymerisation hergestellt werden, weisen vor allem Strukturdefekte wie eine heterogene Vernetzungsdichte oder Netzwerkdefekte auf. Aus diesem Grund wurden im ersten Teil der vorliegenden Arbeit Polymergele aus PNIPAAm durch kontrollierte tröpfchenbasierte Mikrofluidik hergestellt. Durch die Anwendung von Mikrofluidik werden ungewollte statische Inhomogenitäten in der internen Mikrogel-Polymernetzwerkarchitektur minimiert. Der Grad an Heterogenität wird ebenfalls durch die verwendete Polymerisationstechnik variiert. Es werden entweder absichtlich heterogene Mikrogele durch freie radikalische Copolymerisation oder möglichst homogene Mikrogele durch Photogelierung von bereits hergestellten Polymeren hergestellt. Der Einfluss, der dadurch entstehenden Heterogenitäten auf die statischen bzw. dynamischen Konzentrationsfluktuationen während des VPTs, wurde mittels optischer Mikroskopie und SANS charakterisiert. Im zweiten Teil dieser Dissertation wurden supramolekulare Polymernetzwerke untersucht. Um gezielt supramolekulare Polymernetzwerke herzustellen, ist ein fundamentales Verständnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften von solchen Netzwerken notwendig. Dazu muss vor allem Kenntnis über die Wechselwirkung zwischen der Struktur, der Dynamik und den Eigenschaften geschaffen werden. Bereits vorhandene Materialplattformen haben jedoch einige Nachteile, die überwunden werden müssen. Aus diesem Grund wurde im zweiten Teil meiner Arbeit, ein modularer Polymerbaukasten entwickelt, der immer die gleiche Polymermatrix enthält. Dieses Polymergerüst wurde via Metallkomplexierung mit verschiedenen Metallionen und in verschiedenen Lösungsmitteln vernetzt. Durch die Variation konnte der Einfluss unterschiedlicher Vernetzungsarten und -stärken auf dynamische Vorgänge im Netzwerk, wie zum Beispiel Diffusion, präzise und konsistent untersucht werden. Zur Herstellung von supramolekularen Polymermodellnetzwerken wurde Tetra-Arm-PEG, mit einer engen Verteilung der molaren Masse, verwendet. Durch den modellartigen Aufbau des Polymernetzwerkes sind synthesebedingte Heterogenitäten im Polymernetzwerk minimiert und üben keinen großen Einfluss auf die erhaltenen Ergebnisse aus. Die transienten Vernetzungen von Terpyridin mit Übergangsmetallionen erlauben es, die dynamischen Prozesse durch Variation der Assoziationsstärke via FRAP und FRS hervorragend zu analysieren. Polymer gels can undergo considerable swelling and deswelling, due to their thermodynamic interplay with their solvent. These transitions can occur either as continous or discontinous phase transitions and they also exhibit nanometer-scale critical fluctuations. Previous studies focused on studying and characterizing these critical fluctuations, but they did this in view of their universality. The fact, that these critical fluctuations are accompanied by coexisting static heterogeneities, which span similar lenthscales to those of critical fluctuations, was neglected. To overcome this limitation microgel particles were produced by controlled droplet-based microfluidic templating to study their swelling–deswelling transitions. With this approach, undesired static inhomogeneities in the microgel polymer network architecture can be minimized. The degree of heterogeneity can also be tuned by using different polymerization techniques. Heterogeneous microgels are achieved via free radical copolymerization and homogeneous microgels are obtained via photogelation of precursor polymers. The influence of the heterogeneities on static and dynamic fluctuations during the volume phase transition was measured with small-angle neutron scattering and simple optical light microscopy. The second part of this thesis focuses on supramolecular polymer networks. To control the formation of supramolecular polymer networks, it is necessary to achieve a fundamental understanding of their physical and chemical properties. Therefore, it is essential to understand the interplay between structure, dynamic and their properties. In this work, a polymer toolbox was established and used, containing the same polymer backbone for different complexation. Thereby it was possible to vary the crosslinker type and strenght and examine their influence on dynamic transactions in the network such as diffusivities. As supramolecular polymer model network Tetra-Arm-PEG with a narrow molecular weight distribution was used. The heterogeneities are hereby minimized and do not contribute to the experimental results. The transient crosslinks of terpyridine with the metal ions allow analysis of the dynamic processes via FRAP and FRS by varying the association strength.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4841
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000027917
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	XVI, 180 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen