Nanopartikelcharakterisierung: Untersuchung des Retentionsverhaltens in der AF-FFF und der bimodalen Größenverteilung sauer katalysierter Poly(organosiloxan)-Dispersionen

Abstract

Polymere Hohlstrukturen eignen sich um eine große Anzahl an Gastmolekülen zu verkapseln und bieten somit interessante Anwendungsmöglichkeiten, z.B. im Bereich kontrollierter Transportsysteme. Solche wohl definierten Strukturen lassen sich mittels des Sol-Gel-Prozesses durch Hydrolyse und Kondensation von Dialkoxydialkyl- und Trialkoxyalkylsilanen in wässriger Dispersion in Gegenwart von Tensiden synthetisieren. Die Methode ermöglicht den Aufbau verschiedener Kern-Schale-Systeme, inklusive Hohlkugelarchitekturen, mit Durchmessern von 10-100 nm. Abhängig von den eingestellten Parametern wird dabei eine bimodale Größenverteilung der Partikel beobachtet. Die bimodalen Proben wurden mittels der circularen asymmetrischen Fluss Feld-Fluss Fraktionierung (CAFFFE) fraktioniert. NMR-Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Ursache der bimodalen Verteilung in der Synthese der Kerndispersion zu liegen scheint. MALDI-TOF-MS und GC-Messungen zeigen, dass der Kern der größeren Partikel ausschließlich aus zyklischen Kondensationsprodukten besteht, während im Kernmaterial der kleineren Partikel zusätzlich noch lineare Polydimethylsiloxan-Ketten vorhanden sind. Unter der Annahme, dass PDMS als Ultrahydrophob wirkt, lässt sich die Ostwaldreifung als Ursache der Bimodalität ausmachen. Eine Erhöhung des PDMS-Anteils, der zur Stabilisierung gegen den Reifungsprozess notwendig ist, führt zu einer monomodalen Verteilung der erhaltenen Partikel.

Polymeric hollow spheres have stimulated great interest due to their hollow core structure with the ability to encapsulate large quantities of guest molecules and potential applications in e.g. controlled delivery systems. Such well defined structures are synthesized via the sol-gel-process by hydrolysis and condensation of dialkoxydialkyl - and trialkoxyalkylsilanes in aqueous dispersion in presence of a surfactant. This synthesis allows the formation of multiple shell topologies, including hollow nanoparticles, with diameters of 10-100 nm. Depending on the synthetic parameters, a bimodal size-distribution of the particles can be observed in contrast to the normally found monomodality. Bimodal samples were separated with the circular asymmetrical flow field-flow instrument (CAFFFE). NMR-investigations suggested that the core formation of the particles is responsible for the bimodality. MALDI-TOF-MS and GC-measurements showed that the core of the larger fraction consists only of cyclic condensation products, while the core of the smaller particles contains polydimethylsiloxane (PDMS) chains in addition. Assuming that the PDMS chains act as an ultrahydrophobe, the phenomenon of Ostwald ripening can be discussed as cause of the bimodality. Increasing the amount of PDMS chains, which are necessary to stabilize the particles against the ripening, during the synthesis of the core-dispersion leads to monomodal size distributions.