Chemie an funktionalen Polymer-Opalen

Abstract

In dieser Arbeit wird die Herstellung und Anwendung von funktionalen Polymer-Opalen beschrieben. Für die Synthese von funktionalen monodipsersen Kolloiden, den Bausteinen der Opale, wird die emulgatorfreie Emulsionspolymerisation (SFEP) verwendet. Je nach einzubauendem funktionalem Molekül werden verschiedene Varianten der SFEP verwendet, wie z. B. Homopolymerisation, Copolymerisation, Polymerisation mit Fremdstoffen und die Herstellung von Kern-Schale-Kolloiden. Die so hergestellten monodispersen Kolloide formen durch Selbstorganisation über horizontale (Aufpipettieren, Rakeln, Sprühen) oder vertikale Kristallisation (Ziehmaschine)hochqualitative künstliche Opale. Die eingebauten Funktionalitäten öffnen den Weg zu einer Vielzahl von Anwendungen. Über die Spaltung von funktionalen Estergruppen kann eine lichtinduzierte Strukturierung durchgeführt werden. Der Einbau von Epoxidgruppen ermöglicht eine makroskopische Vernetzung wodurch die mechanische Stabilität der Struktur erhöht wird. Der Einsatz von Reaktivestern kann zur Oberflächen- funktionalisierung verwendet werden. Durch Replizierung der Struktur zum inversen Opal können weitere funktionale Materialien eingeführt werden, was die Einsatzmöglichkeiten noch erweitert.

In this thesis the preparation and application of functional polymer-opals is described. For the synthesis of functional monodisperse colloids, the components of opals, the surfactant free emulsion polymerization (SFEP) is used. Depending on the functional molecule to be incorporated, different methods of the SFEP can be applied, such as homopolymerization, copolymerization, polymerization with additional substances and fabrication of core-shell colloids. The obtained monodisperse colloids form high quality artificial opals during horizontal (normal coating, coating knife, spraying) or vertical crystallization (drawing machine) due to self-assembly. The integrated functionalities allow for a variety of applications. The cleavage of functional ester groups can be used for a light-induced patterning of the opal structure. The incorporation of epoxy groups enables a macroscopic crosslinking, which enhances the mechanical stability. A functionalization of the colloidal surface with biomaterials is possible by the utilization of reactive esters. By replication of the structure to an inverse opal other functional materials can be incorporated enabling further applications.