Polymerisierbare und polymere Langmuir-Blodgett-Monoschichten zur gezielten Kalziumcarbonatkristallisation an der Luft-Wasser-Grenzfläche

Abstract

In der vorliegenden Arbeit konnte mit Hilfe von neu synthetisierten Monomeren und Polymeren Kristallisationstemplate für die Kalziumkarbonatkristallisation dargestellt werden. Hierzu wurde zunächst die Phasenseparation des Monomeren und Polymeren mit der nukleationsfördernden Stearinsäure detailliert untersucht und gezeigt, dass die Monomer und Polymer-Mischsysteme auf Ca(HCO3)2-Lsg. perfekt phasenseparieren. Weiter konnte diese entmischte Struktur mit Hilfe von UV-Bestrahlung in der Monoschicht polymerisiert und damit fixiert werden. Des weiteren konnte gezeigt werden, dass die Kristallisation unter den monomeren und polymeren Bereichen vollständig inhibiert wird und ausschließlich unter den Stearinsäuredomänen von statten geht. Das Problem der Kristallisation in die dritte Dimension, also ins Volumen, konnte durch die Zugabe von Polyacrylsäure zur Subphase kontrolliert werden, so dass nun eine Abbildung der strukturierten Monoschicht durch Kalkkristallisation möglich ist. Im zweiten Teil der Arbeit konnte ein amphiphiles Itaconat synthetisiert werden, welches auf Grund seiner Carbonsäurefunktion ebenfalls nukleationsfördernd wirkt. Auch hier war es möglich die Monoschicht zu polymerisieren. Weiter konnte erneut gezeigt werden, dass es möglich ist mit Hilfe von Polyacrylsäurezusatz die interne Struktur der Membran als Templat für die Kristallisation zu nutzen, so dass auch dieses System zur gezielten Kalkkristallisation genutzt werden kann.

In this work it was possible to create a crystallization template for calcium carbonate by the synthesis of new monomers and polymers. Therefore first the phase separation of the monomer and polymer with nucleation promoting stearic acid was investigated and it was shown that the mixed systems phase separate perfectly on a Ca(HCO3)2-subphase. Additionally this demixed structure could be fixed by UV-polymerisation. The crystallization process was inhibited perfectly under the monomeric and polymeric areas so that it took place only under the stearic acid domains. The problem of the fast threedimensional crystal growth into the subphase could be controlled by addition of polyacrylic acid to the subphase. Therefore the imaging of the structured monolayer by calcium carbonate crystallisation was possible. In the second part an amphiphilic itaconate was synthesized which should be nucleation promoting because of its carbonic acid function. As well it was possible to polymerize the monolayer of the monomer. It was shown that the internal structure of these monolayers could be transferred into a crystallization template by adding poly acrylic acid to the subphase, so that this system as well could be used for the controlled calcium carbonate crystallization.