Untersuchungen zur Netzwerkheterogenität neuartiger Polymergele
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Polymergele zeigen häufig eine komplexe Struktur auf Längenskalen, die deutlich größer sind als die Maschenweite des Netzwerks (einige 10 – 100 nm). Ziel des Projekts war es, das Verständnis über die wesentlichen Ursachen dieser sog. Netzwerkheterogenität zu vertiefen und aufzuzeigen, wie diese in kovalent verknüpften Polymergelen von der Art der Netzwerksynthese und von den Reaktionsparametern abhängt. Dazu wurden makroskopisch weitgehend vergleichbare Hydrogele bzw. Organogele nach unterschiedlichen Reaktionsprinzipien hergestellt und hinsichtlich der Netzwerkheterogenität verglichen. Neben der schon eingehend untersuchten frei-radikalischen, vernetzenden Copolymerisation wurden die kontrollierte radikalische Polymerisation (als vernetzende RAFT Copolymerisation) und die Thiol-En Polymerisation als Stufenreaktion zur Gelsynthese eingesetzt. Die Konzentrationen von Monomer, Vernetzer und ggf. RAFT-Agens wurden in einem weiten Bereich systematisch variiert. Makroskopisch wurden die erhaltenen Gele über Modul- und Quellungsmessungen charakterisiert. Die Heterogenität äußert sich in räumlichen Dichtefluktuationen, die über statische und dynamische Lichtstreuung quantifiziert und zu den Herstellbedingungen in Bezug gesetzt wurden. Die Lichtstreumethoden wurden zu Beginn der Projektarbeiten in Bezug auf ihre Aussagekraft zur Heterogenität und ihre Konsistenz evaluiert. Sowohl die über Stufenpolymerisation hergestellten Thiol-En Gele als auch die über kontrollierte radikalische Polymerisation erhaltenen Gele erwiesen sich als ähnlich heterogen wie über freie radikalische Polymerisation erzeugte, wenn zum Vergleich Gele mit gleichen makroskopischen Eigenschaften (Modul) herangezogen werden. Unsere ursprüngliche Annahme, dass sich die nach unterschiedlichen Reaktionsmechanismen hergestellten Gele signifikant in Bezug auf die Netzwerkheterogenität unterscheiden, musste daher revidiert werden. Eine weitere wichtige Erkenntnis besteht darin, dass sorgfältig zwischen der Heterogenität der Vernetzungsdichte und der (detektierbaren) Heterogenität der lokalen Konzentration unterschieden werden sollte. Messungen im aufgequollenen Zustand sind geeignet, hier eine Differenzierung zu ermöglichen. Insgesamt haben die im Projekt durchgeführten Untersuchungen dazu beigetragen, unser Verständnis über die Heterogenität von Netzwerken wesentlich zu vertiefen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Influence of observation temperature on light scattering of poly-N-isopropylacrylamide hydrogels, Soft Matter 8, 2705-2713 (2012)
S. Dogu, W. Oppermann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c2sm07316a) - Inhomogeneity in Hydrogels Synthesized by Thiol-Ene Polymerization, Macromolecules 46, 1948-1955 (2013)
S. Grube, W. Oppermann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/ma302520p) - Investigation on the homogeneity of PMMA gels synthesized via RAFT polymerization, Polymer 58, 36-42 (2015)
R. Scherf, L.S. Müller, D. Grosch, E.G. Hübner, W. Oppermann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.polymer.2014.12.035)
