Lichtstreuanlage
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Charakterisierung der Größe und Form von Aggregaten kolloidaler Systeme in Lösung in Abhängigkeit von externen Stimuli ist ein Schwerpunktbereich der Forschung am Lehrstuhl für Chemische Technologie der Materialsynthese. Ein großer Teil dieser Untersuchungen erfolgt mittels dynamischer und statischer Lichtstreuung (DLS und SLS). Durch komplementäre Methoden wie Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS), und Rheologie werden die ermittelten Daten ergänzt und verifiziert. Im Folgenden sollen die drei wichtigsten Forschungsprojekte aus dem oben genannten Bereich aufgeführt werden, in denen Lichtstreuung einen wesentlichen Beitrag an der Materialcharakterisierung hat. In Projekt 1 steht die Untersuchung der Struktur und Eigenschaftsbeziehungen von neuen amphiphilen Blockcopolymeren für den Aufbau von Polymersomen, Mizellen, Hydrogelen und ähnlichen selbstorganisierenden Strukturen. Diese sind von Interesse für den Transport von extrem hydrophoben Wirkstoffen oder als Biotinte und werden für den in Vorbereitung befindlichen TR225 eine signifikante Rolle spielen. Ziel ist es die Solubilisierung und das Aggregationsverhalten der kolloidalen Systeme in Abhängigkeit von der Wirkstoff- und Polymerstruktur, der Temperatur und der Salzkonzentration im Lösemittel zunächst zu verstehen und später voraussagen zu können. Mittels dynamischer Lichtstreuung wurden die hydrodynamischen Radien von Aggregaten verschiedener Diblock Copolymere basierend auf Polypetoiden oder Polyoxazolinen mit jeweils unterschiedlichen Seitenketten im Hinblick auf die Kettenlänge und die funktionellen Gruppen unter Variation der oben genannten Parameter miteinander verglichen. Über statische Lichtstreuung konnten Hinweise auf die Struktur der Aggregate gewonnen werden. Sowohl statische wie auch dynamische Lichtstreuung spielen auch eine wichtige Rolle bei der detaillierten Analyse von Wirkstoff-beladenen Mizellen, deren Morphologie sich abhängig von der Wirkstoffmenge verändert. Projekt 2 befasst sich mit dem Koordinationsverhalten supramolekularer Polyelektrolyte auf der Basis von ditopen Terpyridin-Liganden und den Übergangsmetallionen Fe(II), Co(II) und Ni(II), die in wässrigen und ethanolischen Lösungen kettensteife Polymere bilden. Das dynamische Verhalten dieser Verbindungen und die erweiterten optischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften, die durch die Metallionen in die MEPE eingebracht werden, macht sie für den Einsatz als stimuli-responsive Materialien in dünnen elektrochromen Filmen, thermo- und mechanochromen Polymerkompositen und elektrorheologischen Flüssigkeiten interessant. Der Einsatz in diesen Materialien setzt die reproduzierbare Synthese der Verbindungen, unter anderem hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und der Kettenlänge, beziehungsweise ihrer mittleren molaren Masse voraus. Mit Hilfe der dynamischen Lichtstreuung konnte die reproduzierbare Modifikation der Kettenlänge durch den Einsatz verschiedener Anteile monotoper Kettenstopper nachgewiesen werden. Die DLS-Messungen ergänzen und verifizieren zudem, die mittels Viskosimetrie ermittelten Daten. Des Weiteren konnte die postulierte Struktur und der zeitabhängige Wachstumsmechanismus der MEPE durch statische Lichtstreuung bestätigt werden. Im Projekt 3 werden keramischen und nichtkeramischen Partikel für die elektrophoretische Deposition auf einer Membran hergestellt und Oberflächen-modifiziert. Um die synthetisierten für eine elektrophoretische Abscheidung vorzubereiten, werden sie zuvor in eine stabile Suspension überführt. Die Stabilisation der Partikel erfolgt dabei elektrosterisch durch Adsorption von Polyelektrolyten an ihre Oberfläche. DLS und SLS-Messungen werden verwendet, um die Partikelgrößen und die Größenverteilung zu verifizieren, die Struktur- und Größenänderung in Abhängigkeit von den Beschichtungsmaterialien und Beschichtungsparametern zu analysieren und um die Haltbarkeit der Beschichtung zeitabhängig zu begutachten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Macromol. Chem. Phys. 2015, 216, 547
Fetsch, C. et al.
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Inorg. Chem. 2016, 55, 2565
Munzert, S. M.; Schwarz, G.; Kurth, D. G.
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RSC Adv., 2016, 6, 15441
Munzert, S. M.; Schwarz, G.; Kurth, D. G.
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Scientific Reports 2016, 6, 33491
Fetsch, C.; Gaitzsch, J.; Messager, L.; Battaglia, G.; Luxenhofer, R.
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Inorg. Chem. 2017, 56, 3, 1418-1432
Pai, S. et al.
