Synthesis of monodisperse, highly ordered polymer foams via milli- and microfluidic techniques

• Applicant: Professorin Dr. Cosima Stubenrauch
• Subject Area: Polymer Materials ; Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation ; Physical Chemistry of Molecules, Liquids and Interfaces, Biophysical Chemistry
• Term: from 2013 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 249176000

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Im geförderten Projekt sollten monodisperse, hochgeordnete Polymerschäume durch Einsatz der Mikro- und Millifluidik hergestellt werden. Der Fokus lag dabei auf der Herstellung und Charakterisierung von Polystyrolschäumen, um mehr über die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu lernen. Das Ziel wurde mit Hilfe zweier Ansätze verfolgt: Einsatz von monodispersen, geschäumten Styrol-in-Wasser Emulsionen als Templat (A1) sowie Einsatz von monodispersen Wasser-in-Styrol Emulsionen als Templat (A2). Die Zweigleisigkeit des Projekts diente als „Sicherheitsnetz“, da im Projekt A1 bereits Vorarbeiten bestanden, während das Projekt A2 neu erschlossen wurde. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl Teilziel A1 als auch A2 erfolgreich umgesetzt wurden. Durch den Einsatz der Mikrofluidik konnten sowohl monodisperse geschäumte Styrol-in-Wasser Emulsionen als auch monodisperse Wasser-in-Styrol Emulsionen hergestellt werden. Beide Templatideen konnten erfolgreich polymerisiert werden und führten zu monodispersen und hoch geordneten Polystyrolschäumen. Durch gezieltes Verändern einzelner Templatparameter konnten zusätzlich Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der Polystyrolschäume untersucht werden. In einem weiteren Schritt sollte mit Hilfe der Mikrofluidik ein Gradient in der Porengröße eingeführt werden (Ziel B). Auch dieses Ziel wurde zweigleisig angegangen und mit Hilfe der Template aus den Ansätzen A1 und A2 erfolgreich umgesetzt.

Publications

• (2017) Toward Functionally Graded Polymer Foams Using Microfluidics. Adv. Eng. Mater. (Advanced Engineering Materials) 19 (8) 1700195
  Elsing, Jonas; Quell, Aggeliki; Stubenrauch, Cosima
  
• Monodisperse Polystyrene Foams via Microfluidics – A Novel Templating Route, Advanced Engineering Materials 2015, 17, 604-609
  A. Quell, J. Elsing. W. Drenckhan, C. Stubenrauch
  
• How the Locus of Initiation Influences the Morphology and the Pore Connectivity of a Monodisperse Polymer Foam, Macromolecules 2016, 49, 5059-5067
  A. Quell, B. de Bergolis, W. Drenckhan, C. Stubenrauch
  
• Creating Honeycomb Structures in Porous Polymers by Osmotic Transport, ChemPhysChem 2017, 18, 451-454
  A. Quell, S. Heitkam, W. Drenckhan, C. Stubenrauch
  
• Diving into the finestructure of macroporous polymer foams: a phase diagram study, Langmuir 2017, 33, 537-542
  A. Quell, T. Sottmann, C. Stubenrauch
  
• Monodisperse Polystyrene Foams via polymerization of foamed emulsions: structure and mechanical properties, PCCP 2017, 19, 5477-5485
  J. Elsing, T. Stefanov, M. D. Gilchrist, C. Stubenrauch