Synthetic Opals based on Block Copolymers

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Markus Gallei
• Subject Area: Preparatory and Physical Chemistry of Polymers
• Term: from 2014 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 264750759

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

In diesem Projekt wurde die Synthese ultrahochmolekularer Blockcopolmyere über die sequentielle Addition oder im One-Pot- und sequentiellen Verfahren verschiedener Monomere über die anionische Polymerisation studiert. Fokus der Arbeiten war das Design von Blockcopolymerfilmen im trockenen Zustand, die einen photonischen Effekt analog der Strukturfarben im kolloidalen Kristall oder eines 1-dimensionalen Bragg-Spiegels aufweisen. Die ganze Vielfalt der farbintensiven photonischen Blockcopolymere wurde an den folgenden Systemen erforscht:  Blockcopolymere in der Einschrittsynthese zur Ausbildung lamellarer Morphologien mit ausgeprägter paralleler Ausrichtung der Lamellen mit winkelabhängigen Reflexionsfarben (Polystyrol, Poly(4-methylstyrol), Polyisopren);  Blockcopolymere mit Kugelmorphologien bestehend aus Polymethylmethacrylat oder Poly(2-vinylpyridin) in einer Matrix aus Polystyrol;  Mizellare Blockcopolymersysteme in selektiven Lösungsmitteln für ein Blocksegement und die scherinduzierte Anordnung zur Herstellung photonischer Kristalle. Die hier etablierten Syntheserouten lieferten Zugang zu bisher kaum untersuchten Strukturfarben auf Basis von ultrahochmolekularen Blockcopolymeren mit Periodizitäten zur Interaktion mit Licht. Als eine Besonderheit im Vergleich zu den existierenden Arbeiten ist zu nennen, dass es hier erstmal gelungen ist, Blockcopolymer-Opale mit brillanten Farben im trockenen Zustand zu erhalten und zu verstehen. Dennoch blieb ein letzter Punkt offen: Trotz der geschaffenen Zugänglichkeit zu ultrahochmolekularen Blockcopolymeren, bei denen die Minoritätskomponente eine Kugelmorphologie ausbildete, gelang es nicht, explizit die Kugeln geordnet in einer Morphologie wiederzufinden. Hingegen gelang es, die Blockcopolymermizellen durch Scherung zu photonischen Kristallen mit winkelabhängigen und winkelunabhängigen Strukturfarben anzuordnen.

Publications

• A triblock terpolymer vs. blends of diblock copolymers for nanocapsules addressed by three independent stimuli. Polym. Chem. 2016, 7 (20), 3434-3443
  Behzadi, S.; Gallei, M.; Elbert, J.; Appold, M.; Glasser, G.; Landfester, K.; Crespy, D.
  
• Structure Formation of Metallopolymer-Grafted Block Copolymers. Macromolecules 2016, 49 (9), 3415-3426
  Rüttiger, C.; Appold, M.; Didzoleit, H.; Eils, A.; Dietz, C.; Stark, R. W.; Stühn, B.; Gallei, M.
  
• Multi-stimuli responsive block copolymers as a smart release platform for a polypyridyl ruthenium complex. Polym. Chem. 2017, 8 (5), 890-900
  Appold, M.; Mari, C.; Lederle, C.; Elbert, J.; Schmidt, C.; Ott, I.; Stühn, B.; Gasser, G.; Gallei, M.
  
• Anionic Copolymerization Enables the Scalable Synthesis of Alternating (AB)n Multiblock Copolymers with High Molecular Weight in n/2 Steps. ACS Macro Letters 2018, 7, 807-810
  Grune, E.; Appold, M.; Müller, A.H.E.; Gallei, M.; Frey, H.
  
• Isoprene/Styrene Tapered Multiblock Copolymers with up to Ten Blocks: Synthesis, Phase Behavior, Order, and Mechanical Properties. Macromolecules 2018, 51, 10246-10258
  Steube, M.; Johann, T.; Galanos, E.; Appold, M.; Rüttiger, C.; Mezger, M.; Gallei, M.; Müller, A.H.E.; Floudas, G.; Frey, H.
  
• One-Step Anionic Copolymerization Enables Formation of Linear Ultra-High Molecular Weight Block Copolymer Films Featuring Vivid Structural Colors in the Bulk State. ACS applied materials & interfaces 2018, 10, 18202−18212
  Appold, M.; Grune, E.; Frey, H.; Gallei, M.
  
• One-Step Block Copolymer Synthesis versus Sequential Monomer Addition: A Fundamental Study Reveals That One Methyl Group Makes a Difference. Macromolecules 2018, 51 (9), 3527-3537
  Grune, E.; Johann, T.; Appold, M.; Wahlen, C.; Blankenburg, J.; Leibig, D.; Müller, A. H. E.; Gallei, M.; Frey, H.
  
• Polyvinylpyridine-Grafted Block Copolymers by an Iterative All-Anionic Polymerization Strategy. Macromolecular Chemistry and Physics 2018, 219, 1700187
  Appold, M.; Rüttiger, C.; Kuttich, B.; Stühn, B.; Gallei, M.
  
• Anionic Grafting to Strategies for Functional Polymethacrylates: Convenient Preparation of Stimuli-Responsive Block Copolymer Architectures. Macromolecular Chemistry and Physics 2019, 1800548
  Appold, M.; Bareuther, J.; Gallei, M.
  
• Bio-Inspired Structural Colors Based on Linear Ultrahigh Molecular Weight Block Copolymers. ACS Applied Polymer Materials 2019, 1, 239-250
  Appold, M.; Gallei, M.
  
• Tapered Multiblock Copolymers Based on Isoprene and 4-Methylstyrene: Influence of the Tapered Interface on the Self-Assembly and Thermomechanical Properties. Macromolecules 2019
  Galanos, E.; Grune, E.; Wahlen, C.; Müller, A.H.E.; Appold, M.; Gallei, M.; Frey, H.; Floudas, G.
  
• Towards bio-based tapered block copolymers: the behaviour of myrcene in the statistical anionic copolymerisation. Polymer Chemistry 2019
  Grune, E.; Bareuther, J.; Blankenburg, J.; Appold, M.; Shaw, L.; Müller, A.H.E.; Floudas, G.; Hutchings, L.R.; Gallei, M.; Frey, H.