Untersuchungen zur Dynamik von linearen und sternförmigen Polymeren in konzentrierten Polymerlösungen und -netzwerken

• Antragsteller: Professor Dr. Wilhelm Oppermann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 27152959

• Erstellungsjahr: 2011

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Fokus des Vorhabens stand die molekulare Dynamik in halbkonzentrierten, d.h. locker verschlauften Polymersystemen. Ein zentrales Problem in diesem Kontext ist die Anwendbarkeit der Reptationshypothese im Übergangsbereich von einem hochkonzentrierten System zu einer verdünnten Lösung. Dazu wurden experimentelle Untersuchungen mittels Fluorescence Recovery after Photobleaching (FRAP) sowie Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) durchgeführt. Die Diffusion von geeignet fluoreszenzmarkierten, flexiblen, linearen und sternförmig verzweigten Makromolekülen bzw. starren Nanopartikeln in halbkonzentrierten Polymeriösungen bzw. in entsprechenden kovalent vernetzten Systemen wurde studiert. Die stoffliche Basis für diese Untersuchungen bilden Lösungen bzw. Netzwerke aus Polyacrylamid in Wasser sowie solche von Polystyrol in Toluol. Hierin wurden fluoreszenzmarkierte Polymere oder Nanopartikel eingelagert. Um den Übergang von einer Lösung zu unterschiedlich stark vernetzten Systemen an einer Probe realisieren zu können, wurden die Matrixpolymere so funktionalisiert, dass eine gezielte photochemische Vernetzung möglich war. Die FRAP-Messungen ließen sich mit sehr guter Reproduzierbarkeit durchführen und auswerten. Die Ergebnisse lassen sich unter bestimmten Voraussetzungen in gute Übereinstimmung mit den Ideen der Reptation bringen. Verhalten nach der Reptationstheorie kann in halbverdünnten Lösungen beobachtet werden, wenn die Molmasse der Matrix signifikant größer ist als die Molmasse der linearen Tracer-Polymere. Zusätzlich müssen die Tracer-Ketten selbst eine gewisse Größe besitzen, um in geeigneten halbverdünnten Lösungen und Gelen Reptationsverhalten zeigen zu können. FCS-Messungen haben ebenfalls wichtige Erkenntnisse erbracht. Hierbei zeigte sich allerdings, dass noch weitere Untersuchungen zum grundlegenden Verständnis der Methode selbst angezeigt sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Amine-Functionalized Polyacrylamide for Labeling and Crosslinking Purposes. Macromol. Chem. Phys. 208, 1744-1752 (2007)
  S. Seiffert, W. Oppermann
  
• Hydrogel formation by photocrosslinking of dimethylmaleimide functionalized Polyacrylamide. Polymer 48, 5599-5611 (2007)
  S. Seiffert, W. Oppermann, K. Saalwächter
  
• Diffusion of linear macromolecules and spherical particles in semidilute polymer solutions and polymer networks. Polymer 49, 4115-4126 (2008)
  S. Seiffert, W. Oppermann
  
• Systematic evaluation of FRAP experiments performed in a confocal laser scanning microscope - Part 2: Multiple diffusion processes. J. Microscopy 230, 353-362 (2008)
  G.I. Häuser, S. Seiffert, W. Oppermann
  
• A New Method To Generate Polystyrene Gels. Macromolecules 42, 9195-9198 (2009)
  M. Susoff, W. Oppermann
  
• Dynamics of Labeled Linear Polystyrenes in Semi-Dilute Polystyrene Matrices in the Uncross-Linked and Cross-Linked States. Macromol. Symp. 291-292. 212-220 (2010)
  M. Susoff, W. Oppermann
  
• Influence of Cross-Linking on Probe Dynamics in Semidilute Polystyrene Systems. Macromolecules 43, 9100-9107 (2010)
  M. Susoff, W. Oppermann