Rheologische Kontrolle von Mikroemulsionen durch multifunktionelle thermoresponsive Polymertenside
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt zielte auf eine temperaturabhängige Kontrolle der rheologischen Eigenschaften von Öl-in-Wasser (OW) Mikroemulsionen durch den Zusatz amphiphiler thermoresponsiver Blockcopolymere. Typischerweise werden diese durch Polymertenside mit einer BAB- Triblock-Architektur eingestellt (mit A = langer hydrophiler "Lasso"- und B = kurzer hydrophober "Anker"-Block). Die Viskosität derart modifizierter Mikroemulsionen fällt aber mit steigender Temperatur üblicherweise stark ab. Um dem entgegenzuwirken, wurde im Projekt einer der B-Blöcke durch einen thermoresponsiven B*-Block ersetzt. Bei Temperaturerhöhung sollte der B*-Block nach einem LCST-Phasenübergang von hydrophil zu hydrophob schalten und so zu viskositätserhöhenden netzwerkartigen Aggregaten führen. Entsprechend wurden im Projekt amphiphile Blockcopolymere mit thermoresponsiven Segmenten unter systematischer Variation von Architektur und LCST-Monomer synthetisiert. Deren Lösungen in Wasser und auch in Gegenwart von OW Mikroemulsionen wurden bezüglich ihres Fließverhaltens und der vorliegenden Strukturen temperaturabhängig untersucht. Die strukturelle Aufklärung erfolgte dabei insbesondere durch Anwendung von Licht- und Neutronenstreuung sowie kyrogener Transmissionselektronenmikroskopie und Fluoreszenzmethoden. Die Kombination dieser Ergebnisse zeigte, dass mit dem verfolgten Konzept der gemischt permanenten und schaltbaren hydrophoben Ankerblöcke sowohl eine temperaturabhängige Aggregation der Polymertenside erreicht werden kann, als sich auch das rheologische Verhalten durch die spezifische Copolymerarchitektur gezielt einstellen lässt, d.h. der normale Viskositätsabfall bei steigender Temperatur kann unterbunden werden und es kann sogar ein Viskositätsanstieg erreicht werden. Unsere Untersuchungen zeigten hierbei eine starke Abhängigkeit dieses Effektes von der Architektur der verwendeten Copolymere und von der Art des LCST-Blockes. Oberhalb einer charakteristischen Temperatur (LCST) bilden diese Blöcke neue hydrophobe Domänen aus, deren Vernetzung die beobachtete Erhöhung der Viskosität erklärt. Insgesamt haben wir hiermit also ein funktionierendes Konzept zur gezielten Anhebung der Viskosität bei steigender Temperatur belegt, bei dem sich der Viskositätsverlauf als Funktion der Temperatur über die Wahl des amphiphilen Copolymers steuern lässt. Dieses grundlegende Konzept sollte dann auch allgemeiner einsetzbar sein und sich auf andere wässrige Systeme von Interesse übertragen lassen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Thermoresponsive Block Copolymers from One-Pot Sequential RAFT Polymerizations and their Self- Assembly in Aqueous Solution. 14th European Detergency Conference EDC, 10.10.2018, Berlin
M. Hechenbichler, C. Henschel, C. Herfurth, A. Laschewsky, B. von Lospichl & M. Gradzielski
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Controlling Self-Assembly of Thermo-responsive Amphiphilic Block Copolymers by Variation Chemical Structure and Architecture. Polydays 2019: Polymer Science and Engineering in View of Digitalization, 11- 13.09.2019, Berlin
M. Hechenbichler, M. Gradzielski, C. Henschel, A. Laschewsky, B. von Lospichl & A. Prause
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Influence of Chemical Structure and Architecture on Self-Assembly of Thermo-responsive Amphiphilic Block Copolymers. 49th Biennial Meeting of the German Colloid Society, Congress on "Complex Fluids", 23-25.09.2019, Stuttgart.
M. Hechenbichler, M. Gradzielski, C. Henschel, A. Laschewsky, B. von Lospichl & A. Prause
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Self-Assembly of Thermo-responsive Amphiphilic Block Copolymers. 15th European Detergency Conference EDC, 23.10.2019, Berlin.
M. Hechenbichler, C. Henschel, B. von Lospichl, A. Prause, M. Gradzielski & A. Laschewsky
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Structural Investigation of Thermo-responsive Block Copolymers with Microemulsions in Water. 15th European Detergency Conference EDC, 23.10.2019, Berlin
A. Prause, M. Hechenbichler, B. von Lospichl, A. Laschewsky & M. Gradzielski
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Poly(N,N-bis(2-methoxyethyl)acrylamide), a thermoresponsive non-ionic polymer combining the amide and the ethyleneglycolether motifs. Colloid and Polymer Science, 299(2), 205-219.
Hechenbichler, Michelle; Laschewsky, André & Gradzielski, Michael
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Self-Assembly of Thermo-responsive Block Copolymers with Varying Chemical Structure and Architecture. Makromolekulares Kolloquium Freiburg, 26-28.02.2020, Freiburg.
M. Hechenbichler, M. Gradzielski, C. Henschel, A. Laschewsky, B. von Lospichl & A. Prause
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A Fluorescence Study on the Self-Assembly of Thermo-responsive Amphiphilic Block Copolymers. 32. Tag der Chemie des Verbands der Chemischen Industrie VCI Nordost, 06.07.2021, Universität Potsdam, Potsdam
M. Hechenbichler, M. Gradzielski & A. Laschewsky
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Interaction of microemulsion droplets with hydrophobically modified thermo-responsive blockpolymers. 15th European Detergency Conference EDC (virtual), 13.10.2021, Berlin
A. Prause, M. Hechenbichler, R. F. Schmidt, A. Laschewsky & M. Gradzielski
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Network vs. Flowers: A Fluorescence Study on the Self-Assembly of Thermo-responsive Amphiphilic Block Copolymers. Makromolekulares Kolloquium Freiburg, 26.02.2021 (Virtual), Freiburg.
M. Hechenbichler, M. Gradzielski & A. Laschewsky
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Self-Assembly of Thermo-responsive Associative Thickener Block Copolymers. 2nd Virtual Polymer Conference 19-21.04.2021, organized by Åbo Akademi University (Finland).
A. Laschewsky, M. Hechenbichler, A. Prause & M. Gradzielski
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Thermoresponsive Self-Assembly of Twofold Fluorescently Labeled Block Copolymers in Aqueous Solution and Microemulsions. Langmuir, 38(17), 5166-5182.
Hechenbichler, Michelle; Prause, Albert; Gradzielski, Michael & Laschewsky, André
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Aggregation Behavior of Nonsymmetrically End-Capped Thermoresponsive Block Copolymers in Aqueous Solutions: Between Polymer Coils and Micellar States. Macromolecules, 55(13), 5849-5863.
Prause, Albert; Hechenbichler, Michelle; von Lospichl, Benjamin; Feoktystov, Artem; Schweins, Ralf; Mahmoudi, Najet; Laschewsky, André & Gradzielski, Michael
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Exploring Thermoresponsivity and Co-nonsolvency beyond Poly(N-isopropylacrylamide). 105th Canadian Chemistry Conference & Exhibition CCCE 2022, 13-17.06.2022, Calgary (Alberta, Canada).
A. Laschewsky, M. Gradzielski, P. Müller-Buschbaum & C. M. Papadakis
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Rheological Control of Aqueous Dispersions by Different Types of Thermo-responsive BAB* Copolymers. 51st Biennial Assembly of the German Colloid Society, 28-30.09.2022, Berlin.
A. Prause, M. Hechenbichler, R. F. Schmidt, A. Laschewsky & M. Gradzielski
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Rheological Control of Aqueous Dispersions by Thermoresponsive BAB* Copolymers of Different Architectures. Macromolecules, 56(1), 104-121.
Prause, Albert; Hechenbichler, Michelle; Schmidt, Robert F.; Simon, Miriam; Prévost, Sylvain; Cavalcanti, Leide P.; Talmon, Yeshayahu; Laschewsky, André & Gradzielski, Michael
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Thermo-responsive Polymeric Amphiphiles as "Smart" Rheology Modifiers for Aqueous Solution and Microemulsions. 18th European Detergency Conference EDC, 26.10.2022, Berlin.
A. Laschewsky, M. Hechenbichler, A. Prause & M. Gradzielski
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Improving the Rheological Properties of microemulsion droplets using thermo-responsive blockpolymers. 18th Zsigmondy Colloquium 2023, 4-6. April 2023, Berlin.
A. Prause, M. Hechenbichler, R. F. Schmidt, A. Laschewsky & M. Gradzielski
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Modifying Rheological Properties of Microemulsion Droplets through the Use of Thermoresponsive Block Copolymers. 19th European Detergency Conference EDC, 25.10.2023, Berlin
A. Prause, M. Hechenbichler, R. F. Schmidt, A. Laschewsky & M. Gradzielski
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Modifying the Properties of Microemulsion Droplets by Addition of Thermoresponsive BAB* Copolymers. Langmuir, 39(5), 2022-2035.
Prause, Albert; Hechenbichler, Michelle; Schmidt, Robert F.; Prévost, Sylvain; Cavalcanti, Leide P.; Laschewsky, André & Gradzielski, Michael
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Phase behavior and structure of a biocompatible microemulsion based on Tween 20, 2-ethylhexylglycerine and isopropyl palmitate in water. Colloid and Polymer Science, 301(7), 753-762.
Schmidt, Robert Franz; Prause, Albert; Prévost, Sylvain; Doutch, James & Gradzielski, Michael
