Kinetik der Aggregation in thermoresponsiven Polymerlösungen bei Drucksprüngen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Christine M. Papadakis
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403786900

Das geplante Forschungsvorhaben untersucht den Zusammenhang zwischen der Hydratisierung thermoresponsiver Polymere in wässriger Lösung und der Kinetik ihrer Aggregation bei Drucksprüngen aus dem Ein- ins Zweiphasengebiet. Nichtgeladene thermoresponsive Polymere weisen als Funktion der Temperatur und des Drucks ein Phasendiagramm mit ellipsenförmiger Koexistenzlinie auf. Es ist bekannt, dass unter Hochdruck die hydrophobe Hydratisierung der Polymere am Phasenübergang weniger stark abnimmt als bei Atmosphärendruck. Außerdem spielen die Wasserstoffbrückenbindungen der polaren Gruppen eine wichtige Rolle für den Phasenübergang. Drucksprünge über die Phasengrenze hinweg bieten als Alternative zu Temperatursprüngen die Möglichkeit, die Kinetik der Aggregation zu charakterisieren und mit demHydratisierungszustand in Bezug zu setzen. Im Gegensatz zu Temperatursprüngen sind auch die Frühstadien zugänglich. Außerdem kann in den umgekehrten Drucksprüngen die Auflösung der Aggregate zeitaufgelöst untersucht werden. Hierfür sollen zeitaufgelöste Lichttransmissions¬messungen sowie die zeitaufgelöste Neutronen- und Röntgenkleinwinkelstreuung eingesetzt werden. Ergänzend sollen die Wechselwirkungen Polymer/Wasser mit Raman-Spektroskopie in Abhängigkeit von der Temperatur und des Drucks untersucht werden. Drei Systeme stehen im Fokus: (A) PNIPAM, (B) PNIPMAM und (C) PS-b-PNIPAM Diblockcopolymere, jeweils in wässriger Lösung. System A dient als Referenzsystem, an dem wir schon zahlreiche statische Untersuchungen durchgeführt haben. System B weist bei Atmosphärendruck am temperatur-induzierten Phasenübergang zweistufiges Verhalten auf, was auf die gegenüber PNIPAM verstärkten hydrophoben Wechselwirkungen zurückzuführen ist. System C bildet Mizellen mit thermoresponsiver Schale, und die Erkenntnisse von System A können auf dieses selbstassemblierte System angewandt werden. Durch die Charakterisierung des Aggregatwachstums sollen jeweils die Wachstumsmechanismen, die Energiebarrieren und Kollisionszeiten der Aggregate bestimmt werden und mit der Hydratisierung in Bezug gesetzt werden. So wird ein Zusammenhang zwischen den molekularen Wechselwirkungen und der Kinetik auf mesoskopischer Längenskala ermittelt und auch auf ein komplexeres System angewandt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alfons Schulte