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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-65247
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/6524/


Zillessen, Andreas

Synthese und Charakterisierung von photovernetzbaren Polystyrol-Modellkolloiden

Synthesis and characterisation of photocrosslinkable polystyrene model colloids

Dokument1.pdf (4.219 KB) (md5sum: 2709975ed72b1045519ed71afdd5c14a)

Kurzfassung in Deutsch

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene photovernetzbare Kolloide synthetisiert und charakterisiert. Das erste hergestellte System basiert auf der Funktionalisierung von Polystyrol-Mikrogel-Kolloiden mit Benzophenon. Die Kolloide wurden mittels Emulsionspolymerisation hergestellt. Die Funktionalisierung der Kolloide mit Benzophenon erfolgte durch eine polymeranaloge Friedel-Crafts-Benzoylierung. Benzophenon kann bei UV-Bestrahlung zur radikalischen Vernetzung von Polymeren genutzt werden. Als zweites System wurden PS-Kolloide mit einem Coumarin-Derivat funktionalisiert. Die Partikel wurden mittels Emulsionspolymerisation von Styrol und einem Coumarin-Acrylat synthetisiert. Bei Belichtung mit UV-Strahlung kann Coumarin in einer [2+2]-Cycloaddition dimerisieren, was zur interpartikulären Vernetzung der Kolloide genutzt werden kann. Bei beiden Systemen konnte mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) nach Belichtung einer Dispersion der Kolloide unter Zusatz von linearem Polystyrol (PS), das attraktive Kräfte zwischen den Kolloiden induziert, interpartikulären Photovernetzung der Kolloide beobachtet werden. Ohne den Zusatz des linearen PS konnte keine Photovernetzung beobachtet werden. Mit Hilfe von optischer Mikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie wurden die Gestalt und die innere Struktur der eingefrorenen Kolloidcluster untersucht. Zusätzlich wurde der Einfluss der Konzentration des linearen PS auf den Photovernetzungsprozess eingehend analysiert. Bei beiden Systemen nimmt die Geschwindigkeit der Photovernetzung exponentiell mit der Konzentration an freiem Polymer zu. Aus den DLS-Messungen konnten die Teilchengrößenverteilungen der Cluster ermittelt werden. Die Entwicklung der Clustergrößenverteilungen mit der Belichtungszeit bei verschiedenen Konzentrationen von freiem Polymer wurde mit Computersimulationen aus der Literatur verglichen. Zusätzlich wurde der Einfluss des Lösungsmittels auf den Photovernetzungsprozess untersucht.
In Zusammenarbeit mit Kirsten Schwekendiek von der Universität Kiel wurden Polystyrol-Kolloide mit einem Tymidinmannosid funktionalisiert, so dass die Kolloide in Wasser sterisch stabilisiert waren. Bei diesen Kolloiden konnte die [2+2]-Cycloaddition von Thymidin zur interpartikulären Photovernetzung genutzt werden. Die Photovernetzung in Wasser konnte nach Zusatz von Polyethylenglykol, das attraktive Kräfte zwischen den Partikeln induziert, mittels DLS beobachtet werden. Neben ihrer Photovernetzbarkeit wurde die Wechselwirkung dieser Kolloide mit E. coli Bakterien untersucht. Durch Adhäsion der Bakterien an die Partikeloberfläche kommt es zur Ausbildung von großen Netzwerken aus Kolloiden und Bakterien. Diese Aggregatbildung wurde mittels optischer Mikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie untersucht.


Kurzfassung in Englisch

In the context of this work different photocrosslinkable model colloids have been synthesized and characterized. The first system was based on polystyrene microgel colloids, which were functionalized with benzophenone. The colloids were synthesized by an emulsion polymerisation procedure. The functionalization of the colloids were performed by an polymeranalogous Friedel-Crafts-benzoylation. Under UV irradiation benzophenone can be used to photocrosslink polymers via a radical mechanism. For the second system of photocrosslinkable colloids polystyrene colloids were functionalized with a coumarin derivative. The particles were synthesized by an emulsionpolymersiation of styrene and a coumarin acrylate. Under UV irradiation coumarin can undergo a dimerisation by a [2+2]-cycloaddition, which can be used to interparticularly crosslink the colloids. With both systems photocrosslinking of the colloids under UV irradiation could be measured by dynamic lightscattering after the addition of linear polystyrene, which introduces short-ranged attractive forces between the colloids. Without the addition of the linear polystyrene no photocrosslinking could be measured. By means of optical microscopy and scanning electron microscopy the shape and the inner structure of the colloidal clusters was examined. In addition the influence of the concentration of linear polystyrene on the photocrosslinking process was investigated. With both systems the velocity of the crosslinking process increases exponentially with the free polymer concentration. By analysis of the dynamic light scattering measurements the particles size distribution of the clusters at different irradiation times was determined. The development of the particles size distributions were compared with computer simulation made by Puearts et. al.. Additionally the influence of different solvents on the photocrosslinking process was examined.
In cooperation with Kirsten Schwekendiek from the Universtät Kiel polystyrene colloids have been functionalized with thymidine mannoside, so that the colloids were sterically stabilized in water. The UV initiated [2+2]-cycloaddition of thymidine can also be used to interparticularly crosslink the colloids. The photocrosslinking of the colloids was performed in water after the addition of polyethyleneglycol, that introduces attractive forces between the colloids. Besides the crosslinking properties the interaction of the functionalized colloids with E.coli bacteria was investigated. By adhesion of the bacteria on the surfaces of the colloids large networks of colloids and bacteria are formed. The formation of the aggregates was examined by optical and transmission electron microscopy.


SWD-Schlagwörter: Polymere , Latex , Kolloid , Kolloidchemie
Freie Schlagwörter (englisch): polymers , latex , colloids , colloidal chemistry
Institut: Institut für Makromolekulare Chemie
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Bartsch, Eckard (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.05.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 18.06.2009
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