| Zusammenfassung: | Funktionspolymere (stimuli responsive polymers, engl.) haben viel Aufmerksamkeit in der Forschung und Industrieanwendungen auf sich gezogen wegen ihrem großem Potenzial als sogenannte smart materials (intelligente Werkstoffe). Diese sind insbesondere weitverbreitet in Bio-Anwendungen wie z.B. in Arzneimittel oder Gewebe-Engineering, sowie auch in Mikroroboter, Sensoren, Antriebe, und Membrane mit ... Funktionspolymere (stimuli responsive polymers, engl.) haben viel Aufmerksamkeit in der Forschung und Industrieanwendungen auf sich gezogen wegen ihrem großem Potenzial als sogenannte smart materials (intelligente Werkstoffe). Diese sind insbesondere weitverbreitet in Bio-Anwendungen wie z.B. in Arzneimittel oder Gewebe-Engineering, sowie auch in Mikroroboter, Sensoren, Antriebe, und Membrane mit umschaltbaren Porengröße. Poly oligo Ethylenoxid Methacrylate (POEOMAs) sind populär wegen ihrer Biokompatibilität und verstellbarer Thermoempfindlichkeit. Diese Polymere weisen ein großes Bereich unterer kritischen Lösungstemperaturen (LCST) auf, zwischen 26-90 °C in Wasser, abhängig von der Anzahl der Ethylenoxide (EO) in der Seitenkette. Die LCST kann linear angepasst werden durch die einfache Copolymerisation zweier OEOMAs mit verschiedener Anzahl von EOs und durch die Einstellung der Copolymer-Zusammensetzung. Außerdem, ist die Abhängigkeit der LCST von Additive wie Salz oder Wasser geringer für POEOMAs im Vergleich zu anderen Funktionspolymere, was diese umso mehr interessanter für physiologische Anwendungen macht. Die Synthese und Lösbarkeitsverhalten der POEOMAs werden in dieser Arbeit gründlich untersucht. Darüber hinaus, wird der Einfluss verschiedener Additive wie Salze, Netzmittel, und Ethanol als organischer polares Lösungsmittel studiert. Ergebnisse von dynamischer Lichtstreuung zeigen (DLS), dass die LCST abhängig von der Struktur des Copolymers ist und sich leicht durch die Additive verändert. Gute Co-Lösungsmittel wie Ethanol können die LCST durch die Auflösung der kollabierten Copolymer-Ketten erhöhen. Derselbe Einfluss wird für Netzmittel beobachtet, welche die Polymerlösung durch die Verhinderung der Aggregation stabilisieren. Über eine gewisse Konzentration des Netzmittels, abhängig von der Polymerarchitektur, ist die Lösung temperaturübergreifend stabil und kein LCST wird aufgewiesen.
Block-Copolymerisation wird oft benützt um die Eigenschaften zu verbessern und den Anwendungsbereich von Polymere zu erweitern. Außerdem, können Block-Copolymere sich selbst in Bulk zusammenstellen oder in einem selektiven Lösungsmittel um nanostrukturierte, schaltbare Materialien zu bilden. Block-Copolymerisation von OEOMAs mit einem herkömmlichen Monomer wie Styren reduziert nicht nur die Herstellungskosten drastisch und macht sie somit viel interessanter für Industrieanwendungen, sondern verleiht diesen auch Amphiphilie und damit die Möglichkeit in der Herstellung intelligenter Membrane eingesetzt zu werden.
Polystyren-b-Poly[di(ethylenoxid) Methylethermethacrylat] (PS-b-PMEO2MA) Diblock Copolymere und Polystyren-b-Poly[di(ethyleneoxid) Methylethermethacrylat]-stat-Oligo(ethylenoxid) Methylethermethacrylat] [PS-b-P(MEO2MA-stat-OEOMA)] Diblock Terpolymere mit hohem Molekulargewicht und niedriger Dispersität werden zum ersten Mal synthetisier durch eine Kombination aus streng kontrollierter anionischen Polymerisation and Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP). Obwohl kontrollierte Polymerisationstechniken wie ATRP sich als einfache Methoden für die Synthese von POEOMA und derer Block-Copolymere erwiesen, können diese meistens der Polymere nicht hohe Molekularmassen auf einer kontrollierten Art zuteilen. Deshalb sind für Anwendungen in welchen ein hohes Molekulargewicht notwendig ist, wie z.B. in Membrane für Nano- und Ultrafiltration, präzisere Methoden wie die anionische Polymerisation vorteilhafter. In dieser Arbeit wird eine Kombination aus anionischer Polymerisation mit ATRB angewendet um Block-Copolymere zu synthetisieren. Diese Methode ermöglicht Polystyren Majoritäts-Blöckee mit hohem Molekulargewicht und einer sehr geringen Dispersität. Außerdem ermöglicht es die Synthese von POEOMAs durch ATRP. Als Ergebnis davon, können durch diese flexible Methode statistische und Gradient-Copolymere als zweiter Block synthetisiert werden.
PS-b-POEOMAs Block Copolymere weisen geregelte selbst zusammengestellte hexagonal gepackte Zylinder ihres eigenen Minoritätsblocks (POEOMA) in Bulk-Morphologie auf. Die Block Copolymere mit hohem Molekulargewicht (>100 kDa) und einer hohen Anzahl an hydrophilem Block (PMEO2MA or P(MEO2MA-stat-OEOMA)) weisen eine senkrecht orientierte zylindrische Morphologie auf, während geringeres Molekulargewicht, oder ein geringerer Anteil an hydrophilem Block ein Gemisch aus senkrechten und waagerechten Zylinder erzeugt. Diese bemerkenswerte Selbst-Zusammenaufstellung der PS-b-POEOMA bietet die Möglichkeit sehr aussichtreichen Anwendungen für dieser außerordentlichen Block-Copolymere in Nanolithographie und Membrantechnologie. Um das Potenzial dieser Block-Copolymere für Membranvorbereitung zu untersuchen, wurde eine Kombination aus selbst-zusammenaufstellbaren und nicht-lösbarer induzierten Phasenseparation (SNIPS) Technik auf PS-b-PMEO2MA und PS-b-P(MEO2MA-stat-OEOMA) angewendet. Hoch geordnete integral asymmetrische Membrane mit Temperaturempfindlichkeit und verstellbare Porengröße wurden hergestellt. Der Einfluss verschiedener Parameter wie Lösungsmittelvermischung, Lösungskonzentration, Evaporationsdauer, Molekulargewicht des Block-Copolymers und Block-Anteil, sowie auch der Einfluss des Fällungsmittels auf die Oberflächenstruktur der hergestellten Membrane wurden studiert. Die resultierende geregelte Struktur mit hoher Selektivität der oberen Membranschicht mit einer porösen, schwammartigen Struktur der Unterschicht weist somit eine vielversprechende Anwendbarkeit des PS-b-POEOMA in der Membranherstellung durch SNIPS als eine unkomplizierte Methode. Solche Membrane können in der Wasserreinigung, Proteintrennung sowie auch weitere Bio-Anwendungen angewendet werden. |
