Electrochemical switching and synthesis of microgels

  • Elektrochemisches Schalten und Synthese von Mikrogelen

Schneider, Sabine; Plamper, Felix Alois (Thesis advisor); Richtering, Walter (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Stimuli-responsive Polymere ändern ihre Eigenschaften unter dem Einfluss eines externen Triggers. Dabei werden elektrosensitive Systeme, trotz der einfachen und präzisen Steuerbarkeit des elektrochemischen Stimulus, weniger häufig untersucht als z.B. pH- oder temperatur-responsive Systeme. Dies gilt auch für Mikrogele, welche meist sphärische, vernetzte Polymernetzwerke im Bereich von Nano- zu Mikrometern sind. Die Kontrolle über die Verteilung von funktionellen Comonomeren innerhalb solcher Mikrogele ist entscheidend für die Entwicklung maßgeschneiderter Eigenschaften. Beachtung finden hier auch weiche, anisotrope Kolloide, welche spannende Bauteile in Selbstassemblierungsprozessen darstellen. In vorherigen Arbeiten wurden Poly(N-isopropylacrylamid-co-Vinylferrocen) (P(NIPAM-co-VFc))-Mikrogele mit einem VFc-reichen Kern und einer NIPAM-reichen Schale synthetisiert. In dieser Arbeit wurde das Syntheseprotokoll dieser einschrittigen Synthese unter Zuhilfenahme eines Modells angepasst, um verschiedene Verteilungen von VFc zu realisieren. Ausgehend von diesem effizienten, modellbasierten Synthesedesign konnten Mikrogele mit einer homogenen VFc-Verteilung und einer VFc-reichen Schale synthetisiert werden. Die elektrochemische Adressierbarkeit der VFc-Einheiten wurde dabei durch die Verlagerung vom Kern in die Schale in organischen Lösemitteln deutlich verbessert. In wässriger Lösung scheint die geringe Dynamik in den VFc-reichen Stellen die elektrochemische Adressierbarkeit zu behindern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die ortsaufgelöste Elektroabscheidung zur Synthese von anisotropen Mikrogelen betrachtet. Verschiedene Polymersysteme und Elektrodeneigenschaften wurden untersucht. Die Elektroabscheidung von drei quaternisierten Homopolymeren Poly[2-(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammoniumchlorid, (PMOTAC), Poly[2-(acryloyloxy)ethyl]trimethylammoniumchlorid (POTAC) und Poly[3-(methacrylamido) propyl]trimethylammoniumchlorid (PMAPTAC) und ihren Copolymeren mit N-(3-Amino-propyl)methacrylamidhydrochlorid (APMA) wurde analysiert. P(MAPTAC-co-APMA) wurde in einem zusätzlichen Schritt mit thermisch vernetzbaren Gruppen erweitert, um die Struktur der abgeschiedenen Polymerfilme erhalten zu können. Die Untersuchung verschiedener Materialien ergab, dass Platinringelektroden, die in eine mit Polyethylenglycol-Bürsten silanisierte Siliziumdioxidmatrix eingebettet sind, am besten für die ortsaufgelöste Elektroabscheidung geeignet sind. Wenn diese Elektroden von oben in die Polymerlösung getaucht werden, scheint die Elektrodenform die Form des resultierenden Polymerfilms zu diktieren. Mit zunehmendem Ladungstransfer scheitert die Erhaltung des Ringhohlraums, da die Adhäsion des Polymerfilms auf der isolierenden Siliziumdioxidschicht nicht vollständig verhindert werden kann.

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