Temperature-induced swelling/shrinking behavior of adsorbed PNIPAM microgels

Abstract

Die Doktorarbeit beschäftigt sich mit dem Verhalten von adsorbierten Mikrogelen. Die Mikrogele wurden durch Emulsionspolymerisation ohne Tenside synthetisiert. N-isopropylacrylamid (NIPAM) wurde als Monomer, N, N-methylenbisarcylamide (BIS) als Quervernetzter, Kaliumperoxidesulfate als Starter und Acrylsäure (AAc) wurde als Comonomer benutzt. Für reine PNIPAM Mikrogele findet bei einer Temperatur ca. 32°C ein Phasenübergang statt. Unter dieser Temperatur ist Wasser ein gutes Lösungsmittel, was bedeutet, dass sich die Mikrogelen in einem gequollenen Zustand befinden. Steigt die Temperatur über 32°C, kollabieren die Mikrogele, was bedeutet, dass Wasser die Eigenschaft eines „schlechten“ Lösungsmittels besitzt. Durch den Anteil von Comonomeren und Quervernetzter kann die Übergangstemperatur gesteuert werden. Aufgrund der schnellen Reaktionszeiten durch Änderungen der äußeren Bedingungen besitzen die Mikrogele ein hohes Anwendungspotential. Sie können im dem Medikamententransport, der Emulsionsstabilisierung, der Wasserspeicherung usw. eingesetzt werden. Des Weiteren sind Mikrogele sehr interessant für die funktionalen Beschichtungen. In dieser Arbeit wurden Mikrogele mit unterschiedlichen Anteilen von AAc und BIS präpariert. In erster Linie wurde deren Quellverhalten in der Volumenphase untersucht. Es wurde festgestellt, dass die durch AAc modifizierten Mikrogele zeigen einen zweistufigen Übergang zeigen. Der zweite Übergang findet bei einer Temperatur von ca. 40°C statt. Dieser wird für Mikrogele mit höheren AAc Anteilen deutlicher. Hauptsächlich beschäftigt sich die Arbeit mit den zwei Fragen: wie hängt die Anzahl von adsorbierten Mikrogelen von den verschiedenen Parametern wie dem pH-Wert, der Konzentration der Mikrogele, der Rotationsgeschwindigkeit während der Adsorption, dem Alkoholanteil in der Mikrogeldispersion ab und wie verhalten sich die adsorbierten Mikrogele? Es wurde festgestellt, dass sich die Anzahl von adsorbierten Mikrogelen bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten erhöht. Der Abstand zwischen den Mikrogelen kann auch durch die Ethanolkonzentration variiert werden. Um das thermoinduziertes Verhalten von adsorbierten Mikrogelen zu untersuchen, wurden die Mikrogele in Flüssigkeit mittels Rasterkraftmikroskopie untersucht. Es wurde festgestellt, dass der zweite Übergang für adsorbierte Mikrogele verschwindet. Die adsorbierten Mikrogele sind nur bei neutralen pH-Werten stabil. Sie reagieren stark auf die Ionenstärke der Lösung und Alkoholkonzentration. Die Präparationsmethode und -temperatur beeinflussen die Große von adsorbierten Mikrogelen und deren Quellverhalten.