Mikrofluidische Synthese von Multiskalen-Polymer-Komposit-Partikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Johann Michael Köhler
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258420769

Das Gesamt-Vorhaben hat das Ziel, eine allgemeine Strategie für die Synthese von Multiskalen-Polymer-Kompositpartikeln zu entwickeln, in denen anorganische und organische Nanopartikeln in spezielle Domänen von Polymermikropartikeln eingebaut werden. Solche Partikel könnten in Zu-kunft z.B. als Mikromarker, als primäre Mikrotransducer und als Kombinationskatalysatoren An-wendung finden. Im Fortsetzungszeitraum sollen die erfolgreichen Schritte zum Aufbau von zu-sammengesetzten Partikeln mit zwei und drei Organisationsniveaus auf bis zu fünf Organisations-niveaus übertragen werden. Dabei sollen wiederum kontinuierliche Mikrodurchflussverfahren zum Einsatz kommen. Diese dienen zum einen dazu, Multi-Domänen-Polymermikropartikel herzustel-len, zum anderen die einzubauenden organischen und anorganischen Nanopartikel mit wohldefi-nierten Geometrien, Zusammensetzungen und engster Größenverteilung zu präparieren. Die Komposit-Mikropartikel werden nach Vernetzung von Multidomänentropfen bzw. Mikrofluidseg-menten vorzugsweise durch photochemische Polymerisation der Matrix innerhalb von Mikrokapilla-ren bzw. Mikrokanalreaktoren erhalten. Die erforderliche Regularität wird durch die hochreprodu-zierbare Fluiddynamik bei der Generierung und den Transport von Mikrofluidsegmenten und Trop-fen, durch Cross-Flow, Co-Flow und Flow-Fokussing-Anordnungen erreicht. Die Oberflächenkopp-lung von Molekülionen, die gezielte Reduktion von Oberflächenladungen und die Überkompensati-on von Ladungen durch Bindung von antagonistisch geladenen polyionischen Molekülen werden eingesetzt, um eine gesteuerte Aggregation einer begrenzten Anzahl von Partikeln zu größeren Partikeln zu erreichen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es zu zeigen, dass sich hierarchisch auf-gebaute Partikel unterschiedlicher Zusammensetzung auf der Grundlage einer allgemeinen Stra-tegie auf Basis kontinuierlicher Mikrodurchflussprozesse erzeugen lassen. Die Synthesen sollen auch demonstrieren, dass mikroreaktionstechnischen Anordnungen und Methoden gut geeignet sind, um völlig neue Typen von Kompositmaterialien zu erzeugen. Damit soll ein wichtiger Beitrag zum bottom-up-Konzept und zur Nutzung der Möglichkeiten der großen kombinatorischen Vielfalt für zusammengesetzte Partikel im Nano- und Mikrometerbereich geleistet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen