DFG-DST Projekt: Stimuli-Responsive Mikrogele mit kovalenten und dynamischen ionischen Vernetzungen: Synthese und Verhalten in wässrigen Lösungen

• Antragsteller: Professor Dr. Andrij Pich
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323308141

Ziel dieses Projektes ist die Synthese einer Reihe von molekularen zwitterionischen Bausteinen und die Entwicklung neuer Syntheseprotokolle für die Herstellung von Mikrogelen mit einer kontrollierten Verteilung und hohen Beladung an zwitterionischen Gruppen. Für diese zwitterionischen Mikrogele soll der Zusammenhang zwischen molekularer Struktur und stimuli-responsivem Verhalten in wässriger Lösung untersucht werden.Wir beabsichtigen die Synthese reaktiver zwitterionischer Bausteine mit einer genau kontrollierten molekularen Struktur (chemische Struktur der zwitterionischen Gruppen) und einstellbarer Größe (Monomer oder Makormonomer). Mithilfe verschiedener Polymerisationsmethoden werden thermoresponsive Mikrogele auf Basis von N-vinylcaprolactam (VCL), N-vinylpiperidone (VPP) und N-vinylpyrolidone (VPR), mit variablen Mengen und kontrollierter Verteilung (Zufällig gegen Kern-Schale) an zwitterionischen Gruppen, synthetisiert.Die synthetisierten Mikrogele werden sich durch zwei einzigartige Eigenschaften auszeichnen. Sie werden sowohl eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) (Aufgrund der zwitterionischen Gruppen in der Polymerkette), als auch eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) (Aufgrund der Lactamgruppen in der Polymerkette) aufweisen. Außerdem werden sie sowohl ionisch (dynamisch), durch die zwitterionischen Gruppen, als auch kovalent, durch einen Vernetzter, vernetzt sein. Um die Eigenschaften dieser zwitterionischen Mikrogele zu verstehen werden sowohl ihre interne Struktur, als auch ihr Verhalten in wässrigen Lösungen untersucht. Ein besonderer Fokus wird auf folgende Fragen gelegt: -Welcher Gehalt an zwitterionischen Gruppen in den Mikrogelen ist für die Bildung ionischer (dynamischer) Vernetzung notwendig?-Wie beeinflusst die Struktur der zwitterionischen Bausteine (Monomer gegen Makromonomer) und die Amphiphilen Eigenschaften der Polymerketten (Größe des Lactamringes) die Bildung ionischer (dynamischer) Vernetzungen?-Können die Volumen Übergangstemperaturen (UCST und LCST), der Quellungsgrad und die kolloidale Stabilität der Mikrogele mittels höherem Gehalt an zwitterionischen Gruppen beeinflusst werden?Die wissenschaftlichen Erkenntnisse dieses Projektes werden verschiedene Syntheseanleitungen für thermo-responsive zwitterionische Mikrogele, mit kovalenten und ionischen (dynamischen) Vernetzungen, und das Verständnis für ihr Verhalten in wässriger Lösung sein. Auf der Grundlage dieses Wissens werden neue Anwendungsgebiete für diese Mikrogele eröffnet. Sie wären mögliche Kandidaten als Wirkstofftransporter oder Bausteine für selbstheilende und porteinabweisende Beschichtungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Kooperationspartner: Dr. Nikhil K. Singha