Oberflächenkompartimentierte Mizellen durch Stereokomplex-induzierte Selbstassemblierung

• Antragsteller: Dr. Holger Schmalz
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498593608

Die einzigartige Koronastruktur von oberflächenkompartimentierten Polymermizellen (Patch- oder Janus-artig) eröffnet diesen Materialien interessante Anwendungsfelder, wie z. B. als effiziente partikuläre Tenside/Verträglichkeitsvermittler oder als Träger für katalytisch aktive Nanopartikel. Im Gegensatz zu oberflächenkompartimentierten sphärischen Mizellen wurden formanisotrope Mizellen (zylindrisch (1D), scheibchen- oder plättchenförmig (2D)) bisher nur vereinzelt untersucht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass derartige Mizellen nur sehr schwer über Selbstassemblierung von amorphen Blockcopolymeren zugänglich sind. Eine der wenigen Methoden für die Herstellung von Patch-artigen Mizellen ist die kristallisationsgetriebene Selbstassemblierung von Blockcopolymeren mit teilkristallinen Blöcken, die bisher aber auf zylindrische Mizellen (1D) sowie Polyethylen- und Polyferrocendimethylsilan als kristallisierbare Blöcke beschränkt ist. Es sind daher neuartige Konzepte für die Realisierung von formanisotropen oberflächenkompartimentierten Mizellen nötig, um deren interessantes Anwendungspotential zu nutzen, z. B. die wesentlich höhere Grenzflächenaktivität von 1D Patch- oder Janus-artigen Mizellen im Vergleich zu ihren sphärischen Analoga.Ziel des Projektes ist es daher eine effiziente Methode zur Herstellung formanisotroper (1D und 2D) Patch- und Janus-artiger Mizellen zu entwickeln, sowie deren Grenzflächenaktivität und Eignung als Träger für Nanopartikel zu untersuchen. Unser Konzept basiert auf der Stereokomplex-induzierten Selbstassemblierung von Diblockcopolymeren mit enantiomeren Poly(L-lactid) und Poly(D-lactid) Blöcken in Kombination mit unverträglichen amorphen Blöcken. Formanisotrope Patch-artige Mizellen werden direkt durch Selbstassemblierung von racemischen Diblockcopolymer-Mischungen in Lösung erzeugt. Für die Herstellung von Janus-Mizellen müssen zunächst Filme mit Lamelle/Zylinder-(lc) oder Lamelle/Lamelle-(ll) Morphologie aus Lösung gezogen werden. Durch Auflösen der Filme erhält man dann die entsprechenden zylindrischen (lc) und scheibchenförmigen (ll) Janus-Mizellen. In beiden Varianten ist die Bildung von teilkristallinen und damit unlöslichen Polylactid-Stereokomplexen die Triebkraft für die Selbstassemblierung zu Mizellen mit kristallinen Kernen sowie zu geordneten Bulkmorphologien. Die Unverträglichkeit der verwendeten amorphen Blöcke (z. B. Poly(tert-butylmethacrylat) (PtBMA)/Polystyrol, PtBMA/Poly(2-vinylpyridin)) ermöglicht zudem auch bei moderaten Polymerisationsgraden eine Mikrophasenseparation unter Bildung von Patch- (Lösungs-Verfahren) und Janus-artigen (Bulk-Verfahren) Mizellen. Dieser modulare Ansatz wird einen neuen Zugang zu formanisotropen oberflächenkompartimentierten Mizellen mit maßgeschneiderten Korona-Eigenschaften (z. B. amphiphil, Ankergruppen für Stabilisierung von Nanopartikeln) eröffnen, die als hocheffiziente Tenside oder Trägermaterialien in der heterogenen Katalyse eingesetzt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Matthias Karg