Einfluss der Polymerarchitektur auf Struktur und Dynamik thermosensitiver Mikrogele

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Richtering
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5341332

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen dieses Projektes konnte die innere Struktur thermosensitiver Mikrogele aufgeklärt werden. Dabei wurden neben Homo- und Copolymeren vor allem Kern-Schale untersucht. Die thermodynamischen Wechselwirkungen können trotz der spezifischen inneren Struktur gut durch harte-Kugel Modelle beschrieben werden, dagegen zeigt die hydrodynamische Wechselwirkung signifikante Abweichungen vom harte-Kugel Verhalten. Analog dazu zeigen konzentrierte Mikrogelsuspensionen bei Temperaturen unterhalb der VPTT ähnliches Fließverhalten wie andere Kolloide. Die Scherverdünnung hängt mir einer scherinduzierten Lagenbildung zusammen. Nahe der VPTT kommt es dagegen zu charakteristischen Abweichungen und scher induzierter Teilchenkollaps sowie -aggregation werden beobachtet. Doppelt thermosensitive Kern-Schale-Mikrogele weisen eine besondere innere Struktur auf. Schalttemperatur und temperaturabhängiger Quellungsgrad von Kern bzw. Schale können durch Wahl der Monomere und des Vernetzungsgrades unabhängig von einander eingestellt werden. Die Verknüpfung der beiden Netzwerke von Kern und Schale führt zu einer wechselseitigen Beeinflussung des jeweiligen Quellverhaltens, so dass das thermosensitive Verhalten des gesamten Partikels über das Massenverhältnis von Kern zu Schale und den jeweiligen Vernetzungsgrad gesteuert werden kann. Damit steht ein Baukastensystem für die Synthese thermosensitiver Mikrogele mit maßgeschneiderten Eigenschaften zur Verfügung. Weiterhin ermöglicht die Variation der Amidsubstitution eine gezielte Einstellung der H-Bindungen zwischen den Wiederholungseinheiten. Die Ergebnisse zeigen somit, wie das Eigenschaftsspektrum thermosensitiver Mikrogele durch die Architektur gezielt eingestellt werden kann.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Doubly Temperature Sensitive Core-Shell Microgels. Macromolecules 36, 8780 (2003)
  I. Berndt, W. Richtering
  
• Shear induced phase separation in aqueous polymer solutions: temperature sensitive microgels and linear polymer chains. Macromolecules 36, 8811 (2003)
  M. Stieger, W. Richtering
  
• Are Thermoresponsive Microgels Model Systems for Concentrated Colloidal Suspensions? A Rheology and Small-angle neutron scattering study. Langmuir 20, 7283 (2004)
  M. Stieger, J. S. Pedersen, P. Lindner, W. Richtering
  
• Small Angle Neutron Scattering Study of Shear Induced Phase Separation in Aqueous Poly(N-isopropylacrylamide) Solutions. e-Polymer 046 (2004)
  M. Stieger, P. Lindner, W. Richtering
  
• Small-angle neutron scattering study of structural changes in temperature sensitive microgel colloids. J. Chem. Phys. 120, 6197 (2004)
  M. Stieger, W. Richtering, J. S. Pedersen, P. Lindner
  
• Structure formation in thermoresponsive microgel suspensions under shear flow. J. Phys.: Condens. Matter 16, S3861 (2004)
  M. Stieger, P. Lindner, W. Richtering
  
• Influence of Polymerization Conditions on the Structure of Temperature-Sensitive Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels. Macromolecules 38, 1517(2005)
  S. Meyer, W. Richtering
  
• Structure and Dynamics of Thermosensitive Microgel Suspensions Studied with 3D Cross-Correlated Light Scattering. J. Chem. Phys. 122, 034709 (2005)
  S. Pyett, W. Richtering
  
• Structure of Multiresponsive 'Intelligent' Core-Shell Microgels. J. Am. Chem. Soc. 127, 9372 (2005)
  I. Berndt. J.S. Pedersen, W. Richtering
  
• Influence of Shell Thickness and Cross-link Density on the Structure of Temperature Sensitive Poly-N-Isopropylacrylamide - PoIy-N-Isopropylmethacrylamide core-shell microgels investigated by Small-Angle Neutron ScatteringCore-Shell Microgels. Langmuir 22, 459 (2006)
  I. Berndt, J.S. Pedersen, P. Lindner, W. Richtering
  
• Mechanics versus Thermodynamics: Swelling in Multi-Temperature Sensitive Core-Shell Microgels. Angew. Chem. 118, 1099 (2006); Angew. Chem. Int. Ed. 45, 1081 (2006)
  I. Berndt, C. Popescu, F.-J. Wortmann, W. Richtering
  
• Temperature-sensitive core-shell microgel particles with dense shell. Angew. Chem. 118, 1769 (2006), Angew. Chem. Int. Ed. 45, 1737(2006)
  I. Berndt, J.S. Pedersen, W. Richtering
  
• Synergistic Depression of Volume Phase Transition Temperature in Copolymer Microgels. Colloid Polym. Sci. 285, 471 (2007)
  M. Keerl, W. Richtering
  
• Interplay between synergistic hydrogen bonding and macromolecular architecture leading to unusual phase behaviour in thermosensitive 'smart' microgels. Angew. Chem. 120, 344 (2008); Angew. Chem. Int. Ed 47, 338 (2008)
  M. Keerl, V. Smirnovas, R. Winter, W. Richtering
  
• Thermodynamic and hydrodynamic interaction in concentrated microgel suspensions: hard or soft sphere behavior?, Journal of Chemical Physics.
  Thomas Eckert and Walter Richtering