Kontrollierte Funktionalisierung von polymeren Porenmembranen durch oberflächeninitiierte "Atom Transfer Radical Polymerisation" (ATRP)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Sowohl die direkte Funktionalisierung des technischen Polymers PET als auch die kontrollierte Innenfunktionalisierung von zylindrischen Poren in einem technischen Polymer durch oberflächeninitiierte ATRP und die quantitative Charakterisierung der resultierenden Porengrößen / Pfropfschichtdicken waren zu Beginn des Projektes nicht in der Literatur beschrieben. Beide Hauptziele konnten im bisherigen Verlauf eindeutig erreicht werden. In den bisherigen Arbeiten zum Vorantrag konnte darüber hinaus eine Reihe von sehr interessanten grundlegenden und anwendungsrelevanten Ergebnissen erzielt werden. Bislang wurden PET KPM mit vier verschiedenen Porengrößen (zwischen ~600 nm und ~5 µm) in kontrollierter Weise durch oberflächeninitiierte ATRP funktionalisiert. Dabei wurden sowohl Variationen der Initiator- / Pfropfdichte als auch der Reaktionsbedingungen durchgeführt, die in Kombination mit sechs verschiedenen Monomeren zu funktionalen Kompositmembranen mit variierten Schichtdicken an Pfropfcopolymer führten. Es ist bemerkenswert, dass die enge Porengrößenverteilung der Basismembranen auch bei trockenen Schichtdicken von mehreren 100 Nanometern erhalten bleibt. Weiterhin ist hervorzuheben, dass bei Raumtemperatur im Vergleich zur Literatur zum Teil sehr hohe Wachstumsgeschwindigkeiten für die zeitgesteuerte Synthese von Pfropfcopolymerschichten erzielt wurden (bis zu 10 bzw. 100 nm trockene Schichtdicke pro Stunde für PolyPEGMA bzw. PDMAEMA). Schichtdicken im gequollenen Zustand bis zu 1000 nm konnten mit PDMAEMA erhalten werden. Die Schalthöhen, d.h. die Verhältnisse der Schichtdicken im gequollenen (pH 2, 25°C) und entquollenen Zustand (pH 10, 25 oder 60°C), korrelieren mit den über die Verdünnung der Initiators eingestellten Pfropfdichten (minimale Schalthöhen von 2 bis 3, je nach Monomer, für maximale Initiator- / Pfropfdichte). Auf dieser Basis ist dann die reversible Blockierung des Wasserflusses durch Poren mit Durchmessern bis nahe 2 µm demonstriert worden. Die erfolgreiche Synthese von gepfropften Diblockcopolymeren in Zylinderporen ist ein weiterer wichtiger Meilenstein. Dies belegt einerseits das hohe Maß an Kontrolle der oberflächeninitiierten ATRP und ermöglicht andererseits die Synthese von wohldefiniert und reversibel mit zwei verschiedenen Stimuli stufenweise schaltbaren Zylinderporen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Controlled functionalization of polyethylene terephthalate tracketched membranes via atom transfer radical polymerization“, Macro- and Supra- Molecular Architectures and Materials, Düsseldorf; 7.–11. September 2008
F. Tomicki, M. Ulbricht
- „Composites of functional polymeric hydrogels and porous membranes“, J. Mater. Chem., 2009
Q. Yang, N. B. Adrus, F. Tomicki, M. Ulbricht
- „Stimuli-responsive polymer architectures in cylindrical pores via surface-initiated living radical polymerization”, 8th International Conference on Advanced Polymers via Macromolecular Engineering, Dresden; 4.–7. Oktober, 2009
F. Tomicki, M. Ulbricht
- „Track-etched membranes with stimuli-responsive pores via surface-initiated atom transfer radical polymerization“, Euromembrane 2009, Montpellier, Frankreich; 6.-10. September 2009
F. Tomicki, M. Ulbricht
