Charakterisierung der Dynamik in Gelen und Lösungen von hydrophob modifizierten Polyacrylamiden

Telsemeyer-Schauer, Stefanie

In der vorliegenden Arbeit wurde der Zusammenhang zwischen mikroskopischen und makroskopischen Eigenschaften hydrophob modifizierter Polyacrylamidketten betrachtet. Bei den hydrophob modifizierten Polyacrylamidketten handelt es sich um literaturbekannte Blockcopolymere, die durch mizellare Copolymerisation aus Acrylamid und Stearylmethacrylat hergestellt wurden. Für diese Arbeit wurde zusätzlich der polymerisierbare Fluoreszenzfarbstoff Acryloylfluorescein eingebracht, so dass ein Terpolymer mit hydrophoben Blöcken entstand. Für die mizellare Copolymerisation sind die Anwesenheit von Salz (Natriumchlorid, NaCl) und Tensid (Natriumdodecylsulfat, SDS) ausschlaggebend. Die Mizellen bringen vor der Polymerisation die hydrophoben Monomere und anschließend die hydrophoben Blöcke entlang der Polymerkette in Lösung. Die Eigenschaften der Lösungen wurden bei variierendem Salz-, Tensid- und Polymergehalt untersucht. Die mikroskopischen Eigenschaften der Polymerketten wurden an Hand ihres Diffusionskoeffizienten betrachtet. Dieser wurde durch die FRAP-Methode (Fluorescence Recovery After Photobleaching) bestimmt. Für die Betrachtung der makroskopischen Eigenschaften der Gele und Lösungen wurde die Rheologie herangezogen. Die Polymerkonzentration wurde im Bereich zwischen 0.25 und 5 Gew % Polymer in Lösung variiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die hydrophoben Wechselwirkungen zu einem Diffusionsverhalten führen, dass stark von den gängigen Theorien für Polymere in Lösung abweicht. Die Variation des Tensidgehaltes von 0.35 bis 7 Gew % zeigte eine Beschleunigung der Diffusion bei Verringerung der Tensidkonzentration. Diese Beschleunigung folgt, wenn weniger Mizellen zur Verfügung stehen, die als Verknüpfungspunkte dienen können. Die Verringerung der Salzkonzentration von 0.8 auf bis zu 0.04 M beschleunigt die Diffusion der Polymerketten ebenfalls. Der zu beobachtende Effekt ist für die Variation des Salzgehaltes wesentlich stärker als für die Variation des Tensidgehaltes. In diesem Fall ist die Beschleunigung auf die Verringerung der Aggregationszahl und die damit einhergehende Verkleinerung der Mizellen zurückzuführen. Kleine Mizellen können nur einzelne hydrophobe Blöcke lösen, während große Mizellen hydrophobe Blöcke mehrerer Ketten gleichzeitig lösen und diese temporär miteinander verknüpfen. Diese Ergebnisse konnten sowohl für die mikroskopischen als auch für die makroskopischen Eigenschaften beobachtet werden. Die Auftragung der Ergebnisse beider Messmethoden gegeneinander zeigte eine klare Proportionalität. Dies bestätigt, dass das makroskopisch bereits literaturbekannte Verhalten direkt vom mikroskopischen Verhalten der Polymerketten abhängig ist.

In this work the correlation between macroscopic and microscopic properties of hydrophobically modified polyacrylamide chains was considered. Hydrophobically modified polyacrylamides are block copolymers that are known from literature. They are being synthesized by micellar copolymerization of acrylamide and stearylmethacrylate. In this work a polymerizable fluorescent dye, acryloylfluorescein, was additionally incorporated into the chain to achieve a terpolymer with a blocky structure. In order to perform a micellar copolymerization the presence of salt (Sodiumchloride, NaCl) and surfactant (Sodiumdodecylsulfate, SDS) is crucial. The micelles dissolve the hydrophobic monomers before polymerization and keep the hydrophobic blocks that evolve during the polymerization in solution. The properties of the solutions were characterized for a varying concentrations of salt, surfactant and polymer. As microscopic properties of the polymer chains the diffusion coefficient was observed. This was obtained by the FRAP-method (Fluorescence Recovery After Photobleaching). In order to survey the macroscopic properties of the gels and solutions rheology measurements were performed. The polymer concentration was varied in the range between 0.25 and 5 wt % polymer in solution. The results show that the hydrophobic interactions lead to a diffusive behavior that differs strongly from the well-established theories of polymers in solution. The variation of the surfactant content from 0.35 to 7 wt % show an increase of the rate if diffusion of diffusion with decreasing surfactant concentration. This acceleration takes place, if fewer micelles are present, that can act as crosslinks. The decrease in salt concentration from 0.8 to 0.04 M also increases the diffusion of the polymer chains. This effect is much stronger for the variation of the salt concentration than for the variation of the surfactant content. In this case the acceleration is attributed to the decrease of the aggregation number and the reduction in size that comes along with it. Smaller Micelles only dissolve single hydrophobic blocks, bigger micelles are able to dissolve several hydrophobic blocks at the same time and thereby crosslinking them temporarily. These results could be seen for both, the microscopic an macroscopic properties. The comparison of the results of both methods clearly shows a proportionality between them. This confirms, that the macroscopic behavior which is known from literature depends directly on the microscopic behavior of the polymer chains.

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Telsemeyer-Schauer, Stefanie: Charakterisierung der Dynamik in Gelen und Lösungen von hydrophob modifizierten Polyacrylamiden. 2015.

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