Ziel dieser Arbeit ist es, durch RAFT-Polymerisation Homo- und Copolymere kontrolliert herzustellen, diese zu Di- und Triblockcopolymeren zu erweitern und anschließend polymeranalog zu amphiphilen Polymeren umzusetzen.
Hierzu sind durch RAFT-Polymerisation inerte und funktionalisierbare Blöcke herzustellen, die daraufhin als quasi-lebende MakroRAFT-Reagenzien verwendet werden können.
Die in der Literatur bekannten Homopolymerisationen von Styrol (S), Methylmethacrylat (MMA) und Glycidylmethacrylat (GMA) mit Cumyldithiobenzoat als RAFT-Reagenz sollen mit einem bifunktionellen Cumyldithiobenzoat-Analoga durchgeführt werden. Die Homopolymerisationen von Acrylonitril (AN) und N-Vinylpyrrolidon (NVP) mit Cumyldithiobenzoat werden in der Literatur kontrovers diskutiert [3], [4], [5]. Daher ist der Sachverhalt erneut mit Cumyldithiobenzoat zu untersuchen. Die Homopolymerisation von Vinylbenzylchlorid (VBC) durch Dithioester ist in der Literatur noch nicht beschrieben und sollte in dieser Arbeit betrachtet werden.
Weiterhin sollen S/AN- und MMA/AN-Copolymere synthetisiert werden um sie als Ersatz für Styrol und MMA, die in ihrem Polymerisationsverhalten nicht ideal sind, zu nutzen.
Nach der Untersuchung der Homo- und Copolymerisationen, werden die auf diese Weise gewonnen MakroRAFT-Verbindungen zu Blockcopolymeren verlängert. Da laut Literatur [3] die Syntheseprotokolle bei der Herstellung von Blockcopolymeren eine wichtige Rolle spielen, sollen sie am Beispiel von p(GMA)-b-p(S-co-AN)-, p(GMA)-b-p(MMA)-, p(GMA)-b-p(MMA-co-AN) und p(S-co-AN)-b-p(VBC)-Blockcopolymere betrachtet werden.
Die synthetisierten Blockcopolymere enthalten einen funktionalisierbaren Block der polymeranalog modifiziert werden kann. Zuerst sind die polymeranalogen Reaktionen am Beispiel von p(GMA) zu untersuchen und daraufhin mit den Blockcopolymeren durchzuführen. Es sollen Aminierungs- und Sulfonierungsreaktionen betrachtet werden. Die Aminierung ist mit Diethylamin, 1-(2-Aminoethyl)-piperazin, Piperazin und Alkalimetallsalzen von Carbazol, Succinimid und Iminodiessigsäure zu untersuchen. Um saure Blöcke herzustellen, werden die p(GMA)-haltigen Blockcopolymere mit Natriumsulfit umgesetzt.
Auf diese Weise sind in einer 3-Schritt-Synthese amphiphile Blockcopolymere zu synthetisieren. Die Produkte sollen umfassend charakterisiert werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Zielstellung
1.1 Einleitung
1.2 Zielstellung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Freie radikalische Polymerisation
2.2 Kontrollierte radikalische Polymerisation
2.3 RAFT-Polymerisation
2.3.1 Mechanismus der RAFT-Polymerisation
2.3.2 Kinetik der RAFT-Polymerisation
2.3.3 RAFT-Reagenzien
2.3.4 Substituenteneffekte
2.3.5 Nebenreaktionen der RAFT-Polymerisation
2.3.6 Einfluss der Reaktionsbedingungen
2.4 Copolymerisation
2.5 Blockcopolymerisationen (Polymerarchitektur)
2.6 Polymeranaloge Umsetzungen
3 Diskussion der Ergebnisse
3.1 Einleitung
3.1.1 Synthesestrategie zur Herstellung funktionalisierbarer Blockcopolymere
3.1.2 Synthesestrategie für polymeranaloge Umsetzungen
3.2 Die verwendeten RAFT-Reagenzien
3.3 Homopolymerisation
3.3.1 Untersuchungen der Polymerstruktur
3.3.2 Polymerisation von Styrol und VBC
3.3.3 Polymerisation von Methylmethacrylat und Glycidylmethacrylat
3.3.4 Polymerisation von Acrylonitril bei kleinen Umsatzgraden
3.3.5 Untersuchung des Polymerisationsverhaltens von N-Vinylpyrrolidon
3.3.6 Fazit: Homopolymerisation mit MonoCTA und BiCTA
3.4 Copolymerisation
3.4.1 Untersuchungen der Polymerstruktur
3.4.2 Styrol/Acrylonitril-Copolymere
3.4.3 Methylmethacrylat/Acrylonitril-Copolymere
3.4.4 Fazit: Copolymerisation von Styrol und MMA mit Acrylonitril
3.5 Blockcopolymerisation
3.5.1 Einleitung
3.5.2 Synthese von p(GMA)-b-p(S-co-AN)-Blockcopolymeren
3.5.2.1 p(GMA)-b-p(S-co-AN) und p(S-co-AN)-b-p(GMA)-b-p(S-co-AN)
3.5.2.2 p(S-co-AN)-b-p(GMA)
3.5.2.3 Vergleich: p(GMA)-b-p(S-co-AN) und p(S-co-AN)-b-p(GMA)
3.5.3 Synthese weiterer GMA-basierter Blockcopolymere
3.5.3.1 p(MMA)-b-p(GMA)-b-p(MMA)
3.5.3.2 p(MMA-co-AN)-b-p(GMA)-b-p(MMA-co-AN)
3.5.4 Synthese von p(MMA)-basierten Blockcopolymeren
3.5.4.1 p(S-co-AN)-b-p(MMA)-b-p(S-co-AN)
3.5.4.2 p(VBC)-b-p(MMA)-b-p(VBC)
3.5.4.3 p(GMA)-b-p(MMA)-b-p(GMA)
3.5.5 Synthese von (MMA-co-AN)-basierten Blockcopolymeren
3.5.5.1 p(MMA-co-AN)-b-p(GMA) und p(GMA)-b-p(MMA-co-AN)-b-p(GMA)
3.5.5.2 p(MMA-co-AN)-b-p(VBC) und p(VBC)-b-p(MMA-co-AN)-b-p(VBC)
3.5.5.3 Verwendung von p(MMA-co-AN) als MakroRAFT
3.5.6 Synthese von p(S-co-AN)-b-p(VBC)-Blockcopolymeren
3.5.6.1 p(VBC)-b-p(S-co-AN)
3.5.6.2 p(S-co-AN)-b-p(VBC)
3.5.6.3 Vergleich: p(VBC)-b-p(S-co-AN) und p(S-co-AN)-b-p(VBC)
3.5.7 Fazit: Synthese von Blockcopolymeren
3.6 Polymeranaloge Umsetzungen
3.6.1 Einleitung
3.6.2 Voruntersuchungen und analytische Methoden
3.6.3 Aminierungsreaktionen
3.6.3.1 Allgemeines
3.6.3.2 Aminierung mit Diethylamin
3.6.3.3 Aminierung mit 1-(2-Aminoethyl)-piperazin
3.6.3.4 Aminierung mit Natriumiminodiacetat
3.6.3.5 Aminierung mit Kaliumcarbazolat, Kaliumsuccinimidat und Piperazin
3.6.4 Sulfonierungsreaktionen
3.6.4.1 Allgemeines
3.6.4.2 Sulfonierung mit Natriumsulfit
3.6.5 Fazit: Polymeranaloge Umsetzungen
4 Zusammenfassung
5 Experimenteller Teil
5.1 Synthese der RAFT-Reagenzien
5.1.1 Verwendete Chemikalien
5.1.2 Dithiobenzoesäure (DTBA)
5.1.3 Cumyl-dithiobenzoersäureester (MonoCTA)
5.1.4 1,3-Bis(2-thiobenzoylthio)prop-2-yl)benzol (BiCTAs)
5.2 Polymerisationsmethoden
5.2.1 Verwendete Chemikalien
5.2.2 Polymerisation in Ampullen
5.2.3 Polymerisation im Rundkolben
5.2.4 Beispiele
5.3 Polymeranaloge Umsetzungen
5.3.1 Verwendete Chemikalien
5.3.2 Aminierung
5.3.3 Sulfonierung
5.4 Analytische Methoden
5.4.1 Thermische Analysemethoden
5.4.2 Spektrometrische Methoden
5.4.3 Elementaranalyse (EA)
5.4.4 Chromatographische Methoden
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die kontrollierte Synthese von Di- und Triblockcopolymeren mittels RAFT-Polymerisation, um anschließend durch polymeranaloge Umsetzungen funktionalisierte, amphiphile Polymere zu erhalten und deren Eigenschaften umfassend zu charakterisieren.
- Synthese und Charakterisierung von Homo- und Copolymeren durch RAFT-Polymerisation.
- Untersuchung der Blockcopolymerisation unter Verwendung von MakroRAFT-Reagenzien.
- Modifikation von Polymeren durch polymeranaloge Reaktionen wie Aminierung und Sulfonierung.
- Einsatz von modernen Analysemethoden (z.B. GPC, MALDI-TOF, NMR) zur Strukturaufklärung.
- Vergleich verschiedener RAFT-Reagenzien (MonoCTA vs. BiCTA) hinsichtlich ihrer Eignung für unterschiedliche Monomere.
Auszug aus dem Buch
3.3.1 Untersuchungen der Polymerstruktur
Polymere bestehen aus kovalent gebundenen Monomereinheiten. Die Anzahl der Monomereinheiten in jeder Polymerkette ist jedoch nicht einheitlich. Die Molmassenverteilungen liefern eine wichtige Grundlage zur Charakterisierung der erhaltenen Polymere. Die Analyse erfolgt durch Gel-Permeations-Chromatographie (GPC), wobei die Polymerketten mit Hilfe einer porösen Chromatographiesäule nach ihrem hydrodynamischen Radius aufgetrennt werden. Die längeren Ketten werden sofort eluiert, die kürzeren werden in den Poren der Säule festgehalten und später eluiert. Die erhaltenen Elutionsspektren ermöglichen die Berechnung der Molmassenverteilungen und der Polydispersität.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung und Zielstellung: Definition des Forschungsvorhabens zur Synthese von amphiphilen Blockcopolymeren über RAFT-Polymerisation und anschließende Modifikation.
2 Theoretische Grundlagen: Erläuterung der Mechanismen der freien radikalischen Polymerisation sowie der kontrollierten Varianten wie der RAFT-Polymerisation und deren Kinetik.
3 Diskussion der Ergebnisse: Detaillierte Darstellung und Auswertung der durchgeführten Synthesen von Homo-, Co- und Blockcopolymeren sowie deren polymeranaloge Modifikationen.
4 Zusammenfassung: Komprimierte Übersicht der erzielten Ergebnisse und der Eignung der untersuchten Synthesestrategien.
5 Experimenteller Teil: Dokumentation der verwendeten Chemikalien, Methoden zur Polymerisation und zur Analyse der Proben.
Schlüsselwörter
RAFT-Polymerisation, Blockcopolymere, Polymeranaloge Umsetzung, Glycidylmethacrylat, Dithioester, MakroRAFT, Aminierung, Sulfonierung, Gel-Permeations-Chromatographie, MALDI-TOF, Polymerstruktur, Molmassenverteilung, Methacrylate, Styrol, Acrylonitril
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der kontrollierten Herstellung von funktionalisierbaren Blockcopolymeren unter Verwendung der RAFT-Polymerisation, um daraus gezielt amphiphile Polymere für verschiedene Anwendungen zu entwickeln.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die RAFT-Polymerisation, die Synthese von Blockarchitekturen und die anschließende chemische Modifikation (Funktionalisierung) dieser Polymere durch polymeranaloge Reaktionen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Entwicklung einer effizienten 3-Schritt-Syntheseroute zu amphiphilen Blockcopolymeren, deren Struktur und Eigenschaften präzise kontrolliert und charakterisiert werden können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird hauptsächlich die Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) Polymerisation in Kombination mit polymeranalogen Umsetzungen (Aminierung, Sulfonierung) sowie eine umfassende analytische Charakterisierung mittels GPC, NMR und MALDI-TOF angewendet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Diskussion der RAFT-Reagenzien, die Homopolymerisation und Copolymerisation verschiedener Monomere sowie die systematische Untersuchung der daraus resultierenden Blockcopolymere und deren Modifikationen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie RAFT-Polymerisation, Blockcopolymere, polymeranaloge Umsetzung, Glycidylmethacrylat und MakroRAFT charakterisiert.
Wie unterscheiden sich MonoCTA und BiCTA in der Anwendung?
BiCTA ist ein bifunktionelles Reagenz, das den Aufbau von Triblockcopolymeren ermöglicht, während MonoCTA ein monofunktionelles Reagenz ist, das für einfachere Blockarchitekturen eingesetzt wird.
Warum ist die Wahl des Lösungsmittels bei der Aminierung entscheidend?
Die Löslichkeit der Ausgangsprodukte und des Polymers sowie sterische Hinderungen durch Hydrathüllen in Wasser beeinflussen den Umsatzgrad der polymeranalogen Reaktion maßgeblich.
- Citation du texte
- Alexandra Tchernook (Auteur), 2010, Synthese funktioneller Blockcopolymere durch RAFT-Polymerisation und polymeranaloge Umsetzungen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/184157
