In der vorliegenden Arbeit wird das Phasenverhalten von PA und PSS in Anwesenheit von Ba2+- und Ca2+-Kationen, im Hinblick auf das Auftreten eines Salting-In Phänomens und einer unteren Fällungsschwelle, untersucht. Die Phasendiagramme für die genannten Systeme werden mit Hilfe von Verdünnungsreihen und visueller Inspektion aufgenommen. Dabei soll zum einen die kritische Kationenkonzentration der Fällungsschwelle und zum anderen das Vorliegen einer Reentrant-Phase erforscht werden. Polyelektrolyte (PE) sind elektrisch geladene, wasserlösliche Makromoleküle. In wässrigen Lösungen dissoziieren Polyelektrolyte in makromolekulare Polyionen und entsprechende Gegenionen. Polyelektrolyte werden allgemein in drei verschiedene Gruppen eingeteilt: Negativ geladene Polyanionen, positiv geladene Polykationen und Polyampholyte, welche sowohl anionische als auch kationische Gruppen tragen.
Beispiele für natürlich vorkommende Polyelektrolyte sind eine Vielzahl von Biopolymeren. Polyelektrolytlösungen sind allgegenwärtig und werden technologisch unter anderem in Kosmetika, in der Abwasserbehandlung und in der pharmazeutischen Industrie angewendet. Das Verständnis des Lösungsverhaltens von Polyelektrolyten in wässrigen Lösungen ist für die Erklärung der Funktion von Biopolymeren in lebenden Systemen von essentieller Bedeutung. Das Verhalten von Polyacrylat (PA) und Polystyrolsulfonat (PSS) in Lösung ist schon lange Gegenstand der Forschung. Besonders das Verhalten von Polyacrylat wurde in vielen Publikationen mittels Lichtstreuung analysiert. Beide zählen zu der Gruppe der Polyanionen und werden beispielsweise als Superabsorber (PA) oder als Ionenaustauscher in pharmazeutischen Produkten (PSS) angewendet.
In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, ob ein Zusammenhang zwischen Wärmetönung beim Lösungsvorgang und dem Verlauf des Phasendiagramms T/[A-] besteht. Konkret ist die Frage zu beantworten, ob ein exothermer Lösungsvorgang in einem UCST und ein endothermer Lösungsvorgang in einer unteren kritischen Lösungstemperatur (engl. Lower Critical Solution Temperature, LCSP) resultiert. Dazu werden die Phasendiagramme T gegen [A-] für die Systeme Ba2+/PSS, Al3+/PSS+, Ba2+/PA und Ca2+/PA bei unterschiedlichen Kationenkonzentrationen aufgenommen. Zur Aufnahme der Phasendiagramme werden die Proben in ein Thermostat oder Eisbad eingebracht und der Phasenübergang durch visuelle Analyse in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmt.
Inhaltsverzeichnis
- Motivation und Zielsetzung
- Theoretische Grundlagen
- Flory-Huggins Theorie
- Stand der Forschung: Polyelektrolyte in Lösung
- Das Phasenverhalten von Polyelektrolyten
- Der Einfluss eines Inertsalzes auf das Phasenverhalten
- Ergebnisse und Auswertung
- Phasendiagramme [M²+] / [A¯]
- Phasendiagramm: NaPSS in der Gegenwart von Ba²+
- Phasendiagramm: NaPA in der Gegenwart von Ba²+
- Phasendiagramm: NaPSS in der Gegenwart von Ca²+
- Phasendiagramm: NaPA in der Gegenwart von Ca²+
- Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse
- Phasendiagramme T/[A]
- Phasendiagramm: NaPSS in der Gegenwart von Ba²+
- Phasendiagramm: NaPA in der Gegenwart von Ba²+
- Phasendiagramm: NaPSS in der Gegenwart von A1³+
- Phasendiagramm: NaPA in der Gegenwart von Ca²+,
- Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse
- Ausblick
- Experimenteller Teil
- Chemikalien
- Trocknung der Natriumpolyacrylat Proben
- Aufnahme der Phasendiagramme [M²+] / [A]
- PSS und PA in Gegenwart von Ba²+-Kationen
- PSS in Gegenwart von Ba²+-Kationen bei [1] = 0,05 M / 0,1 M / 0,5 M
- PSS und PA in Gegenwart von Ca2+-Kationen
- Aufnahme der Phasendiagramme T/[A]
- T/[PSS] in Gegenwart von Ba2+-Kationen
- T/PSS] in Gegenwart von Ba²+-Kationen in [NaCl] = 0,1 M
- T/[PA] in Gegenwart von Ba²+-Kationen
- T/[PSS] in Gegenwart von Al³+-Kationen
- T/[PA] in Gegenwart von Ca²+-Kationen
- Abkürzungsverzeichnis
- Literaturverzeichnis
- Anhang
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Untersuchung des Phasenverhaltens von Polystyrolsulfonat (PSS) und Polyacrylat (PA) in wässriger Lösung in Gegenwart ausgewählter multivalenter Kationen. Ziel der Arbeit ist es, die Phasendiagramme der Systeme in Abhängigkeit von der Kationenkonzentration und der Temperatur aufzunehmen und das Auftreten eines Salting-In Phänomens und einer unteren Fällungsschwelle zu untersuchen.
- Phasenverhalten von Polyelektrolyten in Gegenwart multivalenter Kationen
- Salting-In Phänomen
- Untere Fällungsschwelle
- Einfluss der Temperatur auf das Phasenverhalten
- Anwendung der Flory-Huggins Theorie
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel der Arbeit stellt die Motivation und Zielsetzung der Forschungsarbeit vor. Es werden die Eigenschaften von Polyelektrolyten, insbesondere von Polystyrolsulfonat (PSS) und Polyacrylat (PA), sowie das Phasenverhalten dieser Polymere in wässriger Lösung erläutert. Die Auswirkungen von multivalenten Kationen auf das Phasenverhalten werden diskutiert, insbesondere das Salting-In Phänomen und die untere Fällungsschwelle.
Das zweite Kapitel behandelt die theoretischen Grundlagen der Arbeit. Hier wird die Flory-Huggins Theorie zur Beschreibung des Phasenverhaltens von Polymerlösungen eingeführt. Außerdem wird der Stand der Forschung zu Polyelektrolyten in Lösung zusammengefasst, insbesondere im Hinblick auf das Phasenverhalten und den Einfluss von Salzen.
Das dritte Kapitel präsentiert die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen. Es werden die aufgenommenen Phasendiagramme für die Systeme PSS/Ba²+, PA/Ba²+, PSS/Ca²+ und PA/Ca²+ vorgestellt und analysiert. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf das Auftreten eines Salting-In Phänomens und einer unteren Fällungsschwelle diskutiert.
Das vierte Kapitel gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten und mögliche Erweiterungen der aktuellen Forschung. Es werden weitere interessante Fragestellungen aufgezeigt, die mit den gewonnenen Erkenntnissen in Verbindung stehen.
Schlüsselwörter
Polyelektrolyte, Polystyrolsulfonat (PSS), Polyacrylat (PA), multivalente Kationen, Ba²+, Ca²+, Phasenverhalten, Salting-In Phänomen, untere Fällungsschwelle, Flory-Huggins Theorie, Phasendiagramm, Verdünnungsreihen, visuelle Inspektion.
- Quote paper
- Jonas Simon (Author), 2018, Das Phasenverhalten von Polystyrolsulfonat und Polyacrylat in Gegenwart ausgewählter multivalenter Kationen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/457848
