@phdthesis{Hechenbichler2021,
  author    = {Hechenbichler, Michelle},
  title     = {New thermoresponsive amphiphilic block copolymers with unconventional chemical structure and architecture},
  doi       = {10.25932/publishup-54182},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-541822},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XIX, 186},
  year      = {2021},
  abstract  = {Das Aggregationsverhalten von amphiphilen Blockcpoolymeren ist wichtig f{\"u}r zahlreiche Anwendungen, beispielsweise in der Waschmittelindustrie als Verdicker oder in der Pharmazie zur kontrollierten Freisetzung von Wirkstoffen. Wenn einer der Bl{\"o}cke thermoresponsiv ist, kann das Aggregationsverhalten zus{\"a}tzlich {\"u}ber die Temperatur gesteuert werden. W{\"a}hrend sich die bisherigen Untersuchungen solcher „intelligenten" Systeme zumeist auf einfache Diblockcopolymere beschr{\"a}nkt haben, wurde in der vorliegenden Arbeit die Komplexit{\"a}t der Polymere und damit die Vielseitigkeit dieser Systeme erh{\"o}ht. Dazu wurden spezifische Monomere, verschiedene Blockl{\"a}ngen, unterschiedliche Architekturen und zus{\"a}tzliche funktionelle Gruppen eingef{\"u}hrt. Durch systematische {\"A}nderungen wurde das Struktur-Wirkungsverhalten solcher thermoresponsiver amphiphiler Blockcopolymere untersucht. Dabei sind die Blockcopolymere typischerweise aus einem permanent hydrophoben „Sticker", einem permanent hydrophilen Block sowie einem thermoresponsiven Block, der ein Lower Critical Solution Temperature (LCST) Verhalten zeigt, aufgebaut. W{\"a}hrend der permanent hydrophile Block aus N,N Dimethylacrylamid (DMAm) bestand, wurden f{\"u}r den thermoresponsiven Block unterschiedliche Monomere, n{\"a}mlich N n Propylacrylamid (NPAm), N iso Propylacrylamid (NiPAm), N,N Diethylacrylamid (DEAm), N,N Bis(2 methoxyethyl)acrylamid (bMOEAm), oder N Acryloylpyrrolidin (NAP) mit entsprechend unterschiedlichen LCSTs von 25, 32, 33, 42 und 56 °C verwendet. Die Blockcopolymere wurden mittels aufeinanderfolgender reversibler Additions-Fragmentierungs-Ketten{\"u}bertragungspolymerisation (RAFT Polymerisation) hergestellt, um Polymere mit linearer, doppelt hydrophober sowie symmetrischer Quasi Miktoarm Architektur zu erhalten. Dabei wurden wohldefinierte Blockgr{\"o}ßen, Endgruppen und enge Molmassenverteilungen (Ɖ ≤ 1.3) erzielt. F{\"u}r komplexere Architekturen, wie die doppelt thermoresponsive und die nicht symmetrische Quasi Miktoarm Architekturen, wurde RAFT mit Atomtransfer-Radikalpolymerisation (ATRP) oder Single Unit Monomer Insertion (SUMI), kombiniert. Die dabei erhaltenen Blockcopolymere hatten ebenfalls wohldefinierte Blockl{\"a}ngen, allerdings war die Molmassenverteilung generell breiter (Ɖ ≤ 1.8) und Endgruppen gingen zum Teil verloren, da komplexere Syntheseschritte n{\"o}tig waren. Das thermoresponsive Verhalten in w{\"a}ssriger L{\"o}sung wurde mittels Tr{\"u}bungspunktmessung und Dynamischer Lichtstreuung (DLS) untersucht. Unterhalb der Phasen{\"u}berganstemperatur waren die Polymere l{\"o}slich in Wasser und mizellare Strukturen waren in der DLS sichtbar. Oberhalb der Phasen{\"u}bergangstemperatur war das Aggregationsverhalten dann stark abh{\"a}ngig von der Architektur und der chemischen Struktur des thermoresponsiven Blocks. Thermoresponsive Bl{\"o}cke aus PNAP und PbMOEAm mit einer Blockl{\"a}nge von DPn = 40 zeigten keinen Tr{\"u}bungspunkt (CP) bis hin zu 80 °C, da durch den angebrachten hydrophilen PDMAm Block die bereits hohe LCST der entsprechenden Homopolymere bei den Blockcopolymeren weiter erh{\"o}ht wurde. Blockcopolymere mit PNiPAm, PDEAm und PNPAm hinggeen zeigten abh{\"a}ngig von der Architektur und Blockgr{\"o}ße unterschiedliche CP's. Oberhalb der CP's waren gr{\"o}ßere Aggregate vor allem f{\"u}r die Blockcopolymere mit PNiPAm und PDEAm sichtbar, wohingegen der Phasen{\"u}bergang f{\"u}r Blockcopolymere mit PNPAm stark abh{\"a}ngig von der jeweiligen Architektur war und entsprechend kleinere oder gr{\"o}ßere Aggregate zeigte. Um das Aggregationsverhalten besser zu verstehen, wurden Fluoreszenzstudien an PDMAm und PNiPAm Homo und Blockcopolymeren mit linearer Architektur durchgef{\"u}hrt, welche mit komplement{\"a}ren Fluoreszenzfarbstoffen an den entgegengesetzten Kettenenden funktionalisiert wurden. Das thermoresponsive Verhalten wurde dabei sowohl in Wasser als auch in {\"O}l-in-Wasser Mikroemulsion untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass das Blockcopolymer sich, {\"a}hnlich wie die anderen hergestellten Architekturen, bei niedrigen Temperaturen wie ein Polymertensid verh{\"a}lt. Dabei bilden die hydrophoben Stickergruppen den Kern und die hydrophilen Arme die Corona der Mizelle. Oberhalb des Phasen{\"u}bergangs des PNiPAm Blocks verhielten sich die Blockcopolymere allerdings wie assoziative Telechele mit zwei nicht symmetrischen hydrophoben Endgruppen, die sich untereinander nicht mischten. Daher bildeten die Blockcopolymere anstatt aggregierter „Blumen"-Mizellen gr{\"o}ßere, dynamische Aggregate. Diese sind einerseits {\"u}ber die urspr{\"u}nglichen Mizellkerne bestehend aus den hydrophoben Sticker als auch {\"u}ber Cluster der kollabierten thermoresponsiven Bl{\"o}cke miteinander verkn{\"u}pft. In Mikroemulsion ist diese Art der Netzwerkbildung noch st{\"a}rker ausgepr{\"a}gt.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Dambowsky2021,
  author    = {Dambowsky, Ina},
  title     = {Bioinspirierte Komposite - Strukturbildung durch Verkleben von Nano- oder Mesokristallen mit funktionalisierten Poly(2-oxazolin)en},
  doi       = {10.25932/publishup-52367},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-523671},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XII, 220},
  year      = {2021},
  abstract  = {Die herausragenden mechanischen Eigenschaften nat{\"u}rlicher anorganisch-organischer Kompositmaterialien wie Knochen oder Muschelschalen entspringen ihrer hierarchischen Struktur, die von der nano- bis hinauf zur makroskopischen Ebene reicht, und einer kontrollierten Verbindung entlang der Grenzfl{\"a}chen der anorganischen und organischen Komponenten. Ausgehend von diesen Schl{\"u}sselprinzipien des biologischen Materialdesigns wurden in dieser Arbeit zwei Konzepte f{\"u}r die bioinspirierte Strukturbildung von Kompositen untersucht, die auf dem Verkleben von Nano- oder Mesokristallen mit funktionalisierten Poly(2-oxazolin)-Blockcopolymeren beruhen sowie deren Potenzial zur Herstellung bioinspirierter selbstorganisierter hierarchischer anorganisch-organischer Verbundstrukturen ohne {\"a}ußere Kr{\"a}fte beleuchtet. Die Konzepte unterschieden sich in den verwendeten anorganischen Partikeln und in der Art der Strukturbildung. {\"U}ber einen modularen Ansatz aus Polymersynthese und polymeranaloger Thiol-En-Funktionalisierung wurde erfolgreich eine Bibliothek von Poly(2-oxazolin)en mit unterschiedlichen Funktionalit{\"a}ten erstellt. Die Blockcopolymere bestehen aus einem kurzen partikelaffinen "Klebeblock", der aus Thiol-En-funktionalisiertem Poly(2-(3-butenyl)-2-oxazolin) besteht, und einem langen wasserl{\"o}slichen, strukturbildenden Block, der aus thermoresponsivem und kristallisierbarem Poly(2-isopropyl-2-oxazolin) besteht und hierarchische Morphologien ausbildet. Verschiedene analytische Untersuchungen wie Turbidimetrie, DLS, DSC, SEM oder XRD machten das thermoresponsive bzw. das Kristallisationsverhalten der Blockcopolymere in Abh{\"a}ngigkeit vom eingef{\"u}hrten Klebeblock zug{\"a}nglich. Es zeigte sich, dass diese Polymere ein komplexes temperatur- und pH-abh{\"a}ngiges Tr{\"u}bungsverhalten aufweisen. Hinsichtlich der Kristallisation {\"a}nderte der Klebeblock nicht die nanoskopische Kristallstruktur; er beeinflusste jedoch die Kristallisationszeit, den Kristallisationsgrad und die hierarchische Morphologie. Dieses Ergebnis wurde auf das unterschiedliche Aggregationsverhalten der Polymere in Wasser zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. F{\"u}r die Herstellung von Kompositen nutzte Konzept 1 mikrometergroße Kupferoxalat-Mesokristalle, die eine innere Nanostruktur aufweisen. Die Strukturbildung {\"u}ber den anorganischen Teil wurde durch das Verkleben und Anordnen dieser Partikel erstrebt. Konzept 1 erm{\"o}glichte homogene freistehende stabile Kompositfilme mit einem hohen anorganischen Anteil. Die Partikel-Polymer-Kombination vereinte jedoch ung{\"u}nstige Eigenschaften in sich, d. h. ihre L{\"a}ngenskalen waren zu unterschiedlich, was die Selbstassemblierung der Partikel verhinderte. Aufgrund des geringen Aspektverh{\"a}ltnisses von Kupferoxalat blieb auch die gegenseitige Ausrichtung durch {\"a}ußere Kr{\"a}fte erfolglos. Im Ergebnis eignet sich das Kupferoxalat-Poly(2-oxazolin)-Modellsystem nicht f{\"u}r die Herstellung hierarchischer Kompositstrukturen. Im Gegensatz dazu verwendet Konzept 2 scheibenf{\"o}rmige Laponit®-Nanopartikel und kristallisierbare Blockcopolymere zur Strukturbildung {\"u}ber die organische Komponente durch polymervermittelte Selbstassemblierung. Komplement{\"a}re Analysemethoden (Zeta-Potenzial, DLS, SEM, XRD, DSC, TEM) zeigten sowohl eine kontrollierte Wechselwirkung zwischen den Komponenten in w{\"a}ssriger Umgebung als auch eine kontrollierte Strukturbildung, die in selbstassemblierten Nanokompositen resultiert, deren Struktur sich {\"u}ber mehrere L{\"a}ngenskalen erstreckt. Es wurde gezeigt, dass die negativ geladenen Klebebl{\"o}cke spezifisch und selektiv an den positiv geladenen R{\"a}ndern der Laponit®-Partikel binden und so Polymer-Laponit®-Nanohybridpartikel entstehen, die als Grundbausteine f{\"u}r die Kompositbildung dienen. Die Hybridpartikel sind bei Raumtemperatur elektrosterisch stabilisiert - sterisch durch ihre langen, mit Wasser wechselwirkenden Poly(2-isopropyl-2-oxazolin)-Bl{\"o}cke und elektrostatisch {\"u}ber die negativ geladenen Laponit®-Fl{\"a}chen. Im Ergebnis ließ sich Konzept 2 und damit die Strukturbildung {\"u}ber die organische Komponente erfolgreich umsetzten. Das Laponit®-Poly(2-oxazolin)-Modellsystem er{\"o}ffnete den Weg zu selbstassemblierten geschichteten quasi-hierarchischen Nanokompositstrukturen mit hohem anorganischen Anteil. Abh{\"a}ngig von der frei verf{\"u}gbaren Polymerkonzentration bei der Kompositbildung entstanden zwei unterschiedliche Komposit-Typen. Dar{\"u}ber hinaus entwarf die Arbeit einen Erkl{\"a}rungsansatz f{\"u}r den polymervermittelten Bildungsprozess der Komposit-Strukturen. Insgesamt legt diese Arbeit Struktur-Prozess-Eigenschafts-Beziehungen offen, um selbstassemblierte bioinspirierte Kompositstrukturen zu bilden und liefert neue Einsichten zu einer geeigneten Kombination an Komponenten und Herstellungsbedingungen, die eine kontrollierte selbstassemblierte Strukturbildung mithilfe funktionalisierter Poly(2-oxazolin)-Blockcopolymere erlauben.},
  language  = {de}
}