TY - JOUR A1 - Herfurth, Christoph A1 - Laschewsky, Andre A1 - Noirez, Laurence A1 - von Lospichl, Benjamin A1 - Gradzielski, Michael T1 - Thermoresponsive (star) block copolymers from one-pot sequential RAFT polymerizations and their self-assembly in aqueous solution JF - Polymer : the international journal for the science and technology of polymers N2 - A series of hydrophobically end-capped linear triblock copolymers as well as of three-arm and four-arm star block copolymers was synthesized in a one-pot procedure from N,N-dimethylacrylamide (DMA) and N, N-diethylacrylamide (DEA). The sequential reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization of these monomers via the R-approach using bi-, tri- and tetrafunctional chain transfer agents (CrAs) bearing hydrophobic dodecyl moieties proceeded in a well-controlled manner up to almost quantitative conversion. Polymers with molar masses up to 150 kDa, narrow molar mass distribution (PDI <= 1.3) and high end group functionality were obtained, which are thermoresponsive in aqueous solution showing a LCST (lower critical solution temperature) transition. The temperature-dependent associative behavior of the polymers was examined using turbidimetry, static and dynamic light scattering (SLS, DLS), and small angle neutron scattering (SANS) for structural analysis. At 25 degrees C, the polymers form weak transient networks, and rather small hydrophobic domains are already present for polymer concentrations of 5 wt%. However, when heating above the LCST transition (35-40 degrees C) of the PDEA blocks, the enhanced formation of hydrophobic domains is observed by means of light and neutron scattering. These domains have a size of about 12-15 nm and must be effectively physically cross-linked as they induce high viscosity for the more concentrated samples. SANS shows that these domains are ordered as evidenced by the appearance of a correlation peak. The copolymer architecture affects in particular the extent of ordering as the four-arm star block copolymer shows much more repulsive interactions compared to the analogous copolymers with a lower number of arms. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved. KW - RAFT polymerization KW - Block copolymers KW - Thermosensitivity KW - LCST KW - SANS KW - Light scattering Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1016/j.polymer.2016.09.089 SN - 0032-3861 SN - 1873-2291 VL - 107 SP - 422 EP - 433 PB - Elsevier CY - Oxford ER - TY - THES A1 - Miasnikova, Anna T1 - New hydrogel forming thermo-responsive block copolymers of increasing structural complexity T1 - Neue Hydrogel-bildende thermisch schaltbare Blockcopolymere von zunehmender struktureller Komplexität N2 - This work describes the synthesis and characterization of stimuli-responsive polymers made by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization and the investigation of their self-assembly into “smart” hydrogels. In particular the hydrogels were designed to swell at low temperature and could be reversibly switched to a collapsed hydrophobic state by rising the temperature. Starting from two constituents, a short permanently hydrophobic polystyrene (PS) block and a thermo-responsive poly(methoxy diethylene glycol acrylate) (PMDEGA) block, various gelation behaviors and switching temperatures were achieved. New RAFT agents bearing tert-butyl benzoate or benzoic acid groups, were developed for the synthesis of diblock, symmetrical triblock and 3-arm star block copolymers. Thus, specific end groups were attached to the polymers that facilitate efficient macromolecular characterization, e.g by routine 1H-NMR spectroscopy. Further, the carboxyl end-groups allowed functionalizing the various polymers by a fluorophore. Because reports on PMDEGA have been extremely rare, at first, the thermo-responsive behavior of the polymer was investigated and the influence of factors such as molar mass, nature of the end-groups, and architecture, was studied. The use of special RAFT agents enabled the design of polymer with specific hydrophobic and hydrophilic end-groups. Cloud points (CP) of the polymers proved to be sensitive to all molecular variables studied, namely molar mass, nature and number of the end-groups, up to relatively high molar masses. Thus, by changing molecular parameters, CPs of the PMDEGA could be easily adjusted within the physiological interesting range of 20 to 40°C. A second responsivity, namely to light, was added to the PMDEGA system via random copolymerization of MDEGA with a specifically designed photo-switchable azobenzene acrylate. The composition of the copolymers was varied in order to determine the optimal conditions for an isothermal cloud point variation triggered by light. Though reversible light-induced solubility changes were achieved, the differences between the cloud points before and after the irradiation were small. Remarkably, the response to light differed from common observations for azobenzene-based systems, as CPs decreased after UV-irradiation, i.e with increasing content of cis-azobenzene units. The viscosifying and gelling abilities of the various block copolymers made from PS and PMDEGA blocks were studied by rheology. Important differences were observed between diblock copolymers, containing one hydrophobic PS block only, the telechelic symmetrical triblock copolymers made of two associating PS termini, and the star block copolymers having three associating end blocks. Regardless of their hydrophilic block length, diblock copolymers PS11 PMDEGAn were freely flowing even at concentrations as high as 40 wt. %. In contrast, all studied symmetrical triblock copolymers PS8-PMDEGAn-PS8 formed gels at low temperatures and at concentrations as low as 3.5 wt. % at best. When heated, these gels underwent a gel-sol transition at intermediate temperatures, well below the cloud point where phase separation occurs. The gel-sol transition shifted to markedly higher transition temperatures with increasing length of the hydrophilic inner block. This effect increased also with the number of arms, and with the length of the hydrophobic end blocks. The mechanical properties of the gels were significantly altered at the cloud point and liquid-like dispersions were formed. These could be reversibly transformed into hydrogels by cooling. This thesis demonstrates that high molar mass PMDEGA is an easily accessible, presumably also biocompatible and at ambient temperature well water-soluble, non-ionic thermo-responsive polymer. PMDEGA can be easily molecularly engineered via the RAFT method, implementing defined end-groups, and producing different, also complex, architectures, such as amphiphilic triblock and star block copolymers, having an analogous structure to associative telechelics. With appropriate design, such amphiphilic copolymers give way to efficient, “smart” viscosifiers and gelators displaying tunable gelling and mechanical properties. N2 - Diese Arbeit befasst sich mit der RAFT-vermittelten Synthese und Charakterisierung von stimuli-empfindlichen Polymeren und ihrer Selbstorganisation zu „intelligenten” Hydrogelen. Die Hydrogele wurden so entwickelt, dass sie bei niedrigen Temperaturen stark quellen, bei Temperaturerhöhung jedoch reversibel in einem hydrophoben, kollabierten Zustand umgewandelt werden. Mit dem permanent hydrophoben Polystyrol (PS) und dem hydrophilen, thermisch schaltbaren Poly(methoxy-diethylen¬glycol-acrylat) (PMDEGA) als Bausteine, wurden unterschiedliche Gelierungsverhalten und thermische Übergangstemperaturen erreicht. Zur Synthese von Diblock-, symmetrischen Triblock- und dreiarmigen Sternblock-Copolymeren wurden neue funktionelle Kettenüberträger entwickelt. Diese gestatteten es, tert-butyl Benzoeester und Benzoesäure Endgruppen in die Polymere einzubauen, die einerseits eine effiziente Analyse mittels Routine 1H-NMR und darüber hinaus eine spätere Funktionalisierung der Endgruppen mit einer Fluoreszenzsonde ermöglichten. Da über PMDEGA kaum Daten vorlagen, wurde der Einfluss von Molekulargewicht, Endgruppen und Architektur auf das thermo-responsive Verhalten untersucht. Die speziellen Kettenüberträger ermöglichten es, gezielt hydrophobe wie hydrophile Endgruppen in die Polymere einzuführen. Die Trübungspunkte der wässerigen Lösungen von PMDEGA zeigten sich bis zu relativ hohen molaren Massen abhängig gegenüber allen untersuchten Variablen, nämlich dem Molekulargewicht, der Art und Zahl von Endgruppen. Durch Variation der diversen Parameter ließ sich die Schalttemperatur von PMDEGA in physiologisch relevanten Temperaturbereich von 20 bis 40 °C einstellen. Um die Polymere für einen zweiten Stimulus, nämlich Licht, empfindlich zu machen, wurden Azobenzol-funktionalisierte Acrylate synthetisiert und statistisch mit MDEGA copolymerisiert. Die Zusammensetzung der Polymeren wurde variiert und das isotherme Schalten der Löslichkeit durch Licht untersucht. Obwohl ein reversibles Schalten erreicht wurde, waren die Unterschiede zwischen den Trübungstemperaturen von UV-Licht bestrahlten und unbestrahlten Proben nur gering. Interessanterweise senkte die UV-Bestrahlung, d.h. ein erhöhter Gehalt von cis-Azobenzol-Gruppen, die Trübungstemperaturen herab. Dies ist genau umgekehrt als für azobenzolbasierten Systeme klassisch beschrieben. Die Gelbildung der verschiedenen Blockcopolymere von PS und PMDEGA wurde mittels Rheologie untersucht. Dabei traten deutliche Unterschiede auf, zwischen dem Gelierungsverhalten der Diblockcopolymere, die nur einen PS Block enthalten, dem der symmetrischen Triblockcopolymere, die zwei assoziative PS Endblöcken besitzen, und dem der Sternpolymere, die drei assoziative PS Blöcke aufweisen. Unabhängig von der Länge des hydrophilen Blockes, bilden Diblockcopolymere des Typs PS11-PMDEGAn keine Gele, sondern selbst bei hohen Konzentrationen von 40 Gew. % Lösungen. Im Gegensatz dazu bildeten die Triblockcopolymere des Typs PS8-PMDEGAn-PS8 Gele bei niedrigen Temperaturen, vereinzelt schon ab 3.5 wt. %. Mit steigender Temperatur, tritt bereits unterhalb des Trübungspunktes für diese Systeme ein Gel-Sol Übergang auf. Der Gel-Sol Übergang bewegt sich zu höheren Temperaturen mit steigende Länge des hydrophilen inneren Blocks. Dieser Trend verstärkt sich mit zunehmender Anzahl von Endblöcken und deren Länge. An der Trübungstemperatur veränderten sich die mechanischen Eigenschaften aller Gele signifikant und die gebildeten flüssigen Dispersionen ließen sich reversibel beim Abkühlen wieder zu Gel schalten. Diese Arbeit, zeigt dass PMDEGA ein bei niedrigen Temperaturen gut wasserlösliches, nicht-ionisches, thermisch-schaltbares und wahrscheinlich biokompatibles Polymer ist. PMDEGA liest sich einfach mittels den RAFT-Verfahren molekular maßschneiden, mit spezifischen Endgruppen und komplexen Polymerarchitekturen. Solche amphiphilen Triblock- und Sternblock-Copolymeren hoher Molmasse, wirken als assoziative Telechele. Daher eigenen sich bei entsprechendem Design diese amphiphilen Blockcopolymere als effiziente Verdicker und Gelbildner mit einstellbaren mechanischen und thermischen Eigenschaften. KW - Blockcopolymere KW - Selbstorganisation KW - thermisch schaltbar KW - LCST KW - RAFT KW - block copolymers KW - self-assembly KW - thermoresponsive KW - LCST KW - RAFT Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59953 ER - TY - JOUR A1 - Miasnikova, Anna A1 - Laschewsky, André T1 - Influencing the phase transition temperature of poly(methoxy diethylene glycol acrylate) by molar mass, end groups, and polymer architecture JF - Journal of polymer science : A, Polymer chemistry N2 - The easily accessible, but virtually overlooked monomer methoxy diethylene glycol acrylate was polymerized by the RAFT method using monofunctional, difunctional, and trifunctional trithiocarbonates to afford thermoresponsive polymers exhibiting lower critical solution temperature-type phase transitions in aqueous solution. The use of the appropriate RAFT agent allowed for the preparation and systematic variation of polymers with defined molar mass, end-groups, and architecture, including amphiphilic diblock, symmetrical triblock, and triarm star-block copolymers, containing polystyrene as permanently hydrophobic constituent. The cloud points (CPs) of the various polymers proved to be sensitive to all varied parameters, namely molar mass, nature, and number of the end-groups, and the architecture, up to relatively high molar masses. Thus, CPs of the polymers can be adjusted within the physiological interesting range of 2040 degrees C. Remarkably, CPs increased with the molar mass, even when hydrophilic end groups were attached to the polymers. KW - water-soluble polymers KW - diblock copolymers KW - triblock copolymers KW - star-block copolymers KW - reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) KW - LCST KW - stimuli-sensitive polymers Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/pola.26116 SN - 0887-624X VL - 50 IS - 16 SP - 3313 EP - 3323 PB - Wiley-Blackwell CY - Hoboken ER - TY - THES A1 - Kölsch, Jonas David T1 - Entwicklung neuer farbstoffmarkierter Polymere zur Visualisierung des LCST-Phasenübergangs in wässriger Lösung T1 - Development of new dye labeled polymers for visualisation of LCST transition in water N2 - Ziel der Arbeit war die Entwicklung von farbstoffmarkierten Polymeren, die einen temperaturgetriebenen Knäuel-Kollaps-Phasenübergang in wässriger Lösung ("thermo-responsive Polymere") zeigen und diesen in ein optisches Signal übersetzen können. Solche Polymere unterliegen innerhalb eines kleinen Temperaturintervalls einer massiven Änderung ihres Verhaltens, z B. ihrer Konformation und ihres Quellungsgrads. Diese Änderungen sind mit einem Wechsel der Löseeigenschaften von hydrophil zu hydrophob verbunden. Als Matrixpolymere wurden Poly-N-isopropylacrylamid (polyNIPAm), Poly(oligoethylen-glykolacrylat) (polyOEGA) und Poly(oligoethylenglykolmethacrylat) (polyOEGMA) ein-gesetzt, in die geeignete Farbstoffen durch Copolymerisation eingebaut wurden. Als besonders geeignet, um den Phasenübergang in ein optisches Signal zu übersetzen, erwiesen sich hierfür kompakte, solvatochrome Cumarin- und Naphthalimidderivate. Diese beeinträchtigten weder das Polymerisationsverhalten noch den Phasenübergang, reagierten aber sowohl bezüglich Farbe als auch Fluoreszenz stark auf die Polarität des Lösemittels. Weiterhin wurden Systeme entwickelt, die mittels Energietransfer (FRET) ein an den Phasenübergang gekoppeltes optisches Signal erzeugen. Hierbei wurde ein Cumarin als Donor- und ein Polythiophen als Akzeptorfarbstoff eingesetzt. Es zeigte sich, dass trotz scheinbarer Ähnlichkeit bestimmte Polymere ausgeprägt auf einen Temperaturstimulus mit Änderung ihrer spektralen Eigenschaften reagieren, andere aber nicht. Hierfür wurden die molekularen Ursachen untersucht. Als wahrscheinliche Gründe für das Ausbleiben einer spektralen Änderung in Oligo(ethylenglykol)-basierten Polymeren sind zum einen die fehlende Dehydratationseffektivität infolge des Fehlens eines selbstgenügenden Wasserstoffbrückenbindungsmotivs zu nennen und zum anderen die sterische Abschirmung der Farbstoffe durch die Oligo(ethylenglykol)-Seitenketten. Als Prinzipbeweis für die Nützlichkeit solcher Systeme für die Bioanalytik wurde ein System entwickelt, dass die Löslichkeitseigenschaft eines thermoresponsiven Polymers durch Antikörper-Antigen-Reaktion änderte. Die Bindung selbst kleiner Mengen eines Antikörpers ließ sich so direkt optisch auslesen und war bereits mit dem bloßen Auge zu erkennen. N2 - This work is based on different dye labeled thermo responsive polymers. These polymers are useful tool for the visualisation of the LCST phase transition in water. KW - LCST KW - Farbstoff KW - Polymer KW - Fluoreszens KW - LCST KW - dye KW - polymer KW - fluorescence Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72531 ER - TY - JOUR A1 - Hildebrand, Viet A1 - Heydenreich, Matthias A1 - Laschewsky, Andre A1 - Moeller, Heiko M. A1 - Mueller-Buschbaum, Peter A1 - Papadakis, Christine M. A1 - Schanzenbach, Dirk A1 - Wischerhoff, Erik T1 - "Schizophrenic" self-assembly of dual thermoresponsive block copolymers bearing a zwitterionic and a non-ionic hydrophilic block JF - Polymer : the international journal for the science and technology of polymers N2 - Several series of presumed dual thermo-responsive diblock copolymers consisting of one non-ionic and one zwitterionic block were synthesized via consecutive reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. For all copolymers, poly(N-isopropylmethacrylamide) was chosen as non-ionic block that shows a coil-to-globule collapse transition of the lower critical solution temperature (LCST) type. In contrast, the chemical structure of zwitterionic blocks, which all belonged to the class of poly(sulfobetaine methacrylate)s, was varied broadly, in order to tune their coil-to-globule collapse transition of the upper critical solution temperature (UCST) type. All polymers were labeled with a solvatochromic fluorescent end-group. The dual thermo-responsive behavior and the resulting multifarious temperature-dependent self-assembly in aqueous solution were mapped by temperature resolved turbidimetry, H-1 NMR spectroscopy, dynamic light scattering (DLS), and fluorescence spectroscopy. Depending on the relative positions between the UCST-type and LCST-type transition temperatures, as well as on the width of the window in-between, all the four possible modes of stimulus induced micellization can be realized. This includes classical induced micellization due to a transition from a double hydrophilic, or respectively, from a double hydrophobic to an amphiphilic state, as well as "schizophrenic" behavior, where the core- and shell-forming blocks are inverted. The exchange of the roles of the hydrophilic and hydrophobic block in the amphiphilic states is possible through a homogeneous intermediate state or a heterogeneous one. (C) 2017 Elsevier Ltd. All rights reserved. KW - RAFT polymerization KW - Block copolymer KW - Sulfobetaine methacrylate KW - Responsive polymer KW - LCST KW - UCST KW - Schizophrenic self-assembly Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.06.063 SN - 0032-3861 SN - 1873-2291 VL - 122 SP - 347 EP - 357 PB - Elsevier CY - Oxford ER -