Universität zu Köln

Schwering, Regina (2008). Polymerization of highly viscous bicontinuous and droplet microemulsions. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Complex fluids are extensively used as templates for the synthesis of nanomaterials due to their large variety of nanostructures. However, up to date the challenge is to copy the mi-croemulsion structure to the desired microstructure of the polymer on a one-to-one scale. Recently Co et al. used a new class of highly viscous microemulsions that are composed of surfactant, polymerizable oil, and sugar to maintain the microstructure after polymerization [F. Gao, C.-C. Ho, and C.C. Co, J. Am. Chem. Soc. 126, 12746 (2004)]. The addition of sugar enables the reorganization kinetics of the phase behavior to be slowed down so that a changing monomer/polymer ratio during the polymerization does not lead to a phase sepa-ration. In this study, we systematically investigate the phase behavior of highly viscous sugar microemulsions. Starting from the sugar-free nonionic system H2O � n octane � n al-kylpolyglycolether (CiEj) the amount of sucrose/trehalose within the water phase was in-creased up to 75%. The addition of sugar shifts the phase boundaries to lower tempera-tures. The shift of the phase boundaries can be compensated by replacing the CiEj surfac-tants with a more hydrophilic sugar surfactant. To formulate a highly viscous, polymeriz-able microemulsion, which can be polymerized via UV-irradiation, n-octane was replaced with a methacrylate oil. The obtained structures were investigated by dynamic light scatter-ing, scanning electron microscopy and small angle neutron scattering. It is shown for the first time that the size of the polymeric nanoparticles strongly correlates with the size of the underlying microemulsion. Systematic variations in composition and temperature pro-vide polymer particles with radii between 10 to 100 nm. Furthermore for the first time, both lamellar and bicontinuous structures could be copied nearly one-to-one to the nanoporous polymer material. The unpolymerized microemulsion and the nanomaterial were studied by small angle neutron scattering, scanning electron microscopy as well as by transmission electron microscopy.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Polymerisation von hochviskosen bikontinuierlichen und Tröpfchen-Mikroemulsionen German
Translated abstract:	Abstract Language Komplexe Fluide werden aufgrund ihrer vielfältigen Nanostrukturen häufig als Template für die Synthese von Nanomaterialien eingesetzt. Allerdings besteht bis heute die Heraus-forderung, die Mikroemulsionsstruktur eins zu eins auf die gewünschte Mikrostruktur von Polymermaterialien zu übertragen. Co et al. haben kürzlich eine neue Klasse von hochviskosen Mikroemulsionen bestehend aus Tensid, polymerisierbarem Öl und Zucker entwickelt, um die Mikrostruktur nach der Polymerisation zu erhalten [F. Gao, C.-C. Ho und C.C. Co, J. Am. Chem. Soc. 126, 12746 (2004)]. Die Zugabe von Zucker ermöglicht die Verlangsamung der Reorganisationskinetik des Phasenverhaltens, so dass das sich während der Polymerisation ändernde Monomer/Polymer Verhältnis nicht zu einer Phasen-trennung führt. In dieser Arbeit untersuchen wir erstmals systematisch das Phasenverhalten von hochviskosen Zuckermikroemulsionen. Beginnend mit dem zuckerfreien System H2O � n-Oktan � n-Alkylpolyglykolether (CiEj) wurde der Anteil an Saccharose/Trehalose in der wässrigen Phase bis auf 75% erhöht. Die Hinzugabe von Zucker verschiebt die Pha-sengrenzen zu niedrigeren Temperaturen. Dies kann kompensiert werden, indem man die CiEj-Tenside durch ein hydrophileres Zuckertensid ersetzt. Um eine hochviskose, polymer-isierbare Mikroemulsion zu formulieren, die mit Hilfe von UV-Licht polymerisiert werden kann, wurde n-Oktan durch ein Methacrylatöl ersetzt. Die erhaltenen Strukturen wurden mit Hilfe von dynamischer Lichtstreuung, Rasterelektronenmikroskopie und Kleinwinkel-neutronenstreuung untersucht und zeigen erstmalig, dass die Größe der gebildeten Poly-merpartikel stark mit der Größe der zugrundeliegenden Mikroemulsion korreliert. Sys-tematische Variationen von Zusammensetzung und Temperatur liefern Polymerpartikel mit Radien zwischen 10 und 100 nm. Zudem konnten erstmalig sowohl lamellare als auch bik-ontinuierliche Strukturen fast eins zu eins auf nanoporöse Polymermaterialien kopiert wer-den. Die unpolymerisierten Mikroemulsionen und die erhaltenen Nanomaterialien wurden mit Hilfe von Kleinwinkelneutronenstreuung, Rasterelektronenmikroskopie sowie Trans-missionselektronenmikroskopie untersucht. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Schwering, Regina regina.schwering@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-25760
Date:	2008
Language:	English
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Physical Chemistry
Subjects:	Chemistry and allied sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language hochviskos, Mikroemulsion, Polymerisation, bikontinuierlich, Tröpfchen German highly viscous, microemulsion, polymerization, bicontinuous, droplet English
Date of oral exam:	27 October 2008
Referee:	Name Academic Title Strey, Reinhard Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2576