Synthese und Eigenschaften von amphiphilen Copolymeren mit periodischen Strukturen und deren Wechselwirkungen an Grenzflächen

Abstract

Ein Ziel dieser Arbeit war die Synthese von neuen amphiphilen Copolymeren ausgehend von leicht zugänglichen Standardmonomeren. Im Vordergrund stand dabei die Kontrolle der amphiphilen Eigenschaften der Copolymere im Hinblick auf deren Selbstorganisation zu monomolekularen Schichten an Grenzflächen und die Aufklärung von Zusammenhängen zwischen Architektur sowie Zusammensetzung makromolekularer Systeme und deren Selbstorganisation unter dem Blickwinkel der Eignung als Modellmembrane und komplexe Multischichtsysteme mit speziellen funktionellen Eigenschaften. Die neuartigen Aspekte dieser Arbeit liegen in der Architektur der amphiphilen Copolymere. Bei den in der Literatur bekannten polymeren Amphiphilen handelt es sich größtenteils um Block- oder Pfropfcopolymere. Im Rahmen dieser Arbeit wurden durch ein im Arbeitskreis neu entwickeltes radikalisches Copolymerisationsverfahren amphiphile Copolymere mit periodischen Strukturen synthetisiert. Gegenüber den bekannten Verfahren zur Herstellung sogenannter hydrophob modifizierten Polymere durch polymeranaloge Reaktionen besteht der große Vorteil darin, daß maßgeschneiderte Makromoleküle mit genau definiertem Verhältnis zwischen hydrophilen und hydrophoben Sequenzen direkt durch Copolymerisation von leicht zugänglichen Standardmonomeren erhalten werden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der synthetisierten amphiphilen Polymere hinsichtlich ihrer rheologischen Eigenschaften. Wasserlösliche, hydrophob modifizierte Polymere bilden aufgrund der intermolekularen Wechselwirkungen der hydrophoben Gruppen oberhalb der Überlappungskonzentration Aggregate, welche eine Viskositätserhöhung zur Folge haben. Es konnte gezeigt werden, daß die amphiphilen Copolymere mit geringen Anteilen an hydrophoben Sequenzen aufgrund der überwiegenden intermolekularen hydrophoben Wechselwirkungen die Viskosität von wäßrigen Lösungen drastisch erhöhen und daher ihr technischer Einsatz als Viskositätsveränderer denkbar ist.

A goal of this work was the synthesis of new, amphiphilic copolymers starting from easy accessible standard monomers. The interest centered around the control of the amphiphilic properties of the synthesised copolymers with regard to their selforganization to monomolecular layers at liquid-gas-interfaces and the elucidation of the correlation between architecture as well as composition of macromolecular systems and their selforganization particularly under the point of view of suitability for model membranes describing natural membranes and for complex multilayer systems with special functional properties. The new aspects of this work consists first of all in the new architecture of the amphiphilic copolymers. The polymeric amphiphiles known in the literature are mostly block- or grafted copolymers. Within this work amphiphilic copolymers with periodical structures were synthesised through a new radical copolymerisation method developed within our study group. As opposed to the known manufacturing techniques of the so-called hydrophobically modified polymeres through polymeranalogous reactions, the great advantage consists in the direct obtainment of tailor-made macromolecules with exactly defined proportions between hydrophobic and hydrophilic sequences through copolymerisation of easily accessible standard monomeres. A further goal of this work was the survey of the sythesized amphiphilic co- and terpolymers with regard to their rheological properties. Water solubile, hydrophobically modified polymers above the overlap concentration form aggregates based on the intermolecular interactions of the hydrophobic groups, which leads to an abnormally high increase of viscosity. It has been shown that amphiphilic copolymers with a small amount of hydrophobic sequences drastically elevate the viscosity of aqueous solutions because of the predominant intermolecular hydrophobic interactions, and hence their technical use as viscosity modifier is feasible.