Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2921
Main Title: Temperature-induced swelling/shrinking behavior of adsorbed PNIPAM microgels
Translated Title: Thermoinduziertes Quell-/Schrumpfverhalten von adsorbierten PNIPAM Mikrogelen
Author(s): Burmistrova, Anna
Advisor(s): Klitzing, Regine von
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Doktorarbeit beschäftigt sich mit dem Verhalten von adsorbierten Mikrogelen. Die Mikrogele wurden durch Emulsionspolymerisation ohne Tenside synthetisiert. N-isopropylacrylamid (NIPAM) wurde als Monomer, N, N-methylenbisarcylamide (BIS) als Quervernetzter, Kaliumperoxidesulfate als Starter und Acrylsäure (AAc) wurde als Comonomer benutzt. Für reine PNIPAM Mikrogele findet bei einer Temperatur ca. 32°C ein Phasenübergang statt. Unter dieser Temperatur ist Wasser ein gutes Lösungsmittel, was bedeutet, dass sich die Mikrogelen in einem gequollenen Zustand befinden. Steigt die Temperatur über 32°C, kollabieren die Mikrogele, was bedeutet, dass Wasser die Eigenschaft eines „schlechten“ Lösungsmittels besitzt. Durch den Anteil von Comonomeren und Quervernetzter kann die Übergangstemperatur gesteuert werden. Aufgrund der schnellen Reaktionszeiten durch Änderungen der äußeren Bedingungen besitzen die Mikrogele ein hohes Anwendungspotential. Sie können im dem Medikamententransport, der Emulsionsstabilisierung, der Wasserspeicherung usw. eingesetzt werden. Des Weiteren sind Mikrogele sehr interessant für die funktionalen Beschichtungen. In dieser Arbeit wurden Mikrogele mit unterschiedlichen Anteilen von AAc und BIS präpariert. In erster Linie wurde deren Quellverhalten in der Volumenphase untersucht. Es wurde festgestellt, dass die durch AAc modifizierten Mikrogele zeigen einen zweistufigen Übergang zeigen. Der zweite Übergang findet bei einer Temperatur von ca. 40°C statt. Dieser wird für Mikrogele mit höheren AAc Anteilen deutlicher. Hauptsächlich beschäftigt sich die Arbeit mit den zwei Fragen: wie hängt die Anzahl von adsorbierten Mikrogelen von den verschiedenen Parametern wie dem pH-Wert, der Konzentration der Mikrogele, der Rotationsgeschwindigkeit während der Adsorption, dem Alkoholanteil in der Mikrogeldispersion ab und wie verhalten sich die adsorbierten Mikrogele? Es wurde festgestellt, dass sich die Anzahl von adsorbierten Mikrogelen bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten erhöht. Der Abstand zwischen den Mikrogelen kann auch durch die Ethanolkonzentration variiert werden. Um das thermoinduziertes Verhalten von adsorbierten Mikrogelen zu untersuchen, wurden die Mikrogele in Flüssigkeit mittels Rasterkraftmikroskopie untersucht. Es wurde festgestellt, dass der zweite Übergang für adsorbierte Mikrogele verschwindet. Die adsorbierten Mikrogele sind nur bei neutralen pH-Werten stabil. Sie reagieren stark auf die Ionenstärke der Lösung und Alkoholkonzentration. Die Präparationsmethode und -temperatur beeinflussen die Große von adsorbierten Mikrogelen und deren Quellverhalten.
This Ph.D. thesis is focused on the behavior of adsorbed microgels. Microgels were synthesized via surfactant free emulsion polymerization. N-isopropylacrylamide (NIPAM) was used as a monomer, N, N-methylenbisarcylamide (BIS) as a cross-linker, potassium persulfate as an initiator and acrylic acid (AAc) as a co-monomer. Pure PNIPAM microgels show a phase transition at a temperature about 32°C. Below this temperature microgels are in a swollen state that means water is a good solvent. About this temperature water becomes a bad solvent and microgels collapse. The transition temperature could be changed by adding co-monomers and cross-linker. Due to the fast reaction on the changing enviromental conditions, microgels have a very high application potential. They could be used for drug delivery, for emulsion stabilization, for water storage. Microgels are also very interesting for functional coverage. In this work microgels with different contents of AAc and BIS were synthesized. Firstly, their swelling properties were characterized in the volume phase. It was shown that modified microgels have a two step transition .The second transition temperature is about 40°C. It becomes more pronounced with increasing content of AAc. Mainly this work is focused on two questions: if the number density of adsorbed microgels depends on the different parameters such as pH, microgel concentration, rotation speed, alcoholic content of the microgel dispersion and how the adsorbed microgels behave. It could be shown that the number density of adsorbed microgels increases at slow rotation speeds. The distance between microgels could be managed by the ethanol concentration in the microgels dispersion. They react strongly on the solution ionic strength and alcohol concentration. Preparation technique and temperature affect the size of adsorbed microgel and their swelling behavior.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-31753
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3218
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2921
Exam Date: 17-Feb-2011
Issue Date: 5-Aug-2011
Date Available: 5-Aug-2011
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Mikrogele
Quellverhalten
Rasterkraftmikroskopie
Adsorption
Microgels
SFM
Swelling
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