Synthese neuer Metallnanopartikel-Polymer-Hybridmaterialien ausgehend von endfunktionalisierten Polymeren und Untersuchung ihrer Eigenschaften

Im Rahmen dieser Dissertation wurden neue Polymer-Metallnanopartikel-Hybridmaterialien synthetisiert, neue Charakterisierungsmethoden entwickelt und eingesetzt und wichtige Grundlagen für fortführende Arbeiten gelegt. Sphärische Silbernanopartikel mit 2-4 nm Durchmesser wurden mit thiol-endfunktion...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Bokern, Stefan
Beteiligte: Greiner, Andreas (Prof.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2011
Chemie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Im Rahmen dieser Dissertation wurden neue Polymer-Metallnanopartikel-Hybridmaterialien synthetisiert, neue Charakterisierungsmethoden entwickelt und eingesetzt und wichtige Grundlagen für fortführende Arbeiten gelegt. Sphärische Silbernanopartikel mit 2-4 nm Durchmesser wurden mit thiol-endfunktionalisiertem Polystyrol mit Molekulargewichten zwischen 500 und 91.000 g/mol stabilisiert. Diese Synthese konnte in 100-Gramm-Mengen in nahezu quantitativer Ausbeute durchgeführt werden. Die resultierenden polymerstabilisierten Silbernanopartikel wurden mit üblichen polymeranalytischen Methoden charakterisiert. Zudem wurde die außerordentlich hohe morphologische und chemische Stabilität der Partikel in Dispersion und als Feststoff untersucht. Es war möglich, die Partikel mit konventionellem Polystyrol bei 190 °C zu co-extrudieren und zu verarbeiten, es resultierte eine sehr homogene Verteilung von Silbernanopartikeln in der Matrix. Als Weiterentwicklung dieser Arbeiten wurden Palladiumnanopartikel mit Polystyrolhülle entwickelt, die über eine angebrachte 2,2’-bipyridyl-Endgruppe gebunden war. Überraschenderweise zeigten die Palladiumnanopartikel eine wurmartige Morphologie mit etwa 2 nm Durchmesser und 10 nm Länge. Diese „Nanowürmer“ waren stabil in Dispersion und in Schmelze und es konnte gezeigt werden, dass die Nanowürmer durch lineare Aggregation von sphärischen Palladiumnanopartikeln entstehen. Die Ergebnisse konnten mit α-mercapto-Polystyrol reproduziert werden und es wurden Nanowürmer mit 10 nm Durchmesser und bis zu 120 nm Länge erhalten. Das Konzept der polymerstabilisierten Silbernanopartikel wurde auf difunktionelle Polymere übertragen, was zu nanopartikelvernetzten Materialien führte. α,ω-dimercapto-Polyisopren wurde erstmals mit hohem cis-Anteil von über 80 % und nahezu quantitativer Funktionalisierung und Ausbeute synthetisiert und durch in situ hergestellte Silbernanopartikel vernetzt. Diese Vernetzung führte zu einem schmelzbaren Elastomer, dessen mechanischen Eigenschaften stark von der Menge der inkorporierten Silbernanopartikel abhingen. Das E-Modul als direktes Resultat von Vernetzung stieg mit zunehmendem Anteil an Silbernanopartikeln an und erreichte ein Maximum, bevor es mit Nanopartikelüberschuss wieder stark absank. Diese Ergebnisse konnten durch Quellversuche verifiziert werden. Das Material war thermoplastisch und konnte reversibel bei Temperaturen über 90 °C per Heißpressen oder Extrusion verarbeitet werden. Die Prozedur der Polymervernetzung durch Nanopartikel konnte erfolgreich auf verschiedene Metalle und endfunktionalisierte Polymere übertragen werden Im letzten Teil der Arbeit wurde Methylcoumarin-endfunktionalisiertes Polystyrol über eine Oberflächenpolymerisationsreaktion auf einem Goldnanopartikel angebracht, um so „künstliche Moleküle“ zu realisieren. Dazu wurde die neue Materialklasse der endfunktionalisierten Polymer-Azo-Initiatoren entwickelt und charakterisiert. Pro Partikel konnte exakt eine Methylcoumaringruppe mit Polystyrol als Spacer angebracht werden. Dies konnte durch eine neuentwickelte GPC-Methode bewiesen werden, bei der das gemessene Molekulargewicht eines Goldnanopartikels während der Messung um das Molekulargewicht exakt eines Polystyrolblocks anstieg.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2011.0493