Brechungsindex-Modifikation durch TiO2-Nanopartikel in hydrophilen Acrylaten

In dieser Arbeit wurde die Synthese und Charakterisierung von Poly-2-hydroxyethyl-methacrylat (PHEMA)-TiO2-Nanokompositen mit drei verschiedenen TiO2-precursorn vorgestellt. Ein einfaches Beimischen der Partikel zu den Monomeren und Polymerisation führte nicht zum Erfolg. Die Agglomeration der Nanop...

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Main Author: Szabo, Patrick
Contributors: Hampp, Norbert ( Prof. Dr. ) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2019
Chemie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:In dieser Arbeit wurde die Synthese und Charakterisierung von Poly-2-hydroxyethyl-methacrylat (PHEMA)-TiO2-Nanokompositen mit drei verschiedenen TiO2-precursorn vorgestellt. Ein einfaches Beimischen der Partikel zu den Monomeren und Polymerisation führte nicht zum Erfolg. Die Agglomeration der Nanopartikel ist das Hauptproblem, um TiO2 in die Polymermatrix einzubetten. Daher kann eine in situ Synthese von TiO2 im Polymer als eleganter Lösungsansatz angesehen werden. Der eingebettete Titankomplex wurde in kochendem Wasser nach der Polymerisation der Monomere zu TiO2 umgesetzt. Alle PHEMA-TiO2-Nanokomposite zeichnen sich, unabhängig von der TiO2-Vorstufe, durch einen Brechungsindex zwischen 1.482 – 1.489 (DSR-λ) und eine hohe Transparenz im sichtbaren Wellenlängenbereich aus. Die Lichtechtheit von TiO2-Nanokompositen ohne UV-Absorber wird auf der Blauwoll-Skala der Kategorie 5 charakterisiert, was einer „guten“ Lichtbeständigkeit entspricht. Die Lichtbeständigkeit zeigte eine leichte Verschlechterung gegenüber reinem Poly-HEMA, aber die Komposite erfüllen immer noch die Anforderungen an IOL-Materialien. Die Zugabe eines organischen UV-Absorbers ist notwendig, allerdings zeigten die Titankomplexe jedoch keine vollständige Hydrolyse. Der Grund ist, dass der UV-Absorber und das Titan-Zentralatom koordinativ gebunden sind, was für die 2-Hydroxy-benzophenon-Struktur beobachtet und mittels 1H-NMR bestätigt wurde. Diese Koordination sollte durch eine Erweiterung des konjugierten π-Systems des UV-Absorbers geschwächt werden. Es resultiert ein UV-Absorber mit integriertem Blaufilter, der jedoch nicht den gewünschten Effekt zeigte. Weiterhin wurde beobachtet, dass eine oktaedrische Koordination des TiO2-Vorläufers notwendig ist, da der Titankomplex mit Ethanolliganden zu Neben-reaktionen bei der Polymerisation führte. Beim Langzeitexperiment wurde eine geringe Freisetzung von TiO2-Nanopartikeln unter physiologischen Bedingungen beobachtet. Der Übergang zu einem polymerisierbaren Chelat-Liganden verbesserte die TiO2-Nanopartikel-Fixierung im Polymernetzwerk. Nach der Hydrolyse von Ti(acac)2(OiPr)2 ist der Chelat-Ligand Acetylaceton nicht chemisch an das Polymergerüst gebunden und kann mit Wasser extrahiert werden. Der Chelat-Ligand 2-(Methacryloyloxy)ethylacetoacetat in Ti(aaema)2(OiPr)2 ist kovalent an das Polymergerüst gebunden und kann nicht extrahiert werden, was zu einer besseren Fixierung von TiO2-Partikeln führte. Als mögliche Erklärung wird die „Hopping-Diffusion“ in Betracht gezogen. Die Nanopartikel sind in einem Käfig aus Polymerketten umschlossen, wobei die Polymerketten beweglich sind und über die Partikel gleiten können. So können die Partikel in den nächsten Polymerkäfig gelangen. Der Austritt der Partikel wurde mittels Brechzahlbestimmung der Nanokomposite bestimmt. Es zeigte sich, dass der Brechungsindex der Komposite nach 6 Monaten deutlich reduziert war. Dieses ist auf den Austritt der Partikel zurückzuführen. Der Austritt der Partikel wurde im Anschluss mittel TiO2-Aufschluss und elektronenmikroskopischen Untersuchung bestätigt.
Physical Description:137 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2020.0051