Blockcopolymere. Hanqiong Hu, Soft Matter 2014,10 Ward A. Lopes and Heinrich M. Jaeger, Nature von J. Slowik 1

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Hilke Lichtenberg
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1 Blockcopolymere Hanqiong Hu, Soft Matter 2014,10 Ward A. Lopes and Heinrich M. Jaeger, Nature von J. Slowik 1

2 Gliederung 1.Definition Blockcopolymere (BCP's) 2. Polymerisation von Blockcopolymeren 2.1 Lebende Polymerisation 2.2 Kontrollierte radikalische Polymerisation 2.3 Metallkatalysierte radikalische Polymerisation 3. Phasenseparation 3.1 Phasenseperation vs. Blends 3.2 Blockcopolymere im Bulk 3.3 Blockcopolymeren in Lösungen 4. Anwendungsbeispiele 4.1 Blockcopolymerlithographie 4.2 Membranen 4.3 Drug Delivery Mizellen 5. Zusammenfassung von J. Slowik 2

3 1. Definition Blockcopolymere: Polymere bestehend aus 2 oder mehr Monomeren, die blockartig angeordnet sind Meistens Diblock-co (2 verschiedene Monomere) oder Triblockter-polymere (3 verschiedene Monomere) Nomenklatur Name 1. Monomer-b(lock)-Name 2. Monomer Polystyrol-block-Polymethylmethacrylat von J. Slowik 3

4 2.1 lebende Polymerisation Keine Abbruchreaktion Kettenende weiterhin aktiv Daher könne Blöcke sequenziell eingebaut werden Bessere Kontrolle der Eigenschaften des Polymeres von J. Slowik 4

5 2.2 kontrollierte radikalische Polymerisation Radikal ist ein aktives Zentrum mit hoher chemischer Aktivität Daher finden nicht nur Kettenwachstumsreaktionen sondern auch Kettenabbruchsreaktionen statt Diese erzeugen unterschiedliche Polymerisationsgrade und eine Verteilung der Molekulargewichte Lösung: Verringerung der Konzentration der Radikalen von J. Slowik 5

2.3 Metallkatalysierte radikalische Polymerisation Reaktion von Alkylhalogenid mit Übergangsmetallkomplex führt zur Aktivierung/Inhibierung des Radikals Entscheidend für die Reaktion Niedrige

6 2.3 Metallkatalysierte radikalische Polymerisation Reaktion von Alkylhalogenid mit Übergangsmetallkomplex führt zur Aktivierung/Inhibierung des Radikals Entscheidend für die Reaktion Niedrige Konzentration der aktiven Spezies Schnelle Umwandlung der aktiven zur schlafenden Spezies Initiatoren: CCl 4,Haloester, Haloalkyllbenzole Metallkatalysatoren: RuCl 2 (PPh 3 ) 3,FeCl 2 (PPh 3 ) 3 Chem. Rev. 2001, 101, von J. Slowik 6

7 3.1 Phasenseparation vs. Blend Phasenseparation ist ein entropiegetriebener Prozess Ursache ist die Ausbildung einer möglichst geringen Grenzfläche zwischen den Polymeren Da die Blöcke über kovalente Bindungen verbunden sind, bilden sich Strukturen im Nanometerbereich bei Block-copolymeren aus Blend: physikalische Mischung von 2 verschiedenen Polymeren mit Phasenseparation im Mikrometerbereich Batex & Frederickson Physik Today , 32. O. Marti Uni. Ulm von J. Slowik 7

8 3.2 BCP's im Bulk Morphologie wird bestimmt durch die Blocklänge N und den Flory-Huggins- Parameter Χ Χ gibt die Interaktion der Blöcke untereinander an Bei Triblock-ter-polymeren noch komplexere Strukturen möglich Macromolecules. Copyright (1995, 1996) American Chemical Society von J. Slowik 8

9 3.3 Strukturen von BCP in Lösung von J. Slowik 9

10 4.1 Block Copolymer Lithographie Als Masken für die Herstellungen von elektronischen Bauteilen Mögliche Strukturen: Linien, Punkte, Ringe Auflösung bis zu einigen Nanometer möglich funnano.kaist.ac.kr Liu, C.-C.. Macromolecules 2013, 46, von J. Slowik 10

11 4.2 Membranen Phasenseparation mit Zylinderstruktur Blöcke sind über Komplexe verbunden, damit einfaches Herauslösen eines Blockes mit Lösungsmittel möglich Möglichkeit der chemischen Aktivierung von J. Slowik 11

12 4.3 Drug Delivery Mizellen Ziel: sicherer Transport von instabilen Wirkstoffen zum Einsatzort und dort gezielte Freisetzung Mizellenbildung ist steuerbar, z.b. durch ph-wert, Temperatur Durchmesser ähnlich den von Viren und Lipoproteinen damit selektive Aufnahme in Zellen oder Tumore möglich Kazunori Kataokaa Advanced Drug Delivery Reviews 47 (2001) von J. Slowik 12

13 5. Zusammenfassung Blockcopolymere werden durch lebende/kontrollierte radikalische Polymerisation hergestellt Durch Verringerung der Grenzfläche kommt es zur Phasenseparation, wobei sich die Strukturgröße im Nanometerbereich befindet Verschiedene Strukturen in 2-D (Zylinder, Kugel, Lamellen etc.) und in 3-D (Mizellen, Vesikel etc.) in Abhängigkeit vom der Blocklänge und Flory-Huggins-Parameter möglich Mögliche Anwendung im Bereich der Lithographie als Maske, Nanomembranen und als Wirkstofftransportsysteme von J. Slowik 13

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