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Polymerisationen an flüssigen Grenzflächen

Ultradünne, vernetzte Membranen sind in der Natur weit verbreitet. Ein einfaches Beispiel stellt das Spektrin-Netzwerk der Erythrozyten dar, das diesen Zellen eine besonders hohe Flexibilität verleiht. Da biologische Systeme einen sehr komplexen supramolekularen Aufbau besitzen, beschäftigen wir uns mit der künstlichen Herstellung derartiger Materialien.

Monomolekulare Filme aus 1,12-Dodecandiol-Dimethacrylat lassen sich  an der

 

Öl/Wasser Grenzfläche leicht mithilfe von UV-Licht vernetzen.

 

Es gibt verschiedene Arten der Synthese zweidimensionaler Modellnetzwerke, zu denen die Photopolymerisation amphiphiler Dimethacrylsäureester und die Polykondensation von Organosiloxanen gehören. Diese ultradünnen Membranen können an der Wasseroberfläche oder an der Grenzschicht zweier unterschiedlich polaren Flüssigkeiten hergestellt werden. Je nach Art der Monomere bilden sich kautschukelastische, glasartige oder temporär vernetzte Filme. Man kann derartige Strukturen auch mithilfe anderer Polymerisationsarten herstellen. Hierzu gehört die Vernetzung durch Wasserstoff-Brückenbindungen  oder die Stabilisierung ionischer Tensidfilme durch mehrwertige Gegenionen. Mithilfe von speziellen Rheometern lassen sich der zweidimensionale Sol-Gel-Übergang, die Kinetik der Filmbildung und die viskoelastischen Phänomene der vernetzten Filme analysieren. In Ergänzung zu den physikalischen Eigenschaften kann der molekulare Aufbau der Netzwerke durch eine Kombination der „Video-Enhanced-Microscopy“ und der „Brewster-Winkel-Mikroskopie“ beobachtet werden. Bei zahlreichen Netzwerken treten fraktale Muster auf, die auf diffusionskontrollierte Grenzflächenreaktionen hinweisen. Ergänzende Informationen über die Porenstruktur dieser Netzwerke erhält man mit Hilfe von ESR-Messungen. In diesen Experimenten bestimmt man den spezifischen Widerstand, den die Netzwerke der lateralen Diffusion von Spinsonden entgegensetzen.

F03_02

Brewsterwinkelmikroskopie-Bild eines ultradünnen Dodecandiol-Dimethacrylat-Netzwerkes in der Nähe des Sol-Gel-Übergangspunktes. Man erkennt den fraktalen Aufbau eines zweidimensionalen Netzwerks. Schwarze Regionen stellen die reine Wasseroberfläche dar.