Maßgeschneiderte polymerisierbare Tenside zur simultanen Stabilisierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanopartikeln in der Miniemulsionspolymerisation

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene funktionale, polymerisierbare Tenside (Surfmere) synthetisiert, um unmittelbar und exklusiv die Partikeloberfläche in der Miniemulsionspolymerisation mit der gewünschten Funktion für weitere Anwendungen auszurüsten. Hierdurch ist es möglich, auf konventionelle Tenside, welche bedingt durch ihre Mobilität in einigen Anwendungen zu Schwierigkeiten führen, gänzlich zu verzichten. Zusätzlich bietet der Einsatz von Surfmeren eine höhere Kontrolle über die Lokalisation und Verteilung der Funktionalitäten auf der Partikeloberfläche, im Vergleich zum Einsatz von klassischen Comonomeren. rnThematische Schwerpunkte der Arbeit lagen in der Ausrüstung von Partikeloberflächen mit Haftgruppen (Phosphonsäuren) oder Fluoreszenzmarkern sowie der Aufbringung von Initiatorgruppen über Surfmere zur Synthese von Kern-Schale-Partikeln in einem zweistufigen Prozess. Bei allen neu synthetisierten Surfmeren wurde als polymerisierbare Einheit eine Methacrylamidgruppe gewählt, um Funktionalitätenverlust durch Hydrolyse auszuschließen.rnIm Bereich der Haftgruppen wurde gezeigt, dass der Einsatz von phosphonathaltigen Surfmeren die Kontrolle der Partikelgröße und Funktionalisierungsdichte in weiten Bereichen ermöglicht und langzeitstabile Dispersionen erhalten werden. Die Partikel wurden auf ihre Cytotoxizität und ihre biomimetische Mineralisierbarkeit hin untersucht.rnZum Nachweis der Copolymerisation des Surfmers mit dem Hauptmonomer wurde ein Phosphonsäure-Surfmer mit einem Farbstoff auf Naphthalimidbasis synthetisiert. Dies ermöglichte den Nachweis der Copolymerisation mittels Gelpermeationschromatographie.rnZur Fluoreszenzmarkierung von Partikeloberfläche wurden erstmals Surfmere realisiert, die in der Kopfgruppe eine BODIPY-Einheit, welche in 2 oder 2,6-Position sulfoniert wurde, als Fluorophor tragen. Der Polymerisationsbeweis wurde durch HPLC-Messungen geführt und die Lokalisation auf der Partikeloberfläche durch Quenchungsexperimente verifiziert. rnDes Weiteren wurde ein kationisches Surfmer synthetisiert, welches nahe der Kopfgruppe eine Bromo iso-buttersäureeinheit zur AGET-ATRP-Initiierung trägt und somit potentiell zum Aufbau von Kern-Schale-Morphologien befähigt ist.

In this work different new functional polymerizable surfactants (surfmers) for miniemulsion polymerization were realized, these gave the opportunity to functionalise exclusively the particle surface within the particle formation step. This approach makes conventional surfactants superfluous in these systems. Conventional surfactants lead to a series of problems in the application of latices because of their mobility. Additionally the employment of surfmers gives rise to a higher control of localization and distribution of the functionalities in comparison to the usage of comonomers.rnMain focuses of this work were the decoration of the particle surface either with anchor groups (phosphonic acids), fluorescent labels or initiators to built up core shell morphologies in a two step procedure. To prevent hydrolysis in aqueous media a methacrylamid group was chosen as the polymerizable unit.rnIt was shown, that the usage of phosphonic acid surfmers allows the control over the particle size and functionalization density within a brought range by variation of the concentration. Long term stable dispersions were obtained. The functionalised particles were examined regarding their cytotoxicity and their ability to be used as templates in biomimetic mineralization. rnTo investigate the copolymerization of the surfmer with the monomer a dye labelled surfmer was synthesised thus giving the opportunity for a detection with a UV/vis detector in size exclusion chromatography. rnFor fluorescent labelling of the particle surface, BODIPY-units were incorporated for the first time into the headgroup of a surfmer, by sulfonating the Bodipy-core in 2 or 2,6-position. Copolymerization of this surfmers were verified by HPLC and the localisation at the interface was proven by quenching experiments.rnAdditionally a cationic, potentially double reactive surfmer was synthesised, bearing a 2-bromoisobutyric ester, near the headgroup, for AGET-ATRP initiation from the particle surface, to give core-shell morphologies.