Herstellung hydrophiler Polyurethanpartikel und anisotroper Polymerpartikel

Hydrophile Polyurethanpartikel wurden mittels in inversen Miniemulsionen durchgeführten Polyadditionsreaktionen hergestellt. Wie durch FT-IR-Spektroskopie gezeigt wurde, konnte durch die Abwesenheit von Wasser in dem verwendeten System die Entstehung von Harnstoffbindungen vermieden werden. Das Molekulargewicht der erhaltenen Polyurethane konnte durch verschiedene Parameter, wie zum Beispiel die Hydrophobizität der kontinuierlichen Phase oder die Zugabe von DMSO zur dispersen Phase, beeinflusst werden. Die höchsten Molekulargewichte (Mn von bis zu 19000 g•mol-1) wurden mit Isopar M als kontinuierlicher Phase erhalten. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung anisotroper Polystyrolpartikel über eine Film-Dehnungs-Methode. Polystyrol/Polyvinylalkohol-Filme wurden oberhalb der Glasübergangstemperatur von Polystyrol und Polyvinylalkohol (Matrix) uniaxial oder biaxial gedehnt, wodurch ellipsenförmige oder scheibenförmige Partikel entstanden. Es zeigte sich, dass die Redispergierbarkeit der verstreckten Partikel in Wasser stark von deren Oberflächenfunktionalisierung abhängig war. Die beste Redispergierbarkeit (46%) wurde für Sulfonat-funktionalisierte Partikel erhalten. Als eine alternative Methode zur Herstellung anisotroper Polymerpartikel wurde im letzten Teil der vorliegenden Arbeit Elektrospinnen eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass es prinzipiell möglich ist, ellipsenförmige PS-Partikel zu erhalten, deren Aspektverhältnis durch die Höhe der angelegten Spannung und den Abstand zwischen Spitze und Kollektor beeinflusst wurde. Neben PS-Partikeln konnten auch PMMA-Kapseln über Elektrospinnen verstreckt werden. Mittels der Film-Dehnungs-Methode konnte jedoch eine größere Vielfalt an Aspektverhältnissen hergestellt werden. Ein weiterer Nachteil gegenüber der Film-Dehnungs-Methode ist die relativ breite Größenverteilung der verstreckten Partikel. Jedoch ist Elektrospinnen im Gegensatz zur Film-Dehnungs-Methode ein kontinuierlicher Prozess und könnte auch für die Herstellung anisotroper Partikel von Polymeren mit einer hohen Glasübergangstemperatur verwendet werden.

In the first part of the thesis hydrophilic polyurethane particles were synthesized in non-aqueous inverse miniemulsions by polyaddition reaction of oligoethylene glycol and either tolylene-2,4-diisocyanate or isophorone diisocyanate. FT-IR spectroscopy confirmed that the absence of water in the system had circumvented the formation of urea bonds. The molecular weight of the obtained polyurethanes could be influenced by several parameters such as the hydrophobicity of the continuous phase or the addition of DMSO to the dispersed phase. Using Isopar M as continuous phase molecular weights as high as 19,000 g•mol-1 (Mn) could be obtained. In the second part of this work anisotropic nanoparticles were prepared using a film stretching method. Spherical PS particles were embedded in a PVA film, which was then stretched uniaxially or biaxially at a temperature above the glass transition temperature of PS and PVA. Ellipsoids or disk-shaped particles could be obtained. The re-dispersibility of the recovered stretched particles in water was found to be strongly dependent on the surface functionalization of the initial spherical particles. The highest re-dispersibility (46%) was obtained for sulfonate-functionalized particles. In the last part of the thesis electrospinning was explored as a method for the formation of anisotropic polymer particles. It was possible to prepare ellipsoidal PS particles whose aspect ratio depended on the applied voltage and the tip-collector distance. Compared to electrospinning, the film stretching method allowed the formation of nanoparticles with a larger variety of aspect ratios. Another drawback in comparison to the film stretching method was the large polydispersity in size of the stretched particles. However, the electrospinning is a continuous process and can be hence applied for the formation of larger amount of anisotropic particles. Furthermore, the electrospinning technique allows the preparation of anisotropic particles from polymer with a high glass transition temperature because no heating above the glass transition temperature is required, as it is the case for the film stretching method.