Die effektive Ladung eines Polyelektrolyten in Abhängigkeit der Polymerkonzentration und Ionenstärke

Die Ladungsdichte eines Polyelektrolyten bestimmt im Wesentlichen das spezielle physikochemische Verhalten in Lösung und stellt einen der wichtigsten Parameter bei deren Anwendung dar. Folglich ist ein quantitatives Verständis über die effektive Ladung unabdingbar und stellt nach wie vor einen Schwerpunkt aktueller Polymerforschungen dar. Allgemein anerkannt ist die Tatsache, dass die effektive Ladungsdichte in allen Fällen niedriger ist, als es die chemische Struktur vorgibt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der quantitativen Bestimmung der effektiven Ladung eines linearen, anionischen Polyelektrolyts in einem organischen Lösungsmittel. Zu diesem Zweck wurde ein Polymer mit geschützten Carboxylatgruppen synthetisiert, das eine nachträgliche quantitative Anpassung der Ladungsdichte durch Verseifung eines Esters erlaubt. Der auf diesemWeg synthetisierte Polyelektrolyt besitzt eine theoretische Ladungsdichte von 20% und wurde mit Lichtstreutechniken, Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie und elektrophoretischen Methoden untersucht um anschließend aus den erhaltenen Daten, unter Verwendung verschiedener Theorien, die effektive Ladung in Abhängigkeit der Polymer- und Salzkonzentration zu bestimmen. Die Ergebnisse liefern, in Abhängigkeit der verwendeten Theorie, eine konstante oder von den äußeren Parametern abhängige Ladungsdichte, die immer deutlich unter der theoretisch möglichen liegt.

The charge density of a polyelectrolyte essentially determins the specific physico chemical behaviour in solution and is one of the most important parameter for their application. Consequently, a quantitative understanding of the effective charge is indispensible and therefore the main emphasis is still put on this aspect in recent polymer research. Widely accepted is the fact that the effective charge density is smaller than their chemical structure would suggest. This applies to all cases. The thesis presented here, focuses on the quantitative determination of the effective charge of a linear anionic polyelectrolyte in organic solvent. Therefore, a polymer with protected carboxylates was synthesized which enables a subsequent and quantitative adaption of the charge density through cleavage of an ester. The charge density of the synthesized polyelectrolyte is about 20% and was characterized in terms of light scattering, fluorescence correlation spectroscopy and electrophoretic methods. Thereafter, the collected data were used to determine the effective charge, applicating different theories, by varying the polymer concentration and the ionic strength of the solution. The results show, depending on the applicated theory, a constant or on different parameters depending charge density, which is below the theoretical possible in all cases.