Non-aqueous dispersions of particles and their applications

In the current work, three studies about non-aqueous dispersions of particles were carried out by using an amphiphilic block copolymer poly(isoprene)-block-poly(methyl methacrylate) (PI-b-PMMA) as stabilizer:rn1. Dispersions of polyurethane and polyurea porous particles for polymer compositesrn2. Dispersions of PMMA and PU particles with PDI dye for study of Single Molecule Spectroscopy Detectionrn3. Dispersions of graphene nanosheets for polymer compositesrnrnIn the first study, highly porous polyurethane and polyurea particles were prepared in a non-aqueous emulsion. The preparation of porous particles consisted of two parts: At first, a system was developed where the emulsion had high stability for the polymerization among diisocyanate, diol and water. In the second part, porous particles were prepared by using two methods fission/fusion and combination by which highly porous particles were obtained. In this study, the applications of porous particles were also investigated where polyurethane particles were tested as filling material for polymer composites and as catalyst carrier for polyethylene polymerization. rnrnIn the second study, PMMA and PU particles from one non-aqueous emulsion were investigated via single molecule fluorescence detection. At first the particles were loaded with PDI dye, which were detected by fluorescence microscopy. The distribution and orientation of the PDI molecules in the particles were successfully observed by Single Molecule Fluorescence Detection. The molecules were homogenously distributed inside of the particles. In addition they had random orientation, meaning that no aggregations of dye molecules were formed. With the results, it could be supposed that the polymer chains were also homogenously distributed in the particles, and that the conformation was relatively flexible. rnrnIn the third part of the study, graphene nanosheets with high surface area were dispersed in an organic solvent with low boiling point and low toxicity, THF, stabilized with a block copolymer PI-b-PMMA. The dispersion was used to prepare polymer composites. It was shown that the modified graphene nanosheets had good compatibility with the PS and PMMA matrices. rn

Das amphiphile Blockcopolymer Polyisopren-b-PMMA (PI-b-PMMA) ist ein Emulgator für nicht-wässrige Emulsionen. In der vorgelegten Arbeit wurden spezielle Polymer-Partikel und Dispersionen mit diesem Blockcopolymer für unterschiedliche Anwendungen hergestellt. Die Arbeit besteht aus drei Projekten:rn1. Herstellung von porösen Polyurethan-Partikelnrn2. Untersuchung der PDI- Farbstoffmoleküle in Polymer-Partikelnrn3. Nicht-wässrige Dispersion von Graphen-NanoschichtenrnrnIm ersten Projekt wurden hochgradig poröse Polyurethan-Partikel aus einer nicht-wässrigen Emulsion, stabilisiert mit PI-b-PMMA, hergestellt. Die poröse Struktur wurde gebildet durch das aus der Reaktion von Wasser mit Diisocyanat entstandene CO2. Über die Wassermenge und die verwendeten Katalysatoren konnten die Eigenschaften der porösen Struktur kontrolliert werden. Zwei Anwendungen der porösen Partikel wurden untersucht: als Füllmaterial für Polymerkomposite und als Katalysatorträger für Polyethylen-Polymerisation. Die Ergebnisse zeigten, dass die poröse Struktur die Kontaktfläche vergrößert und damit die Wechselwirkung verstärkt.rnrnIm zweiten Projekt wurden PMMA- und PU-Partikel mit Farbstoff in einer nicht-wässrigen Emulsion hergestellt, die mit PI-b-PMMA stabilisiert wurde. Die Farbstoff-Moleküle wurden mit Einzelmolekül-Spektroskopie untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Farbstoffmoleküle relativ homogen in den Partikeln verteilt sind. Dies bedeutet, dass auch die Polymerketten relativ homogen in den Partikeln verteilt sind. Die Ergebnisse haben auch gezeigt, dass die Farbstoffmoleküle in den PU-Partikeln einen größeren Abstand zueinander haben als in den PMMA-Partikeln.rn rnIm dritten Projekt wurden Graphen-Nanoschichten in THF dispergiert und mit PI-b-PMMA stabilisiert. Diese Dispersion hatte eine Konzentration von 0,1 mg/ml nach einer Zentrifugierung mit 1000 rmp. Das Blockcopolymer hat somit eine starke Wechselwirkung mit den Graphen-Nanoschichten. Die dispergierten Graphen-Nanoschichten wurden im Hinblick auf ihre Verwendbarkeit als Polymer-Nanokomposite untersucht. Diese zeigten eine gute Kompatibilität mit Polystyrol und PMMA. Für PU-Komposite lag die elektrische Perkolationsschwelle zwischen 1 wt% und 3,5 wt%, für PMMA-Komposite zwischen 3,5 wt% bis 5,5 wt%.rn