Tensid- und Interpolyelektrolytkomplexe semiflexibler Polyelektrolyte

Hochgeladene semiflexible kationische und anionische Polyelektrolyte wurden mit niedermolekularen Tensiden zu Polyelektrolyt-Tensid-Komplexen (PETK) umgesetzt und in organischen Lösungsmitteln mit Streumethoden und Rasterkraftmikroskopie charakterisiert. Die synthetisierten PETK wurden anschließend, mit dem Ziel einer strukturkontrollierten Komplexbildung, für die Bildung von Interpolyelektrolytkomplexen (IPEK) in organischen Lösungsmitteln verwendet und anhand ihres Komplexbildungsverhaltens mit wässrigen Systemen verglichen. Die Umsetzung von zylindrischen Polymerbürsten mit Poly(styrolsulfonat)-, bzw. Poly(2-vinylpyridinium)-Seitenketten mit entgegengesetzt geladenen Tensiden verlief, trotz einer Graftingdichte von eins, quantitativ. Mit Streumethoden konnte gezeigt werden, dass die gebildeten PETK in Lösung als molekulare Zylinder vorliegen. Die Synthese von pUC19-DNA-Tensidkomplexen (DNA-TK), die sich in Alkoholen gut lösen, ist nur in stark basischer Lösung gelungen. Während der Charakterisierung der DNA-TK mit Streumethoden zeigte sich eine starke Abhängigkeit des Trägheitsradius von dem Verhältnis DNA-/Salz+. Die Bildung von IPEK aus hochgeladenen Polyelektrolyt-Bürsten bzw. PETK-Bürsten wurde an verschiedenen Beispielen in Wasser und DMF durchgeführt und mit Streumethoden verfolgt. Alle Systeme zeigten ein zu der IPEK-Bildung von linearen Polyelektrolyten analoges Komplexbildungsverhalten. Bei der Komplexierung von Poly(styrolsulfonat)-Bürsten-Tensidkomplexen mit kommerziellen Polyamidoamin-G5-Dendrimeren (PAMAM) oder Poly(ethylenoxid) modifizierten Poly(ethylenimin)-Bürsten hingegen wurden über den gesamten Gewichtsbruchbereich mit Streumethoden und AFM zylindrische Aggregate gefunden, die den Dimensionen der Poly(styrolsulfonat)-Bürsten-Tensidkomplexe entsprechen. Durch statistische Höhenanalyse der AFM-Bilder wurde ein linearer Zusammenhang zwischen der Komplexhöhe und dem Gewichtsbruch an PAMAM, bzw. PEI-PEO gefunden, der auf die Zunahme der Molmasse der Komplexe durch Wachstum entlang des Zylinderdurchmessers hindeutet. Die Bildung von Aggregaten, mit mehr als einem Polyanion, wurde nicht beobachtet.

Liquid crystalline phases of anisotropic, polymer functionalized nanoparticles

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Polymerfunktionalisierung formanisotroperrnNanopartikel wie TiO2 Nanostäbchen oder Kohlenstoff Nanoröhren. Dies dient derrnSolubilisierung und sterischen Stabilisierung in organischen Medien, da diesernionenfrei hergestellt werden können, was eine Nutzung für nanoskopische,rnelektrische Schaltkreise ermöglicht. Die Polymere wurden mittels der RAFTrn(reversible addition-fragmentation chain transfer) Polymerisation mit engenrnMolekulargewichtsverteilungen hergestellt. Im Detail wurden Ankergruppen inrnBlockcopolymere und an der Alphaposition eingeführt, welche eine Anbindung an diernNanopartikeloberfläche ermöglichen. Die Polymere wurden durch Variation derrnverschiedenen Blocklängen für eine bestmögliche Adsorption optimiert. Die sorngewonnenen Polymer funktionalisierten Nanopartikel zeigten eine gute Löslichkeit inrnorganischen Medien und zeigten zudem eine lyotropes, flüssigkristallinesrnPhasenverhalten. Dies war aufgrund der Formanisotropie zu erwarten, zeigte jedochrnebenfalls ein unerwartetes thermotropes Verhalten, welches durch die Polymerhüllernerzeugt wurde. Die Flüssigkristalle wurden eingehend mittels polarisierterrnMikroskopie und Differential Scanning Calorimetry (DSC) untersucht. Diernflüssigkristallinen Phasen aus Nanostäbchen und –röhren wurde dann zurrnOrientierung der anisotropen Nanopartikel benutzt und es konnten makroskopischrngeordnete Proben hergestellt werden. Die Polymerhülle um die Nanopartikelrnermöglichte es ebenfalls diese in Polymerfilme einzuarbeiten und sornNanopartikelverstärkte Kunststoffe herzustellen.

Hyperverzweigte Lacton-Copolymere: enzymatische Synthese, Charakterisierung und Darstellung strukturierter Polymernetzwerke = (Hyperbranched lactone copolymers by enzyme catalysis: synthesis, characterization and preparation of structured polymer networks)

Hyperverzweigte Polymere erfuhren in den letzten Jahren immer mehr Beachtung, da sie im Vergleich zu ihren linearen Analoga besondere Eigenschaften besitzen. Im Jahre 2002 wurde die erste enzymkatalysierte Darstellung hyperverzweigter Poly(epsilon-caprolacton)e (hb-PCL) beschrieben. Hier ermöglichte das Konzept der konkurrierenden ringöffnenden Polymerisation und Polykondensation die Kontrolle der Eigenschaften des dargestellten Polymers. Detaillierte Untersuchungen in Hinblick auf Grenzen und Möglichkeiten, aber auch die Synthese im Technikumsmaßstab sind wesentliche Aspekte dieser Arbeit. Außerdem wird ein neues Konzept eingeführt, das Reknitting genannt wurde. Ziel desselben ist das Recycling kommerziellen, linearen PCLs mittels Umesterung zu hb-PCL durch Enzymkatalyse. Diese hb-PCLs zeigen vergleichbare Eigenschaften zu den aus den Comonomeren dargestellten. Ausgehend von hb-PCL sollte eine geeignete Route zu methacrylierten Vernetzerverbindungen entwickelt werden. Aus Mischungen derselben mit 2-Hydroxyethylmethacrylat wurden komplexe Netzwerkarchitekturen durch Copolymerisation erhalten. Diese Netzwerke wurden in Hinblick auf ihre mechanisch physikalischen Eigenschaften untersucht. Zuletzt wurden Screeningexperimente an anderen zyklischen Estern durchgeführt, da ein Transfer des oben vorgestellten Konzepts angestrebt wurde. Zwei neue hyperverzweigte Polymerklassen, hb-Poly(delta-valerolacton) und hb-Polytrimethylencarbonat wurden detaillierter untersucht und in Ihren Eigenschaften mit hb-PCL verglichen.

Polimeri metacrilici contenenti ferrocene: sintesi mediante ATRP e proprietà

An investigation on the synthesis and properties of ferrocene-containing methacrylate monomer and polymer was carried out. Block copolymers of Ferrocenylmethyl Methacrylate with methyl, butil and esil methacrylate, were also prepared. The side-chain ferrocene-containing polymers and copolymers were prepared via atom transfer radical polymerization (ATRP). The glass transition temperature (Tg) values of the polymers and copolymers were measured by differential scan calorimetry (DSC).The thermal degradation behavior of copolymers was also studied and compared with the respective homopolymers. Cyclic voltammetry was employed to study the electrochemical properties. Preliminar electrochemical studies with a glassy carbon and Indium Tin Oxide electrodes modified with ferrocene-polymer conducted in aqueous and organic media are reported.

Photonen-Aufkonversion in Nanokapseln

Die vorliegende Dissertation zeigt eine erfolgreiche Verknüpfung der Triplett-Triplett-Annihilations-Aufkonversion (TTA-UC) mit möglichen biologischen Anwendungen. Die Grundlage für solche Anwendungen ist ein Transfer der TTA-UC aus seinem üblicherweise verwendeten organischen Medium in eine wässrige Umgebung. Um diesen Transfer zu realisieren, wurden, unter Anwendung der Technik des Miniemulsionsprozesses, in Wasser dispergierte Nanokapseln herstellt. Der Kern dieser Nanokapseln besteht aus einem flüssigen hydrophoben Medium (meist Hexadekan oder Phenylheptadekan), in dem die zur TTA-UC notwendigen Farbstoffe gelöst sind. Dieser flüssige Kern ist vollständig von einer festen Polymerhülle umschlossen und somit isoliert von seiner wässrigen Umgebung. Es wurden insgesamt drei Generationen solcher Nanokapseln hergestellt, die sich hauptsächlich im Herstellungsprozess, aber auch beim Material von Kern und Hülle unterscheiden. Mittels dieser Variationen konnten die Nanokapseln in Bezug auf Effizienz, Anregungswellenlänge und Sauerstoffempfindlichkeit optimiert werden. Bei der ersten Generation wurde die radikalische Miniemulsionspolymerisation zur Kapselbildung verwendet. Die zweite Generation wurde durch die Kombination des Lösungsmittelverdampfungsprozesses mit dem Miniemulsionsprozess entwickelt und liefert somit eine alternative Möglichkeit der Kapselbildung unter milden Reaktionsbedingungen, was eine uneingeschränkte Auswahl der UC-Farbstoffpaare ermöglicht. Durch den Einsatz unterschiedlicher Sensitizer konnte die Anregungswellenlänge der TTA-UC in den roten und in den nahen Infrarot-Bereich des sichtbaren Spektrums verschoben werden. Diese Verschiebung ist im biologischen Anwendungsbereich von enormer Bedeutung, da dort eine Überlappung mit dem natürlichen optischen Fenster von menschlicher Haut und Gewebe stattfindet. Dies reduziert die Streuung der Anregungsquelle im zu untersuchende Medium und ermöglicht hohe Eindringtiefen. Mit den Kapseln der zweiten Generation wurde zum ersten Mal TTA-UC in lebenden HeLa-Zellen (Krebszellen) und MSCs (Mesenchymale Stammzellen) nachgewiesen. Die verzögerte Fluoreszenz aus den Zellen wurde mit biologischen Standardverfahren, sowohl mit der Durchflusszytometrie (FACS) als auch am cLSM nachgewiesen. Besondere Vorteile gegenüber direkter Fluoreszenz konnten bei der Bildgebung von Zellen erreicht werden. Die relativ energiearme Anregungswellenlänge und die dazu anti-Stokes verschobene, detektierte verzögerte UC-Fluoreszenz lieferte eine bessere Bildqualität und eine sehr geringe Phototoxizität der Zellen. Die Kapseln der dritten Generation zeichnen sich durch ihre anorganische, tetraedrisch verknüpfte SiO2-Hülle aus und wurden mittels einer Grenzflächenreaktion (Sol-Gel-Prozess) in Miniemulsion hergestellt. Diese Kapseln weisen im Vergleich zu den Polymernanokapseln eine bessere UC-Effizienz auf und sind zusätzlich stabiler und robuster.

Biotransformações na obtenção de hidróxi-selenetos e hidróxi-teluretos quirais

Neste trabalho foi estudado o comportamento de hidróxi-calcogenetos (Se e Te) frente a biotransformações, empregando enzimas isoladas em meio orgânico ou aquoso e empregando microorganismos (fungos). Estudos comparativos sobre a influência de diversas variáveis, como solvente, temperatura, imobilização enzimática e estrutura do hidróxi-calcogeneto, foram realizados. Inicialmente os compostos foram sintetizados utilizando métodos descritos na literatura, em seguida foi estudada a resolução de hidróxiselenetos em meio orgânico empregando lipases isoladas (Esquema 1), (ver arquivo), incluindo um estudo de imobilização da PSL em diversos suportes, além do estudo da influência da variação do solvente, da temperatura, da lipase, etc. Na resolução em meio aquoso empregando enzimas isoladas, primeiramente os hidróxi-selenetos foram acetilados quimicamente e depois realizado uma triagem (com dez enzimas de diferentes fontes) empregando indicador de pH colori métrico. Posteriormente os acetatos dos hidróxi-selenetos (Esquema 2) (ver arquivo) foram submetidos à resolução enzimática em meio aquoso empregando as enzimas que foram selecionadas na triagem enzimática. As biotransformações utilizando fungos foram realizadas empregando células inteiras de algumas linhagens de Aspergillus terreus. Na seqüência foi realizada a resolução de hidróxi-teluretos em meio orgânico utilizando lipases isoladas (Esquema 3)(ver arquivo). Nessas resoluções também foi estudada a influência da variação do solvente, da lipase, do tempo, etc. De forma a demonstrar a importância dos compostos resolvidos, um hidróxi-seleneto quiral e dois hidróxi-teluretos quirais foram usados para preparar compostos pertencentes a classes de unidades estruturais de vasta ocorrência em produtos naturais: um álcool alílico e duas lactonas (Esquema 4)(ver arquivo).

Adsorption and first stages of polymerization of aniline on platinum single crystal electrodes

The present communication studies the adsorption of aniline on platinum single crystal electrodes and the electrochemical properties of the first layers of polyaniline(PANI) grown on those platinum surfaces. The adsorption process was studied in aqueous acidic solution (0.1 M HClO4) and the electrochemical properties of thin films of PANI in both aqueous (1 M HClO4) and non-aqueous media (tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate (TBAPF6) with additions of methanesulphonic acid in acetonitrile). First of all, it was found that the adsorption of aniline on platinum single crystal surfaces is a surface sensitive process, and even more important that the adsorption features found at low concentrations (5 × 10−5 M) can be directly correlated to the electrochemical properties of thin films of PANI in the very early stages of polymerization. The Pt(1 1 0) surface was found to be more suitable to obtain polymers with more reversible redox transitions when studied in aqueous media (1 M HClO4). This is in good agreement with the higher polymerization rates found on this surface compared to Pt(1 0 0) and Pt(1 1 1). Finally the differences in ionic exchange rate were greatly enhanced when they were studied in organic media. The AC 250 Hz response in the case of the thin films synthesized on Pt(1 1 0) is about twice greater than that obtained in the other basal planes using polymer layers with the same thickness.

Rheological Properties of Organoclay Suspensions in Epoxy Network Precursors

This paper deals with the evolution of the state of dispersion of organically modified montmorillonites in epoxy or amine precursors. The epoxy prepolymer is a diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) and the curing agent is an aliphatic diamine with a polyoxypropylene backbone (Jeffamine D2000). The clay dispersion is evaluated at the platelet scale (nanoscopic scale) from X-ray spectrometry [wide-angle X-ray diffraction (WAXD) and small-angle X-ray scattering (SAXS)] and at the aggregates scale (microscopic scale) from rheological analysis. The organoclays used form gels in the monomers above the percolation threshold if no shear is applied and present a mechanical gel/sol transition when shear stress increases. Gel strength and viscosity at high shear rates are linked to the nanometric state of dispersion and reveal the existence of two different organizations depending on organoclay/monomer interactions: (i) When the clay shows good interactions with the monomer, a significant swelling of the clay galleries by the monomer is obtained. These swollen particles lead to formation of weak gels which after shearing give high relative viscosity fluids. (ii) When the clay develops poor interactions with the monomer, the clay tends to reduce its exchange surface with the monomer and leads to a strongly connected gel. Shear breaks down this physical network leading to a very low relative viscosity fluid composed of nonswollen particles keeping a high aspect ratio. (C) 2003 Elsevier B.V All rights reserved.

Amphiphilic catalysts for the treatment of oily wastewaters

The main objective of this study was to obtain an effective catalyst for removal of diazo dye - Sudan IV by Catalytic Wet Peroxide Oxidation (CWPO). For this purpose liquid phase treatment was used to increase the basicity of activated carbon surface favoring the adsorption of organic pollutants. Modified activated carbon catalysts were used in different types of experiments: 1) decomposition of H2O2 in aquatic media, 2) decomposition of H2O2 in organic media, 3) adsorption of Sudan IV, 4) Sudan IV removal by CWPO. As the result of all of these experiments the most effective catalyst was obtained and discussed. It was not observed removal of Sudan IV from biphasic system by CWPO. The obtained results in some cases show a slight increase in concentration of Sudan IV, which may be ascribed to experimental errors. Different factors could be the reason of those errors. For example, the high volatility properties of organic media used in experiments should be taken into account during experiments. Under settled reaction temperature the decrease of cyclohexane volume during experiment could give rise in Sudan IV concentration. The initial concentration of model diazo dye also should be reviewed more detailed for CWPO experiments. Despite of these experimental errors the behavior of our catalysts in different media was observed.

Stabilization of stormwater biofilters: Impacts of wetting and drying phases and the addition of organic matter to filter media

Ripening period refers to a phase of stabilization in sand filters in water treatment systems that follows a new installation or cleaning of the filter. Intermittent wetting and drying, a unique property of stormwater biofilters, would similarly be subjected to a phase of stabilization. Suspended solids, is an important parameter that is often used to monitor the stabilization of sand filters in water treatment systems. Stormwater biofilters however, contain organic material that is added to the filter layer to enhance nitrate removal, the dynamics of which is seldom analysed in stabilization of stormwater biofilters. Therefore, in this study of stormwater biofiltration in addition to suspended solids (Turbidity), organic matter (TOC, DOC, TN and TKN) was also monitored as a parameter for stabilization of the stormwater biofilter. One Perspex bioretention column (94 mm internal diameter) was fabricated with filter layer that contained 8% organic material and fed with tapwater with different antecedent dry days (0 – 40 day) at 100 mL/min. Samples were collected from the outflow at different time intervals between 2 – 150 minutes and were tested for Total Organic Carbon, Dissolved Organic Carbon, Total Nitrogen, Total Kjeldhal Nitrogen and Turbidity. The column was observed to experience two phases of stabilization, one at the beginning of each event that lasted for 30 minutes while the other phase was observed across subsequent events that related to the age of filter.

Thiourea based novel chromogenic sensor for selective detection of fluoride and cyanide anions in organic and aqueous media

Novel chromogenic thiourea based sensors 4,4'-bis-[3-(4-nitrophenyl) thiourea] diphenyl ether 1 and 4,4'-bis-[3-(4-nitrophenyl) thiourea] diphenyl methane 2 having nitrophenyl group as signaling unit have been synthesized and characterized by spectroscopic techniques and X-ray crystallography. The both sensors show visual detection, UV-vis and NMR spectral changes in presence of fluoride and cyanide anions in organic solvent as well as in aqueous medium. The absorption spectra indicated the formation of complex between host and guest is in 1:2 stoichiometric ratios. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Studies of Organic Molecule Recognition by Synthetic Cyclophane Receptors in Aqueous Media

The behaviors of six new cyclophane receptors for organic guest molecules in aqueous media are reported. These new hosts are modifications of more basic parent structures, and the main goal of their examination has been to determine how the modifications affect host selectivity for cationic guests. In particular, we have been interested in determining how additional non-covalent binding interactions can complement the cation-π interactions active in the parent systems. Three types of modifications were made to these systems. Firstly, neutral methoxy and bromine substituents were added to produce four of the six new macrocycles. Secondly, two additional aromatic rings (relative to the parent host) capable of making cation-π interactions with charged guest species were appended. Thirdly, a negatively charged carboxyl group was attached to produce a cavity in which electrostatic interactions should enhance cationic guest binding. ^1H-NMR and circular dichroic techniques were employed to determine the binding affinities of a wide variety of organic guests for the parent and modified structures in aqueous media.

Bromination of the parent host greatly enhances its binding in a general fashion, primarily as the result of hydrophobic interactions. The addition of methoxy groups does not enhance binding, apparently as a result of a collapse of the hosts into a conformation that is not suitable for binding. The appendage of extra aromatic rings enhances the binding of positively charged guests, most likely in response to more complete encapsulation of guest species. The addition of a negatively charged carboxylate enhances the binding to only selective groups of cationic guests. AM1 calculations of the electrostatic potentials of several guests molecules suggests that the enhancements seen with the modified receptor compared to the parent are most likely the result of close contact between regions of highest potential on the guest and the appended carboxylate.

Differentiate performance of eight filter media in vertical flow constructed wetland: Removal of organic matter, nitrogen and phosphorus

A comparative study was conducted to reveal the differentiate effects of eight different filter media including gravel, zeolites, anthracite, shale, vermiculite, ceramic filter media, blast furnace steel slag and round ceramsite. The study mainly related to the eight different filter media's removal performances of organic matter, nitrogen and phosphorus in the vertical flow constructed wetland simulated system, which treating wastewater at hydraulic loading rate of 1000-2500 mm/d. The results indicated that the removal effects were closely related to the physical and chemical properties of medium materials. Anthracite-filled system had the highest removal rate for the total organic carbon (TOC), up to 70%, and the removal rates of other systems ranged from 20% to 30%. As for the five-day biochemical oxygen demand (BOD5), anthracite-filled and steel slag-filled systems had the highest removal rates, also up to 70%, as well as other systems all exceeded 50%. At the same time, for the total nitrogen (TN) and NH4(+)-N, the zeolites-filled and ceramic-filled systems had the best performances with the removal rates of more than 70%, the other way round, the removal rates of other systems were only about 20%. The distinguishable effects were also observed in removal performances of total phosphorus (TP) and total dissoluble phosphorus (TDP). The removal rates of TP and TDP in steel slag-filled systems were more than 90%, a much higher value, followed by that of the anthracite-filled system, more than 60%, but those of other systems being the less. Our study provided a potential mechanism to optimize the filter media design for the vertical flow constructed wetlands.