Syntheses and properties of thermotropic copolyesters of p-hydroxybenzoic acid

Two series of thermotropic copolyesters of p-hydroxybenzoic acid (HBA) were synthesized by direct thermal polycondensation. One comprised aromatic copolyesters from HBA, terephthalic acid, bis(4-hydroxyphenyl) ketone (BHP) and resorcinol. The other comprised semi-aromatic copolyesters from HBA, terephthalic acid, BHP and alpha,-diols with carbon atom number of 4, 6, 8, 10. The properties of the two series were characterized by polarized light microscopy, differential scanning calorimetry and wide angle X-ray diffraction. Most of the resulting copolyesters could form a nematic phase over a wide temperature range above their melting points. The effects of Variation in composition and monomer structure on the properties of copolyesters were discussed. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Studies on the side chain liquid crystalline copolymer containing nonlinear optical groups

A new side chain liquid crystalline poly[4-(methacryloxy)hexanoloxy-4'-benzyloxy biphenyl] was synthesized. The phase behavior of the monomer and homopolymer was studied. The monomer shows a smectic B phase, while the homopolymer shows a nematic phase. The nonmesogenic nonlinear optical group was introduced to synthesize a series of side chain liquid crystalline copolymers which also show a nematic phase. Owing to the liquid crystallinity of the copolymer has been the orientational stability improved, down the relax of the orientation slowed and the nonlinear optical properties enhanced.

Characterization of the physicochemical, antimicrobial, and drug release properties of thermoresponsive hydrogel copolymers designed for medical device applications

In this study, a series of hydrogels was synthesized by free radical polymerization, namely poly(2-(hydroxyethyl) methacrylate) (pHEMA), poly(4-(hydroxybutyl)methacrylate) (pHBMA), poly(6-(hydroxyhexyl)methacrylate) (pHHMA), and copolymers composed of N-isopropylacrylamide (NIPAA), methacrylic acid (MA), NIPAA, and the above monomers. The surface, mechanical, and swelling properties (at 20 and 37 degrees C, pH 6) of the polymers were determined using dynamic contact angle analysis, tensile analysis, and thermogravimetry, respectively. The T-g and lower critical solution temperatures (LCST) were determined using modulated DSC and oscillatory rheometry, respectively. Drug loading of the hydrogels with chlorhexidine diacetate was performed by immersion in a drug solution at 20 degrees C (

Synthesis of caffeic acid and p-hydroxybenzoic acid molecularly imprinted polymers and their application for the selective extraction of polyphenols from olive mill waste waters

Using caffeic acid and p-hydroxybenzoic acid as templates, two molecularly imprinted polymers (MIPs) were prepared that were used for isolation of polyphenols from olive mill waste water samples (OMWWs) without previous pre-treatment. For the preparation of the caffeic acid MIPs 4-vinylpyridine, allylurea, allylaniline and methacrylic acid were tested as functional monomers, ethylene glycol dimethylacrylate (EDMA), pentaerythritol trimethylacrylate (PETRA) and divinylbenzene 80 (DVB80) as cross-linkers and tetrahydrofuran as porogen. For p-hydroxybenzoic acid 4-vinylpyridine, allylurea and allylaniline were tested as functional monomers, EDMA and PETRA as cross-linkers and acetonitrile as porogen. The performance of the synthesized polymers was evaluated against seven structurally related compounds by means of polymer-based HPLC. The two polymers that presented the most interesting properties were further evaluated by batch rebinding and from the derived isotherms their capacity and binding strength were determined. Using solid-phase extraction (SPE), their ability to recognize and bind the template molecule from an aqueous solution as well as the pH dependence of the binding strength were explored. After establishing the best SPE protocol, an aqueous model mixture of compounds and a raw OMWWs sample were loaded on the two best polymers. The result of the consecutive use of the two polymers on the same sample was explored. It was concluded that acidic conditions favour the recognition abilities of both polymers and that they can be used for a quick and efficient isolation of the polyphenol fraction directly from raw OMWW.

Self-assembly of PS-PVP block copolymers and their complexes at the air/water interface

Une compréhension approfondie et un meilleur contrôle de l'auto-assemblage des copolymères diblocs (séquencés) et de leurs complexes à l'interface air/eau permettent la formation contrôlée de nanostructures dont les propriétés sont connues comme alternative à la nanolithographie. Dans cette thèse, des monocouches obtenues par les techniques de Langmuir et de Langmuir-Blodgett (LB) avec le copolymère dibloc polystyrène-poly(4-vinyl pyridine) (PS-PVP), seul ou complexé avec de petites molécules par liaison hydrogène [en particulier, le 3-n-pentadécylphénol (PDP)], ont été étudiées. Une partie importante de notre recherche a été consacrée à l'étude d'une monocouche assemblée atypique baptisée réseau de nanostries. Des monocouches LB composées de nanostries ont déjà été rapportées dans la littérature mais elles coexistent souvent avec d'autres morphologies, ce qui les rend inutilisables pour des applications potentielles. Nous avons déterminé les paramètres moléculaires et les conditions expérimentales qui contrôlent cette morphologie, la rendant très reproductible. Nous avons aussi proposé un mécanisme original pour la formation de cette morphologie. De plus, nous avons montré que l'utilisation de solvants à haut point d’ébullition, non couramment utilisés pour la préparation des films Langmuir, peut améliorer l'ordre des nanostries. En étudiant une large gamme de PS-PVP avec des rapports PS/PVP et des masses molaires différents, avec ou sans la présence de PDP, nous avons établi la dépendance des types principaux de morphologie (planaire, stries, nodules) en fonction de la composition et de la concentration des solutions. Ces observations ont mené à une discussion sur les mécanismes de formation des morphologies, incluant la cinétique, l’assemblage moléculaire et l’effet du démouillage. Nous avons aussi démontré pour la première fois que le plateau dans l'isotherme des PS-PVP/PDP avec morphologie de type nodules est relié à une transition ordre-ordre des nodules (héxagonal-tétragonal) qui se produit simultanément avec la réorientation du PDP, les deux aspects étant clairement observés par AFM. Ces études ouvrent aussi la voie à l'utilisation de films PS-PVP/PDP ultraminces comme masque. La capacité de produire des films nanostructurés bien contrôlés sur différents substrats a été démontrée et la stabilité des films a été vérifiée. Le retrait de la petite molécule des nanostructures a fait apparaître une structure interne à explorer lors d’études futures.

Study of Langmuir-Blodgett Films of Self-Assembled Diblock Copolymers

L'auto-assemblage des copolymères à bloc (CPBs) attire beaucoup d'intérêt grâce à leur capacité de générer spontanément des matériaux ordonnés avec des propriétés uniques. Les techniques Langmuir-Blodgett (LB) et Langmuir-Schaefer (LS) sont couramment utilisées pour produire des monocouches ou des films ultraminces à l'interface air/eau suivi de transfert aux substrats solides. Les films LB/LS de CPBs amphiphiles s'auto-assemblent dans des morphologies variables dépendamment de la composition du CPB ainsi que d'autres facteurs. Dans notre travail, nous avons étudié les films LB/LS de polystyrène-b-poly(4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) et leurs complexes supramoléculaires avec le naphtol (NOH), l'acide naphtoïque (NCOOH) et le 3-n-pentadécylphenol (PDP). La première partie de ce mémoire est consacré à l'investigation du PS-P4VP complexé avec le NOH et le NCOOH, en comparaison avec le PS-P4VP seul. Il a été démontré qu'un plateau dans l'isotherme de Langmuir, indicatif d'une transition de premier ordre, est absent à des concentrations élevées des solutions d'étalement des complexes. Cela a été corrélé avec l'absence de morphologie en nodules avec un ordre 2D hexagonal à basse pression de surface. L'ordre au-delà de la pression de cette transition, lorsque présente, change à un ordre 2D carré pour tout les systèmes. La deuxième partie du la mémoire considère à nouveau le système PS-P4VP/ PDP, pour lequel on a démontré antérieurement que la transition dans l'isotherme correspond a une transition 2D d'un ordre hexagonal à un ordre carré. Cela est confirmé par microscopie à force atomique, et, ensuite, on a procédé à une étude par ATR-IR des films LB pour mieux comprendre les changements au niveau moléculaire qui accompagnent cette transition. Il a été constaté que, contrairement à une étude antérieure dans la littérature sur un autre système, il n'y a aucun changement dans l'orientation des chaînes alkyles. Au lieu de cela, on a découvert que, aux pressions au-delà de celle de la transition, le groupe pyridine, qui est orienté à basse pression, devient isotrope et qu'il y a une augmentation des liaisons hydrogènes phénol-pyridine. Ces observations sont rationalisées par un collapse partiel à la pression de transition de la monocouche P4VP, qui à basse pression est ordonné au niveau moléculaire. Cette étude a mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui se produisent à l'interface air/eau, ce qui fournit une meilleure base pour la poursuite des applications possibles des films LB/LS dans les domaines de nanotechnologie.

Responsive Azobenzene-Containing Polymers and Gels

The photoviscosity effect in aqueous solutions of novel poly(4-methacryloyloxyazobenzene-co-N,N-dimethyl acrylamide) (MOAB-DMA) was demonstrated. The observed significant reduction in the zero-shear viscosity upon UV-irradiation of MOAB-DMA aqueous solutions was due to the dissociation of the interchain azobenzene aggregates. Such phenomena can be advantageously used in photoswitchable fluidic devices and in protein separation. Introduction of enzymatically degradable azo cross-links into Pluronic-PAA microgels allowed for control of swelling due to degradation of the cross-links by azoreductases from the rat intestinal cecum. Dynamic changes in the cross-link density of stimuli-responsive microgels enable novel opportunities for the control of gel swelling, of importance for drug delivery and microgel sensoric applications.

Synthesis of azopolymers with controlled structure and photoinduced birefringence in their LB films

The molecular architecture of azopolymers may be controlled via chemical synthesis and with selection of a suitable film-forming method, which is important for improving their properties for practical uses. Here we address the main challenge of combining the photoinduced birefringence features of azopolymers with the higher thermal and mechanical stabilities of poly(methyl methacrylate) (PMMA) using Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) to synthesize diblock- and triblock-copolymers of an azomonomer and the monomer methyl methacrylate. Langmuir-Blodgett (LB) films made with the copolymers mixed with cadmium stearate displayed essentially the same optically induced birefringence characteristics, in terms of maximum and residual birefringence and time for writing, as the mixed LB films with the homopolymer poly[4-(N-ethyl-N-(2-methacryloxyethyl))amino-2`-chloro-4`-nitroazobenzene] (HPDR13), also synthesized via ATRP. In fact, the controlled architecture of HPDR13 chains led to Langmuir films that could be more closely packed and reach higher collapse pressures than the corresponding films obtained with HPDR13-conv synthesized via conventional radicalar polymerization. This allowed LB films to be fabricated from neat HPDR13, which was not possible with HPDR13-conv. The enhanced organization in the LB films produced with controlled azopolymer chains, however, led to a smaller free volume available for isomerization of the azochromophores, thus yielding a lower photoinduced birefringence than in the HPDR13-conv films. The combination of ATRP synthesis and LB technology is then promising to obtain optical storage in films with improved thermal and mechanical processabilities, though a further degree of control must be sought to exploit film organization while maintaining the necessary free volume in the films. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A selective conductive polymer-based sensor for volatile halogenated organic compounds (VHOC)

A novel poly(p-xylylene), PPX, derivative bearing alkoxyphenyl side groups was electrochemically synthesized in 87% yield. The polymer, poly(4`-hexyloxy-2,5-biphenyleneethylene) (PHBPE), presented a fraction (92%) soluble in common organic solvents. It showed to be thermally resistant up to 185 degrees C. UV-vis analysis revealed an E-gap of 3.5 eV Gas sensors made from thin films of 10-camphorsulfonic acid-doped PHBPE deposited on interdigitated electrodes exhibited significant changes in electrical conductance upon exposure to five VHOCs: 1,2-dichloroethane, bromochloromethane, trichloromethane, dichloromethane and tetrachloromethane. The conductance decreased after exposure to tetrachloromethane and increased after exposure to all the other VHOCs. Three-dimensional plots of relative response versus time of half response versus time of half recovery showed good discrimination between the five VHOCs tested. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Temperature dependence of photoinduced birefringence in mixed Langmuir-Blodgett (LB) films of azobenzene-containing polymers

The temperature dependence of photoinduced birefringence was investigated for mixed Langmuir-Blodgett (LB) films from the homopolymer poly[4'-[[2-(methacryloyloxy)ethyl]ethyl-amino]-2-chloro-4-nitroazobenzene] (HPDR13) and cadmium stearate (Cdst) and from the copolymer 4-[N-ethyl-N-(2-hydroxyethyl)]amino-2'-chloro-4'-nitroazobenzene (MMA-DR13) and CdSt. Birefringence was achieved by impinging a linearly polarized light on the LB films. The maximum birefringence achieved decreased with temperature as thermal relaxation of the chromophores was facilitated. The buildup curves for birefringence were fitted with biexponential functions representing distinctly different mechanisms with time constants. The first, fast process is thermally activated and may be represented by an Arrhenius process. The decay of birefringence after switching off the laser source was described by a Kohlraush-Williams-Watts (KWW) function, consistent with a distribution of relaxation times for the polymer system. Activation energies were obtained from Arrhenius plots of the rate constant of the exponential functions and KWW function, which showed that the buildup of birefringence was very similar for the two polymer systems. The decay, however, was slower for the LB film from MMA-DR13/CdSt. (C) 2002 Published by Elsevier B.V. Ltd.

Studies on the interaction between humic substances and conducting polymers for sensor application

The interaction between humic substances and poly(o-ethoxyaniline) (POEA), a conducting polymer, was investigated for both solution and self-assembled films. The results have shown that the humic substances induce a doping of POEA by protonation, as indicated by UV-Vis and Raman spectroscopies. The atomic force microscopy (AFM) studies on the self-assembled films have shown that the average roughness of the polymer film has increased after exposing it to humic substances (fulvic and humic acids), consistent with the interaction between POEA and humic substances. However, this change in morphology is reversible by washing the films with water in agreement with the electrical data allowing using this system in sensor applications. Here, the sensor formed by an array of different sensing units was able to detect and distinguish humic substances in aqueous solution, as shown by multivariate analysis (principal component analysis). The motivation to detect humic substance comes due to its importance in terms of quality control of water or soil. ©2005 Sociedade Brasileira de Química.

Fabricação de filmes ultrafinos automontados para aplicações em células a combustível

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Impact of Solvent Quality on the Density Profiles of Looped Triblock Copolymer Brushes by Neutron Reflectivity Measurements

Preferential adsorption of poly(2-vinylpyridine)-deuterated polystyrene-poly(2-vinylpyridine) (PVP-dPS-PVP) triblock copolymers from toluene onto silicon leads to the formation of dPS loops tethered by the PVP end blocks. Using neutron reflectometry, we have determined the segment density profiles of these looped polymer brushes in toluene, a good solvent for the dPS block, and in cyclohexane at 20 °C (poor solvent), 32 °C, (near-Θ solvent), and 50 °C (marginal solvent). While the swelling behavior qualitatively agrees with that observed for singly grafted brushes, there are interesting differences in the local structural details: In a good solvent, the segment density profiles are composed of an inner parabolic region and a long, extended tail. In cyclohexane, the profiles are described by exponential decays. We ascribe these features to a novel polydispersity effect that arises due to tethering the PS loops by both ends. The results also show that the less dense layers undergo more significant changes in swollen height as solvent quality is changed and that the looped brushes of different molecular weight, asymmetry, and tethering density adhere to scaling relationships derived for lightly cross-linked polymer gels.

Darstellung und Charakterisierung perlenkettenartiger und zylindrischer Polyelektrolyte

Zusammenfassung: Es sollten zum einen strukturell fixierte, perlenkettenartige Polyelektrolyte dargestellt werden. Dazu wurde lineares Poly-2-vinylpyridin(PVP) mit vinylfunktionalisierten, hydrophoben Quaternisierungsagentien zu einer Polyseife umgesetzt. Bei der Quaternisierungsreaktion ließ sich der Gehalt an hydrophoben Gruppen variieren, wodurch Polyseifen mit unterschiedlichen Ladungsdichten zugänglich wurden. Trotz vielfältiger Versuche war es dennoch nicht möglich, eine polymerisationsfähige Polyseife herzustellen, welche in wäßriger Lösung intramolekular micellisiert und die Überstruktur einer Perlenkette annimmt. Durch die Herstellung hochreiner PVP-Makromonomere konnten zylindrische Bürsten hergestellt werden. Durch Umsetzung der PVP-Bürsten mit Methyltosylat sind unter milden Reaktionsbedingungen nahezu vollständig umgesetzte positiv geladene Polyelektrolyte zugänglich. Durch eine Sulfonierung von Polystyrol-Polymakromonomeren wurden negativ geladene zylindrische Polyelektrolyte erhalten.Das Verhalten dieser Polyelektrolyte in verdünnter wäßriger Lösung wurde mit der statischen und der dynamischen Lichtstreuung untersucht. Dabei deuten die statischen Messungen darauf hin, daß deren Verhalten in verdünnter wäßriger Lösung maßgeblich durch die osmotische Aktivität der Gegenionen bestimmt wird.Durch eine Quaternisierung der PVP-Bürsten mit langkettigen Reagentien konnten hochverzweigte Polyelektrolytarchitekturen hergestellt werden. Dabei läßt sich die Tatsache, daß eine Quaternisierung mit solchen Reagentien einen nur unwesentlichen Einfluß auf die Struktur der Bürste hat, nicht durch einfache Überlegungen erklären. Dennoch scheinen die langkettigen Seitenketten die Ausbildung geordneter Strukturen innerhalb von Domänen an der Oberfläche zu induzieren.

Untersuchung des Reorientierungsverhaltens und Strukturierung dünner amphiphiler Blockcopolymerfilme zum Aufbau von Kompositen

Grundlage für die hier gezeigte Arbeit stellt die Eigenschaft von amphiphilen Blockcopolymeren dar immer den Block mit der niedrigsten Grenzflächenenergie zum angrenzenden Medium an die Oberfläche zu bringen. Durch einen Austausch des Mediums an der Grenzfläche zum Blockcopolymer kann eine Reorientierung erzwungen werden, wenn die Grenzflächenenergie des anderen Blocks nun die niedrigere Grenzflächenenergie besitzt. Dieses Verhalten von dünnen amphiphilen Blockcopolymerfilmen wurde zur Strukturierung von Oberflächen ausgenutzt und in nachfolgenden Synthesen weiter verstärkt. Um dies zu erreichen wurde das zur Strukturierung erforderliche Poly(4-Octylstyrol)block(4-hydroxystyrol) durch kontrollierte radikalische Polymerisationsmethode mit dem Tempo Unimer (2,2,6,6-Tetramethyl-1-1(1-phenyl-ethoxy)-piperidin) synthetisiert. Für die geplanten Reorientierungen und Modifizierungen von Oberflächen wurden dünne Filme durch Schleuderbeschichtung auf verschiedenen Substraten (Siliziumwafern, Glassubstraten und Goldoberflächen) hergestellt. Das Verhalten der Oberflächen von diesen Filmen wurde durch Kontaktwinkelmessungen untersucht. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass die Oberfläche von Polymerfilmen nach der Präparation aus dem hydrophoben Block des Polymers gebildet wird. Durch Kontakt des Polymerfilms mit Wasser kann dieser zur Reorientierung gebracht werden, so dass der hydrophile Block des Polymers an der Oberfläche erscheint. Dieses Verhalten wurde zur Strukturierung mit softlithographischen Techniken genutzt. Dazu wurden hydrophil/hydrophob strukturierte Oberflächen durch Aufsetzen von hydrophoben PDMS-Stempeln, die Teile der Oberfläche selektiv abdeckten, und Einbringen von Wasser in die dabei entstehenden Kapillaren hergestellt. Dies ermöglichte es die Oberfläche selektiv im Größenbereich von 500nm bis zu 50µm zu strukturieren und an den reaktiven Bereichen Materialien, wie z.B. Kupfer, Titandioxid, Polyelektrolyte, photonische Kristalle und angegraftete Polymere, mit verschiedenen Methoden selektiv auf die Oberfläche aufzubringen. Um den Reorganisationsprozess der Oberfläche genauer zu studieren, wurde ein für diese Aufgabe besser geeignetes Polymer (Poly(Styrol)-block-poly(essigsäure-2-(2-(4-vinyl-phenoxy)-ethoxy)ethylester)) synthetisiert. Aus diesem Blockcopolymer wurden wieder dünne Filme durch Spincoaten hergestellt. Die Reorientierung dieses Polymers in 70°C warmen Wasser konnte durch Kontaktwinkelmessungen und NEXAFS Spektroskopie nachgewiesen werden. Mit Hilfe der NEXAFS Spektroskopie konnte festgestellt werden, dass die Geschwindigkeit der Reorientierung durch eine exponentielle Funktion beschrieben werden kann. Eine Auswertung der Geschwindigkeitskonstante für die Reorientierung einer hydrophilen zu einer hydrophoben Oberfläche des Polymers bei 60°C führt zu =75min. Aufgrund des exponentiellen Charakters der Reorientierung macht es den Anschein, dass die Reorientierung bei verschiedenen Reorientierungstemperaturen bis zu einem gewissen Grad erfolgt und dann stoppt. Eine weitere Reorientierung scheint erst wieder bei einer Temperaturerhöhung zu beginnen. Aus AFM Messungen ist ein Beginnen der Reorientierung durch Bildung kleiner Löcher in der Polymeroberfläche zu erkennen, die sich zu runden Erhöhungen und Vertiefungen vergrößern, um letztendlich in ein spinodales Entmischungsmuster über zu gehen. Dieses heilt dann im Laufe der Zeit langsam durch Verschwinden der hydrophilen Bereiche langsam aus. Der Beginn des zuvor beschriebenen Reorientierungsprozesses einer hydrophilen Oberfläche in eine hydrophobe konnte sowohl in den AFM, als auch in den NEXAFS-Messungen zu ca. 50°C bestimmt werden.