Modellierung und Design von schaltbaren Mikrogelen – Volumenänderungskinetik

 

Gele sind in unserer heutigen Umgebung weit verbreitet, sei es in Form von Zahnpasta, Haargel, Farben, Kontaktlinsen und vielem mehr. In welcher Form auch immer sie vorkommen, bestehen Gele aus von einer Flüssigkeit durchdrungenen vernetzten Polymeren.

 

Gele mit einem Durchmesser zwischen 100 Nanometern und 100 Mikrometern werden als Mikrogele bezeichnet. Mikrogele reagieren auf verschiedene externe Impulse, wie z.B. Temperatur, pH-Wert und Lösungsmittelzusammensetzung mit einer Größenänderung.

  Urheberrecht: © LTT Abb.: Schematische Darstellung der Cononsolvency. In reinem Wasser (links) und reinem Methanol (rechts) ist das Mikrogel gequollen. In Mischungen von Wasser und Methanol (mitte) ist das Volumen des Mikrogels verkleinert.

Ein dabei auftretendes, als Cononsolvency bezeichnetes Phänomen lässt sich am Beispiel des Poly-N-isopropylacrylamid (PNIPAM) näher beschreiben. In reinen Lösungsmitteln wie z.B. Wasser und Methanol ist PNIPAM gequollen, während in bestimmten Mischungen (z.B. 80% Wasser und 20% Methanol) PNIPAM ein kleineres Volumen im Vergleich zum Gel im reinen Lösungsmittel besitzt.

 

Ziel des im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Funktionelle Mikrogele und Mikrogelsysteme“ angesiedelten Projektes ist es, die durch Cononsolvency ausgelöste Volumenänderungskinetik der Mikrogele zu verstehen.

 

Am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT) liegt der Fokus auf einer thermodynamischen Nicht-Gleichgewichts Modellierung der Volumenänderungskinetik von sphärischen Mikrogelen. Diese Modellierung ist mit Experimenten verknüpft, die am Institut für Physikalische Chemie (IPC) durchgeführt werden.