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Poly(acrylamide-co-styrene) as model to test macromolecular associations

Emina Muratspahić

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Chemie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Chemie)

Betreuer*in

Alexander Bismarck

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DOI

10.25365/thesis.74187

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-16496.28449.608340-1

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Von der Natur inspirierte makromolekulare Assoziationen hydrophob modifizierter Polymere sind vielversprechend für Anwendungen in Materialwissenschaften, Biologie, Medizin, Chemie und Physik. Es wurde getestet, ob hochmolekulare Assoziationen von amphiphilen, wasserlöslichen Polymeren mit relativ niedrigem M_w als effektive drag reduction agents (Wirkstoffe zur Verringerung des Fließwiderstands in turbulenten Strömungen von Flüssigkeiten) eingesetzt werden können. Die makromolekularen Assoziationen werden durch hydrophobe Wechselwirkungen zusammengehalten, die als Sollbruchstelle die kovalenten Bindungen in den Polymeren in turbulenter Strömung schützen können. Amphiphiles Poly(acrylamid-co-styrol) (P(AAm-co-St)) mit M_w≤ 1000 kg/mol und variablem Anteil hydrophober Styrolblöcke (0 bis 11% relativ zur Masse des hydrophilen Acrylamids) wurde mittels Co-Polymerisation in Mizellen synthetisiert. Die drag reduction in turbulenter Rohrströmung verhielt sich für die modifizierten Polymere im Vergleich zu den unmodifizierten wie folgt: Drag reduction amphiphiler Polymere mit M_w≈ 1000 kg/mol war um einen Faktor ~2 erhöht; bei amphiphilen Polymeren mit M_w≤ 1000 kg/mol gab es keine Verbesserung. Schaumbildung während der Experimente verringerte die effektive Konzentration der Polymere in Lösung was einen negativen Effekt auf die drag reduction hatte. Dies gab den Anstoß P(AAm-co-St) als selbst-entfernenden Zusatzstoff zu testen. Ungefähr 55% des gelösten P(AAm-co-St) mit ~4 mol.% Styrol konnten aus wässriger Lösung zurückgewonnen werden. Im Schaum wurden die Polymere mit hohem M_w angereichert. Der stabile entnommene Schaum eröffnet die Möglichkeit, die zurückgewonnenen Polymere als Schablone in der Synthese poröser Polymere einzusetzen. Die Verwendung von P(AAm-co-St) als amphiphiles „Makrotensid“ zur Stabilisierung von Emulsionen wurde untersucht. Konzentrationen von 0.1 wt.% unaufbereitetem P(AAm-co-St) waren ausreichend um Cyclohexan als H/MIPE templates (Emulsionen als Polymersiationsschablone mit mittleren bis hohem Anteil der Ölphase) in Wasser zu stabilisieren. Diese Schablonen wurden mit 2-Hydroxyethyl Methacylat (HEMA) und N,N-Methylenbis-(acrylamid) (MBAm) in der wässrigen Phase polymerisiert. Die Poly(HEMA-co-MBAm)M/HIPEs hatten ein größeres Quellvermögen und bessere mechanische Eigenschaften als Poly(HEMA-co-MBAm)HIPEs welches bisher in der Literatur beschrieben wurde.

Abstract

(Englisch)

Nature-inspired macromolecular associations of hydrophobically modified copolymers are appealing systems for materials, biological and medical sciences, chemistry, and physics. The hypothesis that high molecular weight M_w assemblies created by lower M_w amphiphilic water-soluble copolymers can be efficient drag reducing agents (DRAs) was tested. Hydrophobic interactions holding the macromolecular associations together might behave as a “physical fuse” and protect the polymer backbone from fast degradation prolonging the lifetime of polymer DRA. Amphiphilic copolymers of poly(acrylamide-co-styrene) (P(AAm-co-St)) having M_w≤ 1000 kg/mol containing increasing amounts of hydrophobic styrene moieties, ranging from 0 to 11 mol.% relative to hydrophilic acrylamide molar ratio, were synthesised using micellar copolymerisation. The drag reduction (DR) effectiveness in pipe flow of hydrophobically modified copolymers when compared to corresponding unmodified polyacrylamide (PAAm) reference with similar M_w were as follows: amphiphilic copolymers having M_w ≈ 1000 kg/mol showed improved DR by a factor of ~2, while DR effectiveness of copolymers with M_w < 1000 kg/mol was not improved. Foam formation during DR experiments led to reduced effective polymer concentration in solution, which negatively affected the DR performance but inspired to test ‘self-removal’ of P(AAm-co-St) from aqueous solutions. About 55% of the higher M_w fractions of P(AAm-co-St) with ~4 mol.% of styrene could be recovered from aqueous solution. The subtracted liquid copolymer foams exhibited high stability and could be dried without collapse offering the potential to reuse the polymer for instance in templating techniques for production of porous polymers. The possibility to use P(AAm-co-St) as an amphiphilic “macrosurfactant” to stabilise oil/water high or medium internal phase emulsion (H/MIPE) templates was explored. Concentrations as low as c= 0.1 wt.% of as-synthesised P(AAm-co-St) still containing 0.01 wt.% cetyltrimethylammonium bromide was sufficient to effectively stabilise cyclohexane-in-water H/MIPEs. Cyclohexane-in-water H/MIPE templates containing 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and N,N-methylenebis(acrylamide) (MBAm) in the aqueous phase were successfully polymerised. Obtained macroporous poly(HEMA-co-MBAm)M/HIPEs exhibited superior swelling capabilities and mechanical properties compared to poly(HEMA-co-MBAm)HIPEs described in the literature.

Autor*innen

Emina Muratspahić

Haupttitel (Englisch)

Poly(acrylamide-co-styrene) as model to test macromolecular associations

Paralleltitel (Deutsch)

Poly(Acrylamid-co-Styrol) als Modell zum Testen makromolekularer Assoziationen

Publikationsjahr

2023

Umfangsangabe

1 Online-Ressource (148 Seiten in verschiedenen Seitenzählungen) : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Andrew Dove ,

Igor Lacik

Klassifikation

35 Chemie > 35.80 Makromolekulare Chemie

AC Nummer

AC16930341

Utheses ID

67096

Studienkennzahl

UA | 796 | 605 | 419 |

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Schlagwörter