DE10240956A1 - Core-shell microgels, for use as catalyst supports, comprise a microparticle core and at least one polymeric shell comprising at least two different thermosensitive polymers having different switch temperatures - Google Patents
Core-shell microgels, for use as catalyst supports, comprise a microparticle core and at least one polymeric shell comprising at least two different thermosensitive polymers having different switch temperatures Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft thermisch schaltbare Kern-Schale Mikrogele, aufgebaut aus wenigstens zwei verschiedenen thermosensitiven Polymeren mit unterschiedlicher Schalttemperatur, wobei der Kern selbst aus einem thermosensitiven Polymer besteht, sowie Kern-Schale Mikrogele mit nicht thermosensitivem Kern, der von wenigstens zwei Schalen aus verschiedenen thermosensitiven Polymeren mit unterschiedlicher Schalttemperatur umgeben ist.The invention relates to thermal switchable core-shell microgels, made up of at least two different thermosensitive polymers with different switching temperatures, the core itself consists of a thermosensitive polymer, and Core-shell microgels with a non-thermosensitive core, at least of two shells made of different thermosensitive polymers with different Switching temperature is surrounded.
Dem Stand der Technik sind thermosensitive Mikrogele wohlbekannt (z.B.: Pelton und Chibante, Colloids and Surfaces, 20, 246-256 (1986), Pelton, Adv. Colloid Interface Sci., 85, 1-33 (2000)). Dabei handelt es sich um langkettige Makromoleküle, die z.B. durch Emulsions-, Dispersions-, oder Suspensionspolymerisation aus einem bestimmten Mond per gebildet und durch Zufügen von Vernetzern während der Synthese zu vernetzten, kugelförmigen Partikeln "geformt" werden. Zu den mit diesem Ziel am meisten verwendeten Monomeren zählt das N-Isopropylacrylamid (NIPAM), so dass vernetztes Poly-N-Isopropylacrylamid (PNIPAM) eines der geläufigsten thermosensitiven Mikrogele ist.The prior art is thermosensitive microgels well known (e.g. Pelton and Chibante, Colloids and Surfaces, 20, 246-256 (1986), Pelton, Adv. Colloid Interface Sci., 85, 1-33 (2000)). These are long-chain macromolecules that e.g. by emulsion, Dispersion or suspension polymerization from a particular Moon formed by and by adding of crosslinkers during the Synthesis to cross-linked, spherical Particles are "shaped". Among the most used with this goal Monomers counts the N-isopropylacrylamide (NIPAM) so that cross-linked poly-N-isopropylacrylamide (PNIPAM) one of the most common is thermosensitive microgels.
Die herausragende Eigenschaft dieser Mikrogele ist ihre Fähigkeit, ihre Größe bei Temperaturänderung zu verändern. Dabei werfen Wassermoleküle reversibel in die Struktur der Mikrogele eingebaut oder ausgelagert und so die physikalischen Eigenschaften verändert. So kann sich z.B. der Radius eines PNIPAM-Mikrogels bei Temperaturerhöhung um das 2-2.5fache verringern, was eine Verringerung des Volumens um einen Faktor 10-16 bedeutet. Gequollene PNIPAM-Mikrogele sind als Funktion der Konzentration weitgehend transparent, dagegen trübt sich eine PNIPAM-Dispersion beim Schrumpfen der Partikel sichtbar. Speziell bei PNIPAM findet die Auslagerung des Wassers beim Erwärmen über eine relativ schart definierten Temperaturgrenze von TS = 32°C hinweg statt, die in der Literatur als "lower critical solution temperature" (LCST) und hier kurz als Schalttemperatur bezeichnet wird.The outstanding property of these microgels is their ability to change their size when the temperature changes. In doing so, water molecules throw reversibly into the structure of the microgels or outsource them, thus changing the physical properties. For example, the radius of a PNIPAM microgel can decrease by 2-2.5 times when the temperature rises, which means a reduction in volume by a factor of 10-16. Swollen PNIPAM microgels are largely transparent as a function of concentration, whereas PNIPAM dispersion is visibly cloudy when the particles shrink. With PNIPAM in particular, the water is stored during heating above a relatively sharply defined temperature limit of T S = 32 ° C, which is referred to in the literature as the "lower critical solution temperature" (LCST) and here briefly as the switching temperature.
Außer NIPAM sind eine Vielzahl weiterer Monomere bekannt, mit denen sich thermosensitive Mikrogele mit ähnlichem Verhalten darstellen lassen, beispielsweise N-Diethylacrylamid, N-Vinylisobotyramid, N-Acryloylpyrolidin, N-Acroyloylpiperidine, N-Vinylpyrolidon, N-Vinylpiperidon, N-Vinylcaprolactam (PVCap), N-Ethylmetha crylamid (NEMAM) oder etwa N-Isopropylmethacrylamid (NIPMAM), sowie eine Reihe weiterer substituierter Acrylamide.In addition to NIPAM, there are many known other monomers with which thermosensitive microgels with something like that Display behavior, for example N-diethylacrylamide, N-vinylisobotyramide, N-acryloylpyrolidine, N-acroyloylpiperidine, N-vinylpyrolidone, N-vinylpiperidone, N-vinylcaprolactam (PVCap), N-ethyl methacrylamide (NEMAM) or about N-isopropyl methacrylamide (NIPMAM), as well as a number of other substituted acrylamides.
Der Stand der Technik kennt weiterhin Verfahren, die Schalttemperatur thermosensitiver Mikrogele zu verschieben. Dies kann vor allem durch Zugabe anionischer/kationischer oder hydrophober Copolymere bei der Polymerisation des Mikrogels erreicht werden. Das Quellvermögen wiederum lässt sich in erster Linie durch den Vernetzungsgrad der Mikrogele steuern, d.h. durch Art und Menge der Vernetzerzugabe bei der Polymerisation. Als Vernetzer kommt dabei hauptsächlich N,N'-Methylenbisacrylamid zum Einsatz, aber auch Divinylbenzol (Senff und Richtering, Colloid Polym. Sci., 278, 830 pp. (2000)) oder Ethylenglykoldimethacrylamid (EGDMA) (Hazot et al., Macromol. Symp., 150, 291-296 (2000)). Bei radikalischen Polymerisationen werden Kaliumperoxodisulfat, AIBN, Wasserstoffperoxid/UV, 4,4'-Azobiscyanopentanoicacid oder speziellere, dem Monomer angepasste, Verbindungen als Radikalstarter verwendet. Durch Copolymerisation mit ionogenen Monomeren wie Acrylsäure oder Acrylsäureamid (Pelton und Chibante, Colloids and Surfaces, 20, 247-256 (1986)), Methacrylsäure (Zhou, J. Phys. Chem. B, 102, 1364-1371 (1998)) Butylmethacrylamid, amino-funktionalisierten Acrylamiden (Duracher et al., Colloid Polym Sci., 276, 219-231 (1998), Zha et al., Colloid Polym Sci., 280, 1-6 (2002)) oder anderen Monomeren wie Styrol lassen sich neben Schalttemperatur und Quellvermögen auch Funktionalisierung der Mikrogele gezielt beeinflussen.The state of the art continues to know Process to shift the switching temperature of thermosensitive microgels. This can be done primarily by adding anionic / cationic or hydrophobic Copolymers can be achieved in the polymerization of the microgel. The swelling power again can be control primarily through the degree of crosslinking of the microgels, i.e. by the type and amount of crosslinker added during the polymerization. The main crosslinker is N, N'-methylenebisacrylamide is used, but also divinylbenzene (Senff and Richtering, Colloid Polym. Sci., 278, 830 pp. (2000)) or ethylene glycol dimethacrylamide (EGDMA) (Hazot et al., Macromol. Symp., 150, 291-296 (2000)). With radical Polymerizations are potassium peroxodisulfate, AIBN, hydrogen peroxide / UV, 4,4'-azobiscyanopentanoicacid or more specific, adapted to the monomer, Compounds used as radical initiators. By copolymerization with ionogenic monomers such as acrylic acid or acrylic acid amide (Pelton and Chibante, Colloids and Surfaces, 20, 247-256 (1986)), methacrylic acid (Zhou, J. Phys. Chem. B, 102, 1364-1371 (1998)) butyl methacrylamide, amino-functionalized Acrylamides (Duracher et al., Colloid Polym Sci., 276, 219-231 (1998), Zha et al., Colloid Polym Sci., 280, 1-6 (2002)) or other monomers like styrene can also be used in addition to switching temperature and swelling capacity Targeted functionalization of the microgels.
Die Anwendungsgebiete für thermosensitive Mikrogele
umfassen beispielsweise Kosmetika (
Eine weitere Anwendung thermosensitiver Polymere
liegt in ihrer Verwendung als Träger
katalytisch wirksamer Verbindungen. Trägergebundene Katalysatoren,
insbesondere trägergebundene
(immobile) Enzyme, werden benutzt z.B. in der medizinischen Analytik
bei der Herstellung von Produkten aus Pharmazie und Pflanzenschutz,
bei der Herstellung von Nahrungsmitteln sowie bei der Gewinnung
optisch aktiver Substanzen. Die Rückgewinnung und erneute Verwendung
des meist recht teuren Katalysators ist nicht zuletzt aus wirtschaftlichen
Gründen interessant.
Bereits in der
Das zuletzt genannte Beispielsystem
fällt unter
den Oberbegriff der Kern-Schale-Mikrogele,
bei denen ein etwa kugelförmiger
Kern von ggf. mehreren Schalen umgeben ist, die aus verschiedenen
Polymeren oder Copolymeren bestehen können. Derartige Kern-Schale-Teilchen
mit einer thermosensitiven Außenschale,
werden u. a. benutzt in Lackfarben, als medizinische Carrier zum
Wirkstofftransport oder in der biologischen Forschung sowie zur
Rheologiemanipulation, etwa bei der Ausbeutung von Erdölreservoirs
(
Bis heute werden nur Kern-Schale-Teilchen mit höchstens einem thermosensitiven Polymer verwendet, das gemeinhin die Schale bildet. Kern-Schale-Mikrogele, bei denen sowohl Kern als auch Schale thermosensitiv sind, wurden bis jetzt nur von Grundlagenforschern beschrieben (Jones und Lyon, Macromolecules 33, 8301 (2000); Gan und Lyon, J. Am. Chem. Soc., 123, 7511 (2001)). Dabei handelt es sich um Partikel bestehend aus einem vernetzten Poly-N-Isopropylacrylamid (PNIPAM) Kern und einer Schale aus vernetztem PNIPAM copolymerisiert mit Acrylsäure oder Butylmethacrylat. Die Besonderheit solcher doppelt thermosensitiven Moleküle liegt im Auftreten einer zweistufigen Quellverhaltens als Funktion der Temperatur infolge zweier diskreter Schalttemperaturen der benutzten Komponenten.To date, only core-shell particles are included at the most a thermosensitive polymer that commonly used the shell forms. Core-shell microgels in which both core and shell are thermosensitive have so far only been described by basic researchers (Jones and Lyon, Macromolecules 33, 8301 (2000); Gan and Lyon, J. Am. Chem. Soc., 123, 7511 (2001)). These are particles from a cross-linked poly-N-isopropylacrylamide (PNIPAM) core and a shell of cross-linked PNIPAM copolymerized with acrylic acid or Butyl methacrylate. The peculiarity of such double thermosensitive molecules lies in the occurrence of a two-stage swelling behavior as a function the temperature due to two discrete switching temperatures of the used Components.
Der Nachteil solcher im Prinzip nur aus einem Monomer bestehenden Kern-Schale-Teilchen besteht darin, dassThe disadvantage of such in principle only core-shell particles consisting of a monomer is that
- a) beide Schalttemperaturen durch die Wahl des Monomers in engen Grenzen festgelegt sind und nicht beliebig weit voneinander entfernt gewählt werden können;a) both switching temperatures by choice of the monomer are defined within narrow limits and are not arbitrary be chosen far apart can;
- b) die aus dem Copolymer bestehende Schale zusätzliche ionische Gruppen enthält, welche ihr reversibles Quellvermögen gegenüber dem reinen Monomer abschwächen;b) the additional shell consisting of the copolymer contains ionic groups, which their reversible swelling ability across from weaken the pure monomer;
- c) die Anwesenheit von Salzen (Ionen) in der Lösung das Quellverhalten des Kern-Schale-Mikrogels durch Wechselwirkung mit besagten ionischen Gruppen des Copolymers beeinflusst.c) the presence of salts (ions) in the solution Swelling behavior of the core-shell microgel through interaction with said ionic groups of the copolymer influenced.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kern-Schale Mikrogele mit mehrstufigem Schaltverhalten herzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kern-Schale Mikrogel, bestehend aus einem Mikropartikel (Durchmesser < 1 μm) als Kern und wenigstens einer aus einem Polymer bestehenden Schale, wobei die Schale bzw. die Schalen und ggf. der Kern durch Emulsions-, Dispersions-, oder Suspensionspolymerisation aus Monomeren unter Zugabe von Vernetzermonomeren gebildet werden, wobei eine der Schalen aus einem thermosensitiven Mikrogel besteht, das aus einem ersten Monomer gebildet wird, so dass diese erste Schale eine erste Schalttemperatur aufweist, wobei wenigstens eine weitere Schale oder ggf. der Kern aus einem zweiten thermosensitiven Mikrogel besteht, das aus einem anderen als dem ersten Monomer gebildet wird, so dass diese zweite Schale oder ggf. der Kern eine zweite Schalttemperatur aufweist, die sich von der besagten ersten Schaltemperatur unterscheidet.It is the task of the present Invention, core-shell microgels with multi-stage switching behavior manufacture. This task is solved by a core-shell microgel, consisting of a microparticle (diameter <1 μm) as core and at least one shell consisting of a polymer, wherein the shell or the shells and possibly the core by emulsion, Dispersion or suspension polymerization from monomers with addition are formed by crosslinking monomers, one of the shells being made of a thermosensitive microgel consisting of a first monomer is formed so that this first shell has a first switching temperature having at least one further shell or possibly the core consists of a second thermosensitive microgel and another than the first monomer is formed, so this second shell or possibly the core has a second switching temperature, which is differs from said first switching temperature.
Die Erfindung wird wie folgt erläutert:
Der
Hauptnachteil der dem Stand der Technik bekannten Kern-Schale Mikrogele
mit zweistufigem Schaltverhalten liegt in der Verwendung ionischer Gruppen
bei der Erzeugung der copolymerisierten Schale. Diese bewirkt u.
a. eine zusätzliche
Einlagerung von Wasser in das Mikrogel, was zunächst zu einer größeren Quellung
führt als
beim reinen Monomer. Allerdings wird dieses zusätzliche Wasser auch beim Erwärmen nicht
oder nur in geringem Maße wieder
abgegeben, so dass eine solche Schale beim Überschreiten ihrer Schalttemperatur
nur relativ schwach schrumpft.The invention is explained as follows:
The main disadvantage of the core-shell microgels known in the prior art with two-stage switching behavior lies in the use of ionic groups in the production of the copolymerized shell. Among other things, this causes additional storage of water in the microgel, which initially leads to greater swelling than with the pure monomer. However, this additional water is not released again or only to a small extent when heated, so that such a shell shrinks only relatively weakly when its switching temperature is exceeded.
Bildet man die Schale indes aus einem zweiten Monomer, dessen Polymer-Schalttemperatur sich von der des Kerns unterscheidet (→ „heterogenes Mikrogel"), so kann ein zweistufiges Schaltverhalten hervorgerufen werden, das anhand einiger Parameter feinjustierbar ist, die im Stand der Technik nicht bzw. nur in engen Grenzen zur Verfügung stehen. Insbesondere lassen sich dabei auch deutlich ausgeprägte Stufen mit etwa gleicher Stufenhöhe einrichten. Die Anwesenheit von Ionen in der Lösung stört obendrein dieses Schaltverhalten nicht.If you make the shell from one second monomer, the polymer switching temperature differs from that of the nucleus (→ "heterogeneous microgel"), see above a two-stage switching behavior can be caused, the can be finely adjusted using some parameters, which are not in the prior art or only available within narrow limits. In particular let was also clearly pronounced Set up steps with approximately the same step height. The presence of ions in the solution also disrupts this switching behavior Not.
Ein weiterer Vorteil heterogener Kern-Schale-Teilchen liegt in der Möglichkeit, die beiden Schalttemperaturen durch die konkrete Wahl der thermosensitiven Monomere vorzugeben. Grundsätzlich können so Kern-Schale Mikrogele geschaffen werden, deren Schalttemperaturen auch mehrere 10 °C voneinander entfernt liegen, z.B. indem der Kern aus PNIPAM und die Schale aus Polyvinylpiperidon besteht.Another advantage is more heterogeneous Core-shell particles lies in the possibility of the two switching temperatures by specifying the specific choice of thermosensitive monomers. Basically you can Core-shell microgels are created, their switching temperatures also several 10 ° C from each other away, e.g. by making the core out of PNIPAM and the shell out Polyvinylpiperidone exists.
Die Vernetzung der Schale eines heterogenen Mikrogels beeinflusst besonders empfindlich den Bereich zwischen den Schalttemperaturen. Während sich die mittlere Partikelgröße in den weiter außen liegenden Temperaturbereichen bei „baugleichen" Mikrogelen mit unterschiedlich vernetzter Außenschale sehr ähnlich verhält, lassen sich im Zwischenbereich gezielt Rampen unterschiedlicher Steigung oder sogar ein Plateau einrichten. Die Feinjustierung des hydrodynamischen Radius als Funktion der Temperatur ist besonders interessant für (medizinische) Partikelfilter auf der Basis von Mikrogel-Arrays, wobei z.B. ein PNIPAM-Kern/PNIPMAM-Schale-System gerade den physiologisch relevanten Temperaturbereich abdeckt (Umgebung mit menschlicher Körpertemperatur). Ferner ist es für medizinische Zwecke i. a. eher vorteilhaft, wenn das Schaltverhalten durch Ionen z.B. im Blutkreislauf nicht beeinflusst wird.Networking the shell of a heterogeneous Microgel is particularly sensitive to the area between the switching temperatures. While the average particle size in the further out Temperature ranges for "structurally identical" microgels behaves very similarly with differently networked outer shell specific ramps of different incline or even set up a plateau. The fine adjustment of the hydrodynamic Radius as a function of temperature is particularly interesting for (medical) particle filters based on microgel arrays, e.g. a PNIPAM core / PNIPMAM shell system just that covers physiologically relevant temperature range (environment with human body temperature). It is also for medical purposes i. a. rather advantageous if the switching behavior by ions e.g. is not affected in the bloodstream.
Neben Monomerauswahl und Vernetzungsgrad spielt noch das Verhältnis von Schalendicke zu Kernradius für das effektive Schaltverhalten des heterogenen Mikrogels eine wichtige Rolle. Es wurde beispielsweise gefunden, dass bei vorgegebenem PNIPAM-Kern mit wachsender Mächtigkeit der PNIPMAM-Schale ein stetiger Übergang hin zum Schaltverhalten des reinen PNIPMAM vollzogen wird, d.h. die Thermosensitivität des Kerns ist bei zu mächtigen Schalen nicht mehr effektiv erkennbar. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn man darauf achtet, dass das Massenverhältnis zwischen Kern und Schale ungefähr 1:1 beträgt, damit eine Feinabstimmung des Schaltverhaltens, insbesondere die Ausprägung eines Plateaus, zwischen den Schalttemperaturen durch Vernetzungsvariation der Schale erfolgen kann.In addition to the choice of monomers and the degree of crosslinking, the ratio of shell thickness is also important Core radius for the effective switching behavior of the heterogeneous microgel play an important role. It was found, for example, that with a given PNIPAM core, as the thickness of the PNIPMAM shell increases, a steady transition to the switching behavior of the pure PNIPMAM takes place, ie the thermosensitivity of the core can no longer be effectively recognized when the shells are too powerful. The best results are achieved if you make sure that the mass ratio between the core and the shell is approximately 1: 1, so that the switching behavior, in particular the formation of a plateau, can be fine-tuned between the switching temperatures by crosslinking the shell.
Zu den Anwendungen der heterogenen Kern-Schale Mikrogele zählen die disperse Trübung und die Aktivitätssteuerung von Katalysatoren.On the applications of the heterogeneous core-shell Count microgels the disperse turbidity and activity control of catalysts.
Das Schaltverhalten thermosensitiver Mikrogele äußert sich unmittelbar in ihrer Lichttransmissivität. Wählt man den Arbeitspunkt der Mikrogel-Funktionalität in der Umgebung der ersten Schalttemperatur, so stellt die auch weiterhin gequollene Außenschale sicher, dass die getrübten Teilchen nicht ausflocken können. Zugleich kann die Ausflockung immer noch durch weitere Temperaturerhöhung erzwungen werden, was ggf. eine Rückgewinnung der Mikrogele erlaubt. Die Rückgewinnung ist gerade bei kostspieligen Mikrogelen von Bedeutung, wie beispielsweise bei solchen, die katalytische Verbindungen enthalten. Dabei ist das temperaturabhängige Quellvermögen der Trägerpolymere geeignet, die Aktivität der Katalysatoren zu steuern. Durch Temperaturänderung selbstgeregelte Katalysatoren sind interessant z.B. für exotherme Reaktionen, die in ihrer Ablaufgeschwindigkeit bzw. ihrem Stoffumsatz gedrosselt werden sollen. Um die Ausflockung während der Aktivitätssteuerung zu vermeiden, ist das Hinzufügen einer weiteren thermosensitiven Gelschale zweckmäßig, deren Schalttemperatur weit genug vom Arbeitspunkt der Katalysatorkontrolle entfernt liegt und die trotzdem die Rückgewinnung durch Ausfällen ermöglicht.The switching behavior is more sensitive to heat Microgels express themselves immediately in its light transmissivity. If you choose the working point of the Microgel functionality in the vicinity of the first switching temperature, so that also represents still swollen outer shell sure the tarnished Cannot flocculate particles. At the same time, the flocculation can still be forced by a further increase in temperature be what may be a recovery the microgels allowed. The recovery is particularly important for expensive microgels, such as for those that contain catalytic compounds. It is the temperature-dependent swelling capacity of the carrier polymers suitable the activity to control the catalysts. Self-regulated catalysts through temperature change are interesting e.g. For exothermic reactions, which in their rate of flow or their Substance turnover should be throttled. To prevent flocculation during the activity control avoiding is adding Another thermosensitive gel bowl useful, the switching temperature is far enough from the operating point of the catalyst control and still the recovery through failures allows.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen in der Synthese von Kern-Schale Mikrogelen mit mehr als einer thermosensitiven Schale, wobei der Kern nicht unbedingt selbst schaltbar sein muss. Vielmehr kann der Kern als temperaturstabiles Trägerpolymer (z.B. Polystyrol, allg. Latex) für weitgehend beliebige funktionelle Molekülgruppen fungieren, die im Wesentlichen an der Kernoberfläche aufgepropft sind. Eine erste umgebende, thermosensitive Polymerschale nimmt während einer Abkühlungsphase zusätzliches Lösungsmittel aus der Mikropartikel-Lösung auf und ermöglicht dessen Zugang zu den funktionellen Gruppen, etwa für eine chemische Reaktion. Eine zweite, i. a. die äußerste thermosensitive Schale hindert das Mikrogel am Ausflocken bis die Rückgewinnung gewünscht wird. Beim anschließenden Erwärmen wird Flüssigkeit mit Reaktionsprodukten wieder in die Lösung abgegeben. Von besonderem Vorteil bei der „Pumpwirkung" einer solchen thermosensitiven Schale ist die Möglichkeit, diese Schale selbst noch mit weiteren funktionellen Gruppen, etwa Katalysatoren, auszustatten. In der Theorie lassen sich so auch komplexe, mehrstufig schaltbare Mikrogele denken, die, beladen mit einer Reihe verschiedener Funktionsmoleküle, auch die Durchführung komplizierte Umsetzungen mit mehreren Phasen im Innern eines Mikroteilchens erlauben.Further advantageous configurations consist in the synthesis of core-shell microgels with more than a thermosensitive shell, but the core is not necessarily itself must be switchable. Rather, the core can be considered as temperature stable carrier polymer (e.g. polystyrene, general latex) for largely any functional molecular groups that function essentially on the core surface are grafted on. A first surrounding, thermosensitive polymer shell takes during a cooling phase additional solvent from the microparticle solution on and enables its access to the functional groups, for example for a chemical Reaction. A second, i. a. the outermost thermosensitive shell prevents the microgel from flocculating until recovery is desired. At the subsequent Heat becomes liquid released into the solution with reaction products. Of particular Advantage in the "pumping effect" Such a thermosensitive bowl is the possibility of this bowl itself to be equipped with further functional groups, such as catalysts. In theory, complex, multi-stage switchable can also be done in this way Microgels think that too, loaded with a number of different functional molecules the implementation complicated Allow multi-phase reactions inside a microparticle.
Die Erfindung wird näher beschrieben anhand eines Kern-Schale Mikrogels bestehend aus einem PNIPAM-Kern und einer PNIPMAM-Schale, bei dem Schalenstärke und -vernetzung variiert werden (siehe Beispielsynthesen). Die folgenden Abbildungen zeigen zugehörige Messergebnisse.The invention is described in more detail based on a core-shell microgel consisting of a PNIPAM core and a PNIPMAM shell, in which shell thickness and crosslinking vary (see example syntheses). The following pictures show associated Measurement results.
Beispielsynthesenexample syntheses
Für
alle Synthesen wurde als Kern das oben und in
I. Kern-Schale Mikrogele CS005/CS006/CS008 mit variabler SchalenstärkeI. Core-shell microgels CS005 / CS006 / CS008 with variable shell thickness
In einem 250 ml-Dreihalskolben mit mechanischem Rührer, Rückflusskühler und Gaseinleitungsrohr wurden 0.9/0.45/0.225 g in 50 ml Wasser dispergiertem Kern vorgelegt. Durch 30 min Einleiten von Stickstoff bei 70 °C wurde der Sauerstoff aus der Lesung vertrieben.In a 250 ml three-necked flask with mechanical stirrer, Reflux condenser and Gas inlet tube was dispersed 0.9 / 0.45 / 0.225 g in 50 ml of water Core submitted. By introducing nitrogen at 70 ° C. for 30 min Expelled oxygen from the reading.
In einem anderen Kolben wurden bei 70 °C 50 ml deion. Wasser durch Stickstoffeinleiten sauerstofffrei gemacht, 1.19 g NIPMAM, 143.0 mg BIS und 10.3/10.0/10.0 mg SDS gelöst und weitere 15 min Stickstoff eingeleitet. Dieses Gemisch wurde zur Kern-Lösung gegeben, weitere 15 min Stickstoff eingeleitet und die Polymerisation durch Zugabe von 23.0 mg KPS, das in wenigen ml deion. Wasser gelöst wurde, gestartet.In another flask were at 70 ° C 50 ml deion. Water made oxygen-free by introducing nitrogen, 1.19 g NIPMAM, 143.0 mg BIS and 10.3 / 10.0 / 10.0 mg SDS dissolved and others Nitrogen introduced for 15 min. This mixture was added to the core solution Nitrogen was introduced for a further 15 min and the polymerization was carried out Add 23.0 mg KPS, which in a few ml deion. Water has been dissolved started.
Das Reaktionsgemisch wurde bei 70 °C 6 h gerührt, abkühlen lassen und dann durch Glaswolle filtriert.The reaction mixture was stirred at 70 ° C for 6 h, allowed to cool and then filtered through glass wool.
II. Kern-Schale Mikrogele CS009/CS011/CS012 mit variabler VernetzungII. Core-shell microgels CS009 / CS011 / CS012 with variable networking
In einem 250 ml-Dreihalskolben mit mechanischem Rührer, Rückflusskühler und Gaseinleitungsrohr wurden 0.54/0.45/0.45 g in 30/25/25 ml Wasser dispergiertem Kern vorgelegt. Durch 30 min Einleiten von Stickstoff bei 70 °C wurde der Sauerstoff aus der Lösung vertrieben.In a 250 ml three-necked flask with mechanical stirrer, Reflux condenser and Gas inlet tube were 0.54 / 0.45 / 0.45 g in 30/25/25 ml of water submitted dispersed core. By introducing nitrogen for 30 min at 70 ° C became the oxygen from the solution distributed.
In einem zweiten Kolben wurden bei 70 °C 30/25/25 ml deionisiertes Wasser durch Stickstoffeinleiten von Sauerstoff befreit, 0.57/0.47/0.47 g NIPMAM, 68.7/17.8/8.7 mg BIS und 4.8/4.1/4.1 mg SDS gelöst und weitere 15 min Stickstoff eingeleitet. Dieses Gemisch wurde zur Kern-Lösung gegeben, weitere 15 min Stickstoff eingeleitet und die Polymerisation durch Zugabe von 11.1/9.2/9.2 mg KPS, das in wenigen ml deionisiertem Wasser gelöst wurde, gestartet. Das Reaktionsgemisch wurde bei 70 °C 6 h gerührt, abkühlen lassen und dann durch Glaswolle filtriert.In a second flask 70 ° C 30/25/25 ml deionized water by introducing nitrogen into nitrogen exempt, 0.57 / 0.47 / 0.47 g NIPMAM, 68.7 / 17.8 / 8.7 mg BIS and 4.8 / 4.1 / 4.1 mg SDS solved and nitrogen was introduced for a further 15 min. This mixture was to the core solution given, a further 15 min nitrogen and the polymerization by adding 11.1 / 9.2 / 9.2 mg KPS, which is deionized in a few ml Water dissolved was started. The reaction mixture was stirred at 70 ° C for 6 h, allowed to cool and then filtered through glass wool.
Abkürzungen:Abbreviations:
PNIPAM: Poly-N-Isopropylacrylamid, NIPMAM: N-Isopropylmethacrylamid, BIS: N,N'-Methylenbisacrylamid, SDS: Natrium-Dodecylsulfat, KPS: Kalium-PeroxodisulfatPNIPAM: poly-N-isopropylacrylamide, NIPMAM: N-isopropyl methacrylamide, BIS: N, N'-methylenebisacrylamide, SDS: sodium dodecyl sulfate, KPS: potassium peroxodisulfate
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