Morphological design and structure evaluation of poly(divinylbenzene) -based particles

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der Synthese von Polydivinylbenzol (PDVB)-Mikropartikeln mittels Fällungspolymerisation und Quelltechniken, um deren morphologische Eigenschaften gezielt anzupassen – insbesondere für Anwendungen in der Größenausschlusschromatographie (GPC). Der erste Teil befasst sich mit der Synthese von Kern-Schale-Partikeln, bestehend aus einem unporösen Kern und einer porösen Schale, durch Fällungspolymerisation welche als Säulenmaterial für die GPC eingesetzt werden sollen. Monodisperse, unporöse Kernpartikel konnten zuverlässig mit kostengünstiger Standardlaborausrüstung anstelle von speziellem Equipment hergestellt werden. Neben dem Schalenwachstum konnte gezeigt werden, dass niedrigmolekulare Porogene, wie sie häufig in der Suspensionspolymerisation verwendet werden, unter den getesteten Bedingungen in der Fällungspolymerisation keine für die GPC geeigneten Poren erzeugen. Dies lässt sich durch die fehlende Begrenzung des Reaktionsraumes während der Partikelbildung bei der Fällungspolymerisation erklären. Die hergestellten Partikel eignen sich jedoch für die hydrodynamische Chromatographie (HDC) und als Größenstandards in analytischen Anwendungen wie Partikelgrößenanalysatoren. Im zweiten Teil wird Fällungspolymerisation mit einer Templat-Quelltechnik kombiniert. Drei Strategien mit verschiedenen Polystyroltemplaten führten zu Partikeln mit komplexer Morphologie, etwa Oberflächenrillen oder hohlen Kernen. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen dabei den Einfluss der Templatarchitektur auf die entstehende Partikelmorphologie. Die erhaltenen Partikel erscheinen vielversprechend für Anwendungen in Katalyse oder Wirkstofftransport. Die Ergebnisse belegen die prinzipielle Machbarkeit und bieten Ansätze zur weiteren Kontrolle der Feinstruktur. Im dritten Teil wird ein alternativer Ansatz zur Erzeugung poröser Schalen auf hochvernetzten PDVB-Kernen mittels makromolekularer Porogene und Templat-Quellmethode verfolgt, mit dem Ziel, Porengrößen über 10 nm zu erzielen. In einem zweistufigen Quellverfahren sollte das PS-Porogen zunächst in die Schale der Präkurspartikel eingebracht und anschließend entfernt werden, um die gewünschte poröse Struktur zu erzeugen. Obwohl das PS-Porogen erfolgreich in die Partikelschale eingebracht wurde, gelang die Entfernung nicht wie erwartet. Wahrscheinlich verhinderte eine unbeabsichtigte Übervernetzung, etwa durch Kettenübertragungen oder verbleibende Doppelbindungen, die Porenbildung. Der Ansatz bleibt jedoch vielversprechend und erfordert weitere Optimierung des Vernetzungsgrads. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit leisten einen Beitrag zur Weiterentwicklung vielseitig einsetzbarer PDVB-Partikel, beispielsweise für die HDC-Chromatographie oder Anwendungen im biomedizinischen Bereich, und demonstrieren, wie wichtig es ist, Synthesemethoden zur Erzielung spezifischer morphologischer Merkmale zu kombinieren und aufeinander abzustimmen. Teile der Arbeit wurden in Zusammenarbeit mit PSS GmbH, Mainz, und LiNaCon Dr. Ingo Lieberwirth, Mainz, durchgeführt.