Kombinatorische Methoden zur Bestimmung der chemischen Heterogenität und der Phasenseparation von statistischen Copolymeren

Die Kombination von schnellen und parallelen Polymersynthesen mit Methoden der Hochdurchsatzanalyse ist ein wertvolles Werkzeug in der kombinatorischen Materialforschung. Auf diese Weise lassen sich kombinatorische Polymerbibliotheken schnell und effektiv herstellen und nutzen. Ausgehend von der Tatsache, dass gegenwärtig neue Polymerstrukturen und Eigenschaften hauptsächlich durch die Kombination bekannter Monomere erhalten werden, kommt der schnellen und sinnvollen Kombination dieser Monomere erhebliche Bedeutung zu. Dabei werden immer komplexere Polymerstrukturen erhalten, die neben der Molmassenverteilung zusätzlich Verteilungen nach der chemischen Zusammensetzung, der Funktionalität oder der molekularen Topologie aufweisen können. Dementsprechend kommt der detaillierten Charakterisierung dieser Materialien erhöhte Bedeutung zu. Während sich verschiedene Arbeitsgruppen intensiv mit der Optimierung von schnellen und parallelen Polymersynthesen bzw. Katalysatoroptimierungen beschäftigen, wurde der Entwicklung von schnellen und parallelen Analysenmethoden bisher noch nicht die nötige Aufmerksamkeit geschenkt. Deshalb bestand das Ziel der vorliegenden Arbeit in der Entwicklung von Hochdurchsatzmethoden für die Polymerchromatographie. Am Beispiel von in-situ phasenseparierenden statistischen Copolymeren sollte gezeigt werden, dass der Zusammenhang zwischen chemischer Heterogenität, Molmassenverteilung und Phasenseparation durch schnelle und parallele Verfahren untersucht werden kann. Durch Optimierung der entsprechenden chromatographischen Methoden sollte es ermöglicht werden, Molmassenbestimmungen in wenigen Minuten durchzuführen. Die Bestimmung der chemischen Heterogenität sollte durch Wechselwirkungschromatographie gekoppelt mit der FTIR- bzw. UV-Spektroskopie in vergleichbar kurzen Taktzeiten realisiert werden. Schließlich sollte das Phasenseparationsverhalten durch schnelle Thermoanalyse bzw. durch mikroskopische Untersuchungen an Mehrfacharrays charakterisiert werden.

The combination of fast and parallel polymer synthesis with high-throughput methods is a useful tool in the combinatorial material research. Thus combinatorial libraries can be produced and used quickly and effectively. Based on the fact that currently new polymer structures and properties are being produced by the combination of known monomers, a fast and meaningful combination of those monomers is very important. In the process you get complex polymer structures which can show additionally the molecular weight, distributions of the chemical composition, functionality or molecular topology. According to this a detailed characterisation of those materials is very important. Various different work groups are very involved in the optimisation of fast and parallel polymer synthesis or rather in the optimisation of catalysers. Up to now none necessary attention had been given to the development of fast and parallel analysis methods. For this reason was the aim of this work the development of high-throughput methods for the polymer chromatography. With examples of random copolymers, which exhibit in situ phase separation, is shown that the relation between chemical heterogeneity, molecular weight distribution and phase separation can be analysed by fast and parallel methods. By optimisation of adequate chromatographic methods, the determination of molecular weight was possible in a few minutes. The determination of the chemical heterogeneity was carried out by the coupling between adsorption chromatography and FTIR or rather UV spectroscopy in comparably short cycle times. Finally the behaviour of phase separation was characterised by fast calorimetry or rather by microscopy on multiple arrays.