Acrylic free radical polymerization at high temperature proceeds via a complex set of mechanisms, with many rate coefficients poorly known and difficult to determine experimentally. This problem is compounded by the large number of monomers used in industry to produce coatings and other materials. Thus, there is a strong incentive to develop a methodology to estimate rate coefficients for these systems. This study explores the application of computational chemistry to estimate radical addition rate coefficients for the copolymerization of acrylates, methacrylates and styrene. The software package Gaussian is used to calculate heats of reaction (ΔHr) values for monomer additions to monomeric and dimeric radicals, using minimum energy structures identified and characterized for the reactants and products. The Evans-Polanyi relationship is applied to estimate reactivity ratios from the relative differences in ΔHr. The validity of this methodology is tested through a comparison of calculated monomer and radical reactivity ratios for acrylate, methacrylate, vinyl acetate, ethene and styrene systems to available experimental data for copolymerization systems. The methodology is found to work for some systems while there is computational breakdown in others due to steric crowding and/or breakdown of the Evans-Polanyi relationship. / Thesis (Ph.D, Chemical Engineering) -- Queen's University, 2008-04-25 16:13:12.091 / NSERC

No description available.

Cette recherche s???attarde ?? comprendre l???effet des diff??rents param??tres sur la mise en forme courb??e de conduits en mat??riaux composites thermodurcissables pour y d??terminer les meilleurs param??tres ?? utiliser dans le but de r??duire les bris et de conserver le plus possible la forme ainsi cr????e. Parmi ceux-ci, il est question des param??tres de fabrications du conduit, de sa polym??risation, de son r??chauffement avant la mise en forme courb??e et de sa mise en forme elle-m??me. Pour comprendre l???effet des diff??rents param??tres, des tests m??caniques (traction, compression), thermom??caniques (DSC, DMA) et de relaxation de contrainte ?? l???aide d???une instrumentation avec des jauges de d??formation sont effectu??s. Ceux-ci r??v??lent des ajustements ?? apporter pour permettre un meilleur contr??le du proc??d??. Entre autres, le taux de polym??risation, l???angle d???orientation des fibres et la temp??rature de mise en forme sont les principaux facteurs importants pris en compte. En effet, la recherche r??v??le que plus la temp??rature de mise en forme courb??e est pr??s de la temp??rature de transition vitreuse du composite moins la forme courb??e ?? tendance ?? se conserver. Cela est similaire avec l???orientation des fibres, plus elles sont orient??es circonf??rentiellement plus ce probl??me est de taille. De plus, le taux de polym??risation a un impact consid??rable sur la d??formation maximale et sur la rigidit?? ?? haute temp??rature.

Cette recherche s???attarde ?? comprendre l???effet des diff??rents param??tres sur la mise en forme courb??e de conduits en mat??riaux composites thermodurcissables pour y d??terminer les meilleurs param??tres ?? utiliser dans le but de r??duire les bris et de conserver le plus possible la forme ainsi cr????e. Parmi ceux-ci, il est question des param??tres de fabrications du conduit, de sa polym??risation, de son r??chauffement avant la mise en forme courb??e et de sa mise en forme elle-m??me. Pour comprendre l???effet des diff??rents param??tres, des tests m??caniques (traction, compression), thermom??caniques (DSC, DMA) et de relaxation de contrainte ?? l???aide d???une instrumentation avec des jauges de d??formation sont effectu??s. Ceux-ci r??v??lent des ajustements ?? apporter pour permettre un meilleur contr??le du proc??d??. Entre autres, le taux de polym??risation, l???angle d???orientation des fibres et la temp??rature de mise en forme sont les principaux facteurs importants pris en compte. En effet, la recherche r??v??le que plus la temp??rature de mise en forme courb??e est pr??s de la temp??rature de transition vitreuse du composite moins la forme courb??e ?? tendance ?? se conserver. Cela est similaire avec l???orientation des fibres, plus elles sont orient??es circonf??rentiellement plus ce probl??me est de taille. De plus, le taux de polym??risation a un impact consid??rable sur la d??formation maximale et sur la rigidit?? ?? haute temp??rature.

Cette recherche s???attarde ?? comprendre l???effet des diff??rents param??tres sur la mise en forme courb??e de conduits en mat??riaux composites thermodurcissables pour y d??terminer les meilleurs param??tres ?? utiliser dans le but de r??duire les bris et de conserver le plus possible la forme ainsi cr????e. Parmi ceux-ci, il est question des param??tres de fabrications du conduit, de sa polym??risation, de son r??chauffement avant la mise en forme courb??e et de sa mise en forme elle-m??me. Pour comprendre l???effet des diff??rents param??tres, des tests m??caniques (traction, compression), thermom??caniques (DSC, DMA) et de relaxation de contrainte ?? l???aide d???une instrumentation avec des jauges de d??formation sont effectu??s. Ceux-ci r??v??lent des ajustements ?? apporter pour permettre un meilleur contr??le du proc??d??. Entre autres, le taux de polym??risation, l???angle d???orientation des fibres et la temp??rature de mise en forme sont les principaux facteurs importants pris en compte. En effet, la recherche r??v??le que plus la temp??rature de mise en forme courb??e est pr??s de la temp??rature de transition vitreuse du composite moins la forme courb??e ?? tendance ?? se conserver. Cela est similaire avec l???orientation des fibres, plus elles sont orient??es circonf??rentiellement plus ce probl??me est de taille. De plus, le taux de polym??risation a un impact consid??rable sur la d??formation maximale et sur la rigidit?? ?? haute temp??rature.

Poly (glycerol-sebacate) (PGS) is a synthetic bioelastomer with a covalently crosslinked, three-dimensional network of random coils with hydroxyl groups attached to its backbone. This biodegradable polymer is biocompatible (in vitro and in vivo), tough, elastic, inexpensive, and flexible, and finds potential applications in tissue engineering and regenerative medicine. Due to the slow rate of step-growth polymerisation, the synthesis of PGS prepolymer requires 24-48 h. A batch and a continuous process, if developed, could address the inherent deficiencies (eg. long residence time, venting) associated with the large-scale synthesis of such bioelastomers. However, in order to assess whether this particular system may be adapted to continuous processes, such as reactive extrusion, studies on kinetics of controlled condensation reactions are of vital importance. FT-Raman spectroscopy was used to study the kinetics of the step-growth reactions between glycerol (G) and sebacic acid (SA) at three molar ratios (G:SA= 0.6,0.8,1.0) and three temperatures (120, 130, 140 ˚C). The rate curves followed first-order kinetics with respect to sebacic acid concentration in the kinetics regime. An increase in the molar ratio (G : SA) of the reactants decreased the average functionality of the system and the crosslinking density, resulting in the lowering of the activation energy and pre-exponential factor. The average functionality of the system had a profound effect on the crosslinking density, mechanical properties, and the reaction kinetics of the system. Three different PGS oligomers and films (PGS 0.6, PGS 0.8, PGS 1.0) were thoroughly characterised using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), wide angle X-ray scattering (WAXS), differential scanning calorimetry (DSC), and contact angle measurements. FTIR spectra of PGS oligomers confirmed the formation of ester bonds (1740 cm -1). Quantification of various functional groups in PGS films using XPS was in agreement with the theoretical values of the proposed structure. WAXS results indicated that PGS system with a higher average functionality possesses a higher degree of crystallinity. Crystallisation exotherms and melting endotherms of PGS systems revealed that the average functionality influences the density of crosslinking, degree of crystallinity, and the network structure of bioelastomers. Contact angle studies confirmed that an increase in the average functionality of PGS system increases hydrophilicity, and the surface treatment through aminolysis further increases the hydrophilicity of the films. Batch studies were performed on a Brabender Plasticorder®. The samples collected over a reaction period of 5 h were characterised using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and differential scanning calorimetry (DSC). The number-average molecular weight (Mn) and the weight-average molecular weight (Mw) of the oligoesters were determined using matrix-assisted laser desroption/ionization time-of-flight spectroscopy (MALDI-TOF) and compared with the corresponding values from the benchtop synthesis. It was found that due to higher shear-mixing and better orientation of functional groups, the degree of polymerisation at any stage of the reaction was higher in the Brabender than in the benchtop process. The gel-point of the reaction was determined from the crossover point of storage and loss moduli, and the reaction rate constant was calculated using the torque vs time data of the rheometer. The kinetics rate constant and the extent of the reaction in the Brabender were found to be higher than the corresponding values obtained from the conventional benchtop process by a factor of 2. PGS was found to be thermo-mouldable and adaptable to high-shear mixing, and hence is a better candidate for making thermoplastic elastomers using reactive extrusion. The challenges and possibilities in scaling up a batch process to a continuous process were investigated. The use of a wiped film reactor or a disk reactor along with reactive extrusion and batch-mixing (as a post-extrusion operation) is a commercially viable method to synthesise PGS oligomers. Such a continuous process will boost the production of bioelastomers for tissue engineering application by addressing the constraints in step-growth polymerisation. Finally, the effect of PGS substrate stiffness and surface treatment (aminolysis, hydrolysis, layer-by-layer deposition) on the morphology and lineage of mesenchymal stem cells – which have a capacity to differentiate themselves into cartilage, adipose, tendon, and muscle tissues – was analysed using fluorescence microscopy and DNA and protein assays. Stiffness of the PGS surface and the method of treatment influenced the cell attachment and spreading on different surfaces. However, cells did not differentiate into definite phenotypes at the end of 14 d time-point, indicating that higher time-points are needed to be considered to study the effect of matrix stiffness and surface treatment on cell attachment and phenotype differentiation.

R??sum?? : Les copolym??res ?? blocs sensibles aux stimuli (SR-BCPs) et leurs assemblages, tels que les micelles, les v??sicules et les hydrogels, peuvent subir des changements physiques ou chimiques en r??ponse ?? l'??volution des conditions environnementales. Pour un excellent SR-BCP, habituellement, de l??g??res modifications de l'environnement sont suffisantes pour induire des modifications relativement drastiques dans la conformation, la structure ou les propri??t??s du polym??re. Ces polym??res sont aussi appel??s polym??res stimuli-r??actifs ou polym??res intelligents et ils ont un grand potentiel d'application dans de nombreux domaines. Au cours des deux derni??res d??cennies, un int??r??t de recherche et d??veloppement particulier a ??t?? port?? sur l'exploitation des SR-BCPs pour utilisation comme syst??mes de relargage de m??dicaments. Dans de nombreux cas, les changements induits par des stimuli dans la structure ou la morphologie des assemblages de BCPs peuvent entra??ner la lib??ration de l'esp??ce encapsul??e, parfois d'une mani??re contr??lable spatialement et temporellement par le choix d'un stimulus appropri?? et en ajustant les param??tres de la m??thode de stimulation utilis??e. De fa??on g??n??rale, le fait d???avoir un certain type de groupements r??actifs ?? un stimulus donn?? dans la structure permet aux SR-BCPs de reconna??tre et r??agir ?? ce stimulus. Malgr?? les ??normes progr??s r??alis??s sur les SR-BCPs, un certain nombre de questions fondamentales restent ?? r??soudre afin de leur permettre de se trouver dans des applications pratiques. Pour y arriver, la cl?? ou le d??fi r??side dans l???am??lioration du niveau et de la complexit?? de contr??le sur les SR-BCPs ainsi que la sensibilit?? avec laquelle ces polym??res r??agissent ?? des stimuli. G??n??ralement, il est souhaitable d'obtenir une r??action rapide sous l'action d'une stimulation mod??r??e. A cette fin, il est n??cessaire d???effectuer des recherches fondamentales sur la conception rationnelle de nouveaux SR-BCPs ainsi que sur le d??veloppement de m??thodes de stimulation qui peuvent amplifier l'effet d'un stimulus. Les travaux de recherche pr??sent??s dans cette th??se s'inscrivent dans ce domaine de recherche. Plus sp??cifiquement, nous avons ??tudi?? des micelles de BCPs qui r??pondent ?? deux types de stimuli. D'une part, nous avons ??tudi?? un m??canisme d'amplification bas?? sur l???effet des ultrasons combin?? ?? la thermosensibilit?? de BCPs. D'autre part, nous avons d??velopp?? une nouvelle conception de BCPs qui permet aux micelles d?????tre d??truites soit de mani??re photochimique, soit par des r??actions d'oxydo-r??duction, tout en ayant le nombre minimum des groupes stimuli-r??actifs dans la structure du polym??re. Notre recherche a g??n??r?? de nouvelles connaissances dans ce domaine et sugg??re de nouveaux moyens sur la fa??on dont les questions de sensibilit?? et de contr??le complexe des micelles SR-BCPs peuvent ??tre abord??es, contribuant ainsi ?? l'avancement des connaissances fondamentales. Le c??ur de cette th??se est compos?? de trois publications r??sultant des projets r??alis??s. Dans le premier projet, afin de coupler la sensibilit?? aux ultrasons et la thermosensibilit??, nous avons men?? une ??tude ayant pour but de trouver des structures possibles de polym??res qui sont susceptibles d'??tre affect??es par les ultrasons. Nous avons effectu?? une ??tude comparative sur la destruction des micelles form??es par divers BCPs et la lib??ration concomitante d'un colorant hydrophobe encapsul?? (rouge du Nil) par les ultrasons focalis??s de haute intensit?? (HIFU). Nous avons constat?? que toutes les micelles form??es par les quatre copolym??res diblocs synth??tis??s, ??tant constitu??s d'un m??me bloc du polyoxyde d'??thyl??ne (PEO) hydrophile et d???un bloc de polym??thacrylate hydrophobe diff??rent, peuvent ??tre perturb??es par les ultrasons. Toutefois, l'ampleur de la perturbation et la lib??ration du colorant encapsul?? dans la micelle est influenc??e par la structure chimique du block hydrophobe. En particulier, les micelles du PEO-b-PIBMA (poly(1-isobutoxym??thacrylate d'??thyle)) et du PEO-b-PTHPMA (poly(m??thacrylate de 2-t??trahydropyrannyle)), qui poss??dent une unit?? ac??tal labile dans le groupe lat??ral, subissent des perturbations plus importantes en raison, probablement, d???une r??action d???hydrolyse de l???ester induite par les ultrasons, donnant lieu ?? une lib??ration plus rapide du colorant. En revanche, les micelles du PEO-b-PMMA (poly(m??thacrylate de m??thyle)), dont le bloc polym??thacrylate est plus stable, sont plus r??sistantes aux ultrasons et pr??sentent une cin??tique de lib??ration du colorant plus lente que les autres micelles. De plus, l???analyse des spectres infrarouges des solutions micellaires, enregistr??s avant et apr??s l???exposition aux ultrasons, sugg??re une r??action d???hydrolyses pour le PEO-b-PIBMA et le PEO-b-PTHPMA, mais montre l'absence d???une quelconque r??action chimique pour le PEO-b-PMMA. L'effet de la structure de copolym??re ?? blocs sur la r??activit?? des micelles ?? l'irradiation HIFU ?? hautes fr??quences permet de mieux comprendre comment des micelles de BCPs sensibles aux ultrasons peuvent ??tre con??ues. Sur la base du premier projet, dans le deuxi??me projet, nous avons d??montr?? une nouvelle approche pouvant amplifier l'effet de HIFU sur la destruction des micelles de BCPs en solution aqueuse. L???id??e est d???introduire une petite quantit?? des unit??s comonom??res sensibles aux ultrasons dans le bloc thermosensible et initialement hydrophobe. On peut alors former une micelle dont le noyau est compos?? du polym??re sensible aux ultrasons. Si la r??action induite par les ultrasons sur le noyau permet d???augmenter la temp??rature de solution critique inf??rieure (LCST) du polym??re thermosensible au-dessus de la temp??rature de la solution micellaire, la micelle doit ??tre dissolue car tout le BCP est devenu soluble dans l???eau. Pour tester la validit?? de ce nouveau m??canisme, nous avons synth??tis?? et ??tudi?? un copolym??re dibloc de PEO-b-P(MEO[indice inf??rieur 2]MA-co-THPMA) (MEO[indice inf??rieur 2]MA repr??sente 2-(2-m??thoxy??thoxy) m??thacrylate d'??thyle), dans lequel le bloc thermosensible P(MEO[indice inf??rieur 2]MA-co-THPMA) est hydrophobe ?? T>LCST. Le THPMA a ??t?? choisi en raison de sa plus grande r??activit?? vis-??-vis des faisceaux HIFU que les autres monom??res ??tudi??s dans le premier projet. Les r??sultats montrent que les HIFU peuvent effectivement augmenter la LCST du bloc P(MEO[indice inf??rieur 2]MA-co-THPMA) et, par cons??quent, induire la dissociation des micelles ?? une temp??rature constante de la solution. Une analyse spectrale en RMN [indice sup??rieur 13]C a fourni des preuves montrant que l'hydrolyse des groupes THPMA se produit sous l???irradiation HIFU et que la destruction des micelles provient d'une augmentation de la LCST en raison de la conversion des motifs hydrophobes THPMA en motifs acides m??thacryliques (MAA) hydrophiles. Cette m??thode de modifier la LCST par une irradiation des ultrasons est g??n??rale et peut ??tre appliqu??e aux autres groupements sensibles aux ultrasons dans la conception de ce type de SR-BCPs. Cette ??tude a ainsi d??montr?? un nouveau m??canisme d'amplification et de contr??le des micelles de BCPs via la modification induite par les ultrasons de la temp??rature de transition de phase (LCST) du bloc constituant le noyau micellaire. Le troisi??me projet pr??sent?? dans cette th??se portait sur une conception rationnelle de BCPs ayant un but pr??cis: permettre aux micelles d?????tre perturb??es par deux types de stimuli en utilisant le nombre minimal des unit??s sensibles ?? des stimuli dans la structure de BCPs. Pour ce faire, nous avons con??u et synth??tis?? un nouveau copolym??re tribloc amphiphile de type ABC, soit le poly(oxyde d'??thyl??ne) - disulfure ??? polystyrene - o-nitrobenzyle - poly(2-(dim??thylamino) ??thylm??thacrylate) (PEO-S-S-PS-ONB-PDMAEMA). Il dispose d'une liaison disulfure redox-clivable entre les blocs PEO et PS ainsi que d'un groupe o-nitrobenzyle (ONB) photoclivable ?? la jonction des blocs PS et PDMAEMA. Nous avons montr?? que ce mod??le est une strat??gie utile pour permettre aux micelles de BCPs de r??pondre soit ?? un agent r??ducteur comme le dithiothr??itol (DTT) dans une solution, soit ?? l'exposition ?? la lumi??re UV, tout en ayant le nombre minimum des groups stimuli-r??actifs dans la structure du copolym??re (deux unit??s par cha??ne). Nos investigations ont r??v??l?? que les micelles de ce copolym??re tribloc peuvent ??tre perturb??es de diff??rentes fa??ons. Lorsqu'un seul stimulus est appliqu??, l'enl??vement d'un type des cha??nes de polym??re hydrophile ?? partir de la couronne de micelles, soit le PEO par clivage par oxydo-r??duction ou le PDMAEMA par photoclivage, entra??ne un effet limit?? de d??stabilisation sur la dispersion des micelles. L'agglom??ration de quelques micelles appara??t mais la dispersion reste essentiellement stable. En revanche, en cas d'utilisation combin??e des deux stimuli qui clivent ?? la fois le PEO et le PDMAEMA, une agr??gation importante du polym??re se produit ?? la suite de l'??limination de l'amphiphilicit?? du polym??re. // Abstract : Stimuli-responsive block copolymers (SR-BCPs) and their assemblies, such as micelles, vesicles and hydrogels, can undergo physical or chemical changes in response to changing environmental conditions. For an excellent SR-BCP, usually, slight changes in the environment are sufficient to induce relatively drastic changes in either the conformation or structure or properties of the polymer. Stimuli-reactive polymers are often referred to as smart polymers and they have great application potential in many fields. Over the past two decades, particular research and development interest has been focused on exploiting SR-BCP assemblies as drug delivery systems (DDSs). In many cases, stimuli-induced changes in the structure or morphology of BCP assemblies (drug carriers) can result in the release of loaded species, sometimes in a spatially and temporally controllable manner by choosing an appropriate stimulus and adjusting the parameters of the used stimulating method. Generally speaking, by having a certain type of stimuli-reactive moieties in the structure, SR-BCP assemblies have an ability to recognize a specific stimulus and react to its presence accordingly. Despite the tremendous progress achieved on SR-BCPs, a number of fundamental issues remain to be addressed in order to enable real-life applications of these smart polymers. Of them, an increasing level and complexity of control on SR-BCPs as well as the sensitivity with which these polymers react to stimuli are key and challenging. It is highly desirable to obtain a fast reaction under the action of a modest stimulation. To this end, fundamental research is necessary on rational and creative BCP structural design as well as on development of stimulation methods that can amplify the effect of a stimulus. The research work presented in this thesis falls into this important topic. More specifically, we studied BCP micelles that are responsive to two types of stimuli. On the one hand, we investigated an amplification mechanism based on coupling the ultrasound reactivity with the thermosensitivity of BCPs. On the other hand, we developed a BCP structural design that allows micelles to be disrupted by either light or redox agents while having the minimum number of stimuli-reactive moieties in the polymer structure. Our research provided new insights into and suggested new means on how the issues of sensitivity and complex control of SR-BCP micelles can be tackled, thus contributing to the advancement of fundamental knowledge. The core of this thesis is comprised of three publications resulting from the projects realized in our research work. In order to couple the ultrasound sensitivity and thermosensitivity, in the first project, we carried out studies to find possible polymer structures that are susceptible to be affected by ultrasound. We conducted a comparative study on the disruption of the micelles formed by various BCPs and the concomitant release of an encapsulated hydrophobic dye (Nile Red) by high-intensity focused ultrasound (HIFU). It was found that all micelles formed by the four synthesized diblock copolymers, being composed of a hydrophilic poly(ethylene oxide) (PEO) block and a different polymethacrylate hydrophobic block, could be disrupted by ultrasound. However, the extent of the micellar disruption and dye release was found to be influenced by the chemical structure of the micelle-core-forming hydrophobic polymethacrylate. In particular, micelles of PEO-b-PIBMA (poly(1-(isobutoxy)ethyl methacrylate)) and PEO-b-PTHPMA (poly(2-tetrahydropyranyl methacrylate)), whose hydrophobic blocks have a labile acetal unit in the side group and are more likely to undergo ester hydrolysis, could be disrupted more severely by ultrasound, giving rise to a faster release of Nile Red. By contrast, micelles of PEO-b-PMMA (poly(methyl methacrylate)), whose polymethacrylate block is more stable, appear to be more resistant to ultrasound irradiation and exhibit a slower rate of dye release than other BCPs. Moreover, infrared spectra recorded with micelles before and after ultrasound irradiation of the aqueous solution of the micelles give evidence for the occurrence of chemical reactions, most likely hydrolysis, for PEO-b-PIBMA and PEO-b-PTHPMA, but absence of chemical reactions for PEO-b-PMMA. The effect of BCP chemical structure on the reaction of micelles to high-frequency HIFU irradiation shows the perspective of designing and developing ultrasound-sensitive BCP micelles for ultrasound-based delivery applications. On the basis of the first project, in the second project, we demonstrated a new approach that could amplify the effect of HIFU on the disassembly of BCP micelles in aqueous solution. By introducing a small amount of ultrasound-labile comonomer units into the micelle core-forming thermosensitive polymer, the ultrasound-induced reaction of the comonomer could increase the lower critical solution temperature (LCST) of the thermosensitive polymer due to a polarity change, which renders the BCP soluble in water without changing the solution temperature and, consequently, results in disassembly of BCP micelles. To prove the validity of this new mechanism, we synthesized and investigated a diblock copolymer of PEO-b-P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA) (MEO[subscript 2]MA stands for 2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate). In the thermosensitive random copolymer block P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA), which is hydrophobic at T>LCST, THPMA was chosen due to its greater reactivity under HIFU than other monomer structures investigated in the first project. We found that HIFU could indeed increase the LCST of the P(MEO[subscript 2]MA-co-THPMA) block and, as a result, dissociate the BCP micelles at a constant temperature. A [superscript 13]C NMR spectral analysis provided critical evidence that hydrolysis of the THPMA groups occurs under HIFU irradiation and the micellar disassembly originates from an increase in the LCST due to the ultrasound-induced conversion of hydrophobic comonomer units of THPMA onto hydrophilic methacrylic acid (MAA). This ultrasound-changeable-LCST approach is general and can be applied by exploring other ultrasound-labile moieties in the BCP design. By transducing an ultrasound-induced effect into a changing thermosensitivity of the micelle core-forming block, this study demonstrated a new amplification and control mechanism for SR-BCP micelles. The third project presented in this thesis dealt with a rational BCP design that had a specific purpose: allowing BCP micelles to be disrupted by two types of stimuli while using the minimum number of stimuli-reactive moieties in the BCP structure. The unveiling of such BCP structures provides insight into how to make BCP micelles sensitive to stimuli. To do this, we designed and synthesized a new amphiphilic ABC-type triblock copolymer, namely, poly(ethylene oxide)-disulfide-polystyrene- o-nitrobenzyl-poly(2-(dimethylamino)ethylmethacrylate) (PEO-S-S-PS-ONB-PDMAEMA), which features a redox-cleavable disulfide linkage between the PEO and PS blocks as well as a photocleavable ONB group as the junction of the PS and PDMAEMA blocks. We demonstrated that this design is a useful strategy to allow BCP micelles to respond to both a reducing agent like dithiothreitol (DTT) in solution and exposure to UV light while having the minimum number of stimuli-reactive moieties in the block copolymer structure (two units per chain). Our investigations found that the micelles of this triblock copolymer could be disrupted in different ways. When only one stimulus is applied, the removal of one type of hydrophilic polymer chains from the micelle corona, either PEO by redox-cleavage or PDMAEMA by photocleavage, results in a limited destabilization effect on the dispersion of the micelles. The agglomeration between a few micelles appears but the dispersion remains essentially stable. By contrast, under combined use of the two stimuli that cleaves both PEO and PDMAEMA, severe polymer aggregation occurs as a result of elimination of the polymer amphiphilicity. Moreover, by loading the hydrophobic Nile Red in the micelles, the fluorescence quenching of the dye by aqueous medium under the different uses of the two stimuli appears to correlate with the different extents of the micellar disruption. // ?????? : ??????????????????????????????SR-BCPs???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SR-BCP???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SR-BCP?????????????????????????????????DDSs???????????????????????????????????????BCP?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-????????????????????????SR-BCP??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????SR-BCPs?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SR-BCPs?????????????????????????????????????????????????????????????????????SR-BCPs???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????BCP???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????BCP???????????????????????????BCPs???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-???????????????BCP???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SR-BCP???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????BCPs????????????????????????????????????????????????HIFU?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????PEO-b-PIBMA????????? 1-????????????????????????????????????????????? ??????PEO-b-PTHPMA?????????2-???????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????????????PEO-b-PMMA?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????PEO-b-PMMA????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????PEO-b-PIBMA???PEO-b-PTHPMA????????????????????????????????????????????????PEO-b-PMMA???????????????????????????????????????HIFU????????????BCP???????????????????????????????????????????????????????????????????????????-??????BCP????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????HIFU??????????????????BCP???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????LCST?????????????????????????????????????????????????????????BCP??????????????????????????????BCP??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????PEO-b-P(MEO2MA-co-THPMA) ???MEO2MA ??????2-???2-??????????????????????????????????????????????????????T > LCST????????????????????????????????????P(MEO2MA-co-THPMA)?????????????????????THPMA?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????HIFU?????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????HIFU???????????????????????????P(MEO2MA-co-THPMA)?????????LCST?????????BCP??????????????????????????????????????????13C NMR ???????????????????????????THPMA?????????????????????????????????????????????THPMA??????????????????????????????MAA?????????LCST?????????????????????????????????????????????????????????????????????LCST??????????????????????????????????????????????????????BCP???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????SR-BCP????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????BCP????????????????????????????????????????????????????????????????????????BCP?????????????????????????????????????????????BCP?????????????????????????????????????????????????????????BCP????????????????????????????????????????????????????????????????????????ABC???????????????????????????????????????????????? - ???????????? - ???????????? - ??? - ???????????? - ?????? 2 - ???????????????????????????????????????????????? (PEO-S-S-PS-ONB-PDMAEMA)?????????PEO???PS???????????????????????????????????????????????????PS???PDMAEMA?????????????????????????????????ONB????????????????????????????????????????????????????????????-??????????????????????????????????????????????????????BCP????????????????????????????????????????????? ???DDT????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????PEO????????????????????????PDMAEMA?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????PEO???PDMAEMA?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

Die Arbeit befasst sich grundlegend mit der radiaklischen Polymerisation von ionischen Monomeren in wässriger Lösung. Kinetische Koeffizienten dieser Polymerisationsreaktionen wurden durch Pulslaser-induzierte Polymerisationen in Verbindung mit Größenausschlusschromatographie (PLP–SEC), mit hoch zeitaufgelöster Nahinfrarot-Detektion nach Einzelpuls-(SP)-Anregung (SP–PLP–NIR) und mit hoch zeitaufgelöster Elektronenspinresonanzspektroskopie (SP–PLP–ESR) untersucht. Die Messungen wurden durch Simulationen mit dem Programmpaket Predici® unterstützt. Die Terminierungskinetik der radikalischen Polymerisation des wasserlöslichen nicht-ionischen Monomers N-Vinylformamid wurde in Substanz und in wässriger Lösung bei 40 bis 70 °C und bei 500 bis 2500 bar als Funktion des Umsatzes mit der SP–PLP–NIR-Technik bestimmt. Die Einflüsse von Terminierung, Transferreaktionen und Verbreiterungs-mechanismen auf die Bildung von PLP-Strukturen beliebiger Monomere im PLP–SEC-Experiment wurden grundlegend durch Predici®-Modellierung untersucht. Die Resultate geben Auskunft, unter welchen PLP-Bedingungen verlässliche auswertbare PLP-Strukturen erhalten wurden. So ist es erforderlich, dass 19 bis 92% der erzeugten Radikale zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen terminieren. Da aufgrund der langsamen Terminierung (<19%) und intermolekularer oder intramolekularer Transferreaktionen die PLP–SEC-Methode für ionische Monomere oft nicht anwendbar ist, wurde der Geschwindigkeitskoeffizient der Propagation, kp, etwa von Trimethylaminoethylmethacrylat (TMAEMA) in D2O im Temperatur-intervall 30 bis 60 °C durch Anpassung von Umsatz-Zeit-Verläufen mit einem Predici®-Modell bestimmt. Eine Modell-unabhängige Bestimmung der Propagations- und Terminierungskinetik von TMAEMA unter identischen Bedingungen erfolgte durch Kombination der gekoppelten Parameter <kt>/kp und kp/<kt>0,5 aus SPPLPNIR-Messungen bzw. chemisch initiierten Experimenten. Trimethylaminoethylacrylat-(TMAEA)-Polymerisationen wurden bei 20 bis 84 °C mit Predici® modelliert. Dabei wurde die enorme Bedeutung der mid-chain Radikal (MCR)-Kinetik für die Polymerisationsrate ionischer Acrylate deutlich. Die Predici®-Modellierung von ionisierter Methacrylsäure (MAA) zeigte, dass die durch PLPSEC bestimmten literaturbekannten kp-Werte systematisch um einen Faktor zwei zu groß sind. Der Einfluss der Gegenionenkonzentration auf kp wurde für ionisierte MAA bei 30 bis 80 °C durch Anpassung von Umsatz-Zeit-Verläufen bestimmt. Der präexponentielle Faktor von kp nimmt mit steigender Gegenionen-konzentration zu, also bei Erhöhung der Monomerkonzentration und bei Salzzugabe. Die Terminierungskinetik von ionisierter MAA wurde mittels SP–PLP–NIR als Funktion des Umsatzes bei 1 bis 500 bar zwischen 20 und 80 °C untersucht. Untersuchungen der Polymerisationskinetik von ionisierter Acrylsäure (AA) durch NIR, SP–PLP–NIR, SP–PLP–ESR und 13C-NMR ergaben, dass alle Geschwindigkeitskoeffizienten von der Art und Konzentration der Gegenionen beeinflusst werden, wobei sie mit steigender Gegenionen-konzentration zunehmen, was auf die Bildung von Kontaktionenpaaren zurückgeführt werden kann. Die beteiligten Geschwindigkeitskoeffizienten bewirken einen hohen MCR-Anteil von etwa 98% bei 50 °C. Da trotz der hohen MCR-Konzentration die SPR-Konzentration für das Wachstum entscheidend ist (kps ≈ 103·kpt), führen geringe Verschiebungen des SPR-MCR-Gleichgewichts bei Variation der Reaktionsbedingungen zu großen Effekten in der Polymerisationsrate. Die in der vorgelegten Arbeit ermittelten kinetischen Koeffizienten erlauben die umfassende Simulation von Monomerumsatz-Zeit-Verläufen sowie von Molmassenverteilungen der polymeren Produkte für ionische Polymerisationen in wässriger Lösung bei weiter Variation der Monomerkonzentration, des Monomerumsatzes, der Art und Konzentration von Gegenionen sowie von Temperatur und Druck.