According to estimates, more than 40% of all new chemical entities developed in pharmaceutical industry are practically insoluble in water. Naturally, the demand for excipients which increase the water solubility and thus, the bioavailability of such hydrophobic drugs is enormous. Poly(2-oxazoline)s (POx) are currently intensively discussed as highly versatile class of biomaterials. Although selected POx based micellar drug formulations exhibit extraordinarily high drug loadings > 50 wt.% enabling high anti-tumor efficacies in vivo, the formulation of other hydrophobic compounds has failed. This casts doubt on the general understanding in which a hydrophobic active pharmaceutical ingredient is dissolved rather unspecifically in the hydrophobic core of the micelles following the fundamental concept of “like dissolves like”. Therefore, a closer look at the interactions between all components within a formulation becomes increasingly important. To do so, a large vehicle platform was synthesized, loaded with various hydrophobic drugs of different structure, and the formulations subsequently characterized with conventional and less conventional techniques. The obtained in-depth insights helped to develop a more thorough understanding about the interaction of polymer and incorporated API finally revealing morphologies deviating from a classical core/shell structure. During these studies, the scarcely investigated polymer class of poly(2-oxazine)s (POzi) was found as promising drug-delivery vehicle for hydrophobic drugs. Apart from this fundamental research, the anti-tumor efficacy of the two APIs curcumin and atorvastatin has been studied in more detail. To increase the scope of POx and POzi based formulations designed for intravenous administration, a curcumin loaded hydrogel was developed as injectable drug-depot. / Schätzungen zufolge sind mehr als 40% aller „new chemical entities“, welche in der pharmazeutischen Industrie entwickelt werden, wasserunlöslich. Aus diesem Grund ist der Bedarf an Zusatzstoffen, welche die Wasserlöslichkeit und dadurch die Bioverfügbarkeit erhöhen, enorm. Poly(2-oxazolin)e (POx) werden derzeitig intensiv als vielseitig einsetzbare Biomaterialien untersucht. Obwohl bestimmte POx basierte, mizellare Wirkstoffformulierungen außergewöhnlich hohe Beladungskapazitäten > 50 Gew.% aufwiesen und dadurch ausgeprägte anti-Tumor Effektivität in vivo ermöglichten, schlug die Formulierung anderer hydrophober Stoffe fehl. Dies lässt Zweifel an dem altbewährten Konzept aufkommen, in welchem hydrophobe Arzneistoffe mehr oder weniger unspezifisch im hydrophoben Kern einer Mizelle gelöst werden. Aus diesem Grund ist ein genauerer Blick auf die Interaktionen zwischen allen Bestandteilen einer Formulierung vonnöten. Deshalb wurde eine große Polymerplattform synthetisiert, mit verschiedenen hydrophoben Wirkstoffen unterschiedlicher Struktur beladen und die Formulierungen im Anschluss mit herkömmlichen und weniger herkömmlichen Methoden charakterisiert. Die daraus erhaltenen Einblicke ermöglichten es ein umfassenderes Verständnis über die Interaktionen von Polymer und Wirkstoff zu entwickeln. Innerhalb dieser Studien wurden Aggregate charakterisiert, welche von einer klassischen Kern/Schale Morphologie abwichen. Des Weiteren konnte die kaum erforschte Polymerklasse der Poly(2-oxazin)e (POzi) als vielversprechende Wirkstoffträgerplattform für hydrophobe Wirkstoffe charakterisiert werden. Von dieser Grundlagenforschung abgesehen, wurde die anti-Tumor Effektivität von Curcumin und Atorvastatin Nanoformulierungen untersucht. Um den Anwendungsbereich der POx und POzi basierten Wirkstoffformulierungen, welche für intravenöse Verabreichung entwickelt wurden, zu erweitern, wurde ein Curcumin beladenes Hydrogel als injizierbares Wirkstoffdepot entwickelt.

Ziel dieser Arbeit war die Stabilisierung von Cadmiumsulfid CdS mit Pluronic P123, einem Polymer. CdS ist ein Halbleiter, der zum Beispiel in der Photonik und bei optischen Anwendungen eingesetzt wird und ist deshalb äußerst interessant, da seine Bandlücke als Nanopartikel verschiebbar ist. Für die Photovoltaik ist es ein attraktives Material, da es im sichtbaren Licht absorbiert und durch die Bandlückenverschiebung effektiver absorbieren kann. Dies ist unter dem Namen Quantum Size Effekt bekannt. Als Feststoff ist CdS für einen solchen Anwendungsbereich weniger geeignet, zumal der Effekt der Bandlückenverschiebung dort nicht auftritt. Wissenschaftler bemühen sich deshalb CdS als Nanopartikeln zu stabilisieren, weil CdS in wässrigen Lösungen ein stark aggregierendes System, also stark hydrophob ist. Es wurden zwei Kriterien für die erfolgreiche Stabilisierung von CdS festgelegt. Zum einen muss das Cds homogen im Medium verteilt sein und darf nicht agglomerieren. Zum anderen, müssen die CdS Nanopartikel kleiner als 100 A sein. In meiner Arbeit habe ich solche Partikel hergestellt und stabilisiert, d.h. verhindert, dass die Partikel weiterwachsen und gleichzeitig ihre Bandlücke verschoben wird. Die Herausforderung liegt nicht in der Herstellung, aber in der Lösung von CdS im Trägerstoff, da CdS in den meisten Flüssigkeiten nicht löslich ist und ausfällt. Die Stabilisierung in wässrigen Lösungen wurde das erste Mal durch Herrn Prof. Dr. Rempel mit Ethylendiamintetraessigsäure EDTA erfolgreich durchgeführt. Mit EDTA können jedoch nur sehr kleine Konzentrationen stabilisiert werden. Zudem können Parameter wie Größe und Geschwindigkeit der Reaktion beim Stabilisieren der CdS-Nanopartikel nicht angepasst oder beeinflusst werden. Dieses Problem ist dem, vieler medizinischer Wirkstoffe sehr ähnlich, die in hohen Konzentrationen verabreicht werden sollen, aber nicht oder nur schwer in Wasser löslich sind (Bsp. Kurkumin). Ein vielversprechender Lösungsweg ist dort, die Wirkstoffe in große Trägerpartikel (sog. Mizellen) einzuschleusen, die ihrerseits gut löslich sind. In meiner Arbeit habe ich genau diesen Ansatz für CdS verfolgt. Als Trägerpartikel/Mizelle wurde das bekannte Copolymer Pluronic P123 verwendet. Aus dieser Pluronic Produktreihe wird P123 gewählt, da es die größte Masse bei gleichzeitig höchstem Anteil von Polypropylenoxid PPO im Vergleich zur Gesamtkettenlänge hat. P123 ist ein ternäres Polyether oder Dreiblockkopolymer und wird von BASAF industriell produziert. Es besteht aus drei Böcken, dem mittlere Block Polypropylenoxid PPO und den beiden äußeren Blöcken Polyethylenoxid PEO. Der Buchstabe P steht für pastös, die ersten beiden Ziffern in P123 mit 300 multipliziert ergeben das molare Gewicht und die letzte Ziffer mit 10 multipliziert entspricht dem prozentualen Gewichtsanteil PEO. Die Bildung von Mizellen aus den P123 Molekülen kann bewusst über geringe Temperaturänderungen gesteuert werden. Bei ungefähr Raumtemperatur liegen Mizellen vor, die sich bei höheren Temperaturen von sphärischen in wurmartige Mizellen umwandeln. Oberhalb einer Konzentration von 30 Gewichtsprozent wtp bilden die Mizellen außerdem einen Flüssigkristall. Ich habe in meiner Arbeit zunächst P123 mit Hilfe von Röntgenstreuung untersucht. Anders als andere Methoden gibt Röntgenstreuung direkten Aufschluss über die Morphologie der Stoffe. Röntgenstreuung kann die Mischung von P123 mit CdS abbilden und lässt darauf schließen, ob das Ziel erreicht werden konnte, stabile CdS Nanopartikel in P123 zu binden. Für die Stabilisierung der Nanopartikel ist es zunächst notwendig die richtigen Temperaturen für die Ausgangslösungen und gemischten Lösungen zu finden. Dazu muss P123 viel genauer untersucht werden, als der momentane Kenntnisstand in der Literatur. Zu diesem Zweck als auch für die Analyse des stabilisierten CdS habe ich ein neues Instrument am LRM entwickelt, sowie eine temperierbare Probenumgebung für Flüssigkeiten fürs Vakuum, um morphologische Eigenschaften aus Streuamplituden und -winkeln zu entschlüsseln. Diese Röntgenstreuanlage wurde konzipiert und gebaut, um auch im Labor P123 in kleinen Konzentrationen messen zu können. Röntgenkleinwinkelstreuung eignet sich besonders als Messmethode, da die Probe mit einer hohen statistischen Relevanz in Flüssigkeit und in verschiedenen Konzentrationen analysiert werden kann. Für die Konzentrationen 5, 10 und 30 wtp konnte das temperaturabhängige Verhalten von P123 präzise mit Röntgenkleinwinkelstreuung SAXS gemessen und dargestellt werden. Für 5 wtp konnten die Größen der Unimere und Mizellen bestimmt werden. Trotz der nicht vorhandenen Absolutkalibration für diese Konzentration konnten dank des neu eingeführten Parameters kappa eine Dehydrierung der Mizellen mit steigender Temperatur abgeschätzt, sowie eine Hysterese zwischen dem Heizen und Abkühlen festgestellt werden. Für die Konzentration von 10 wtp wurden kleinere Temperaturschritte gewählt und die Messungen zusätzlich absolut kalibriert. Es wurden die Größen und Streulängendichten SLD der Unimere und Mizellen präzise bestimmt und ein vollständiges Form-Phasendiagramm erstellt. Auch für diese Konzentration konnte eine Hysterese eindeutig an der Größe, SLD und am Parameter kappa gezeigt werden, sowie eine Dehydrierung des Mizellenkerns. Dies beweist, dass der Parameter kappa geeignet ist, um bei nicht absolut kalibrierten Messungen, Aussagen über die Hydrierung und Hysterese komplexer Kern-Hülle Modelle zu machen. Für die Konzentration von 30 wtp konnte zwischen 23°C und 35°C eine FCC Struktur nachgewiesen werden. Dabei vergrößert sich die Gitterkonstante der FCC Struktur von 260 A auf 289 A in Abhängigkeit der Temperatur. Durch das Mischen zweier Lösungen, zum einen CdCl2 und 30 wtp P123 und zum anderen Na2S und 30 wtp P123, konnte CdS erfolgreich stabilisiert werden. Mit einer Kamera wurde die Gelbfärbung der Lösung, und somit die Bildung des CdS, in Abhängigkeit der Zeit untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass das Bilden der CdS Nanopartikel je nach Konzentration und Temperierprogramm zwischen 30 und 300 Sekunden dauert und einer logistischen Wachstumsfunktion folgt. Höhere Konzentrationen CdS bewirken einen schnelleren Anstieg der Wachstumsfunktion. Mittels UV-Vis Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass die Bandlücke von CdS mit steigender Konzentration konstant bei 2,52 eV bleibt. Eine solche Verschiebung der Bandlücke von ungefähr 0,05 eV im Vergleich zum Festkörper, deutet auf einen CdS Partikeldurchmesser von 80A hin. Mit SAXS konnte gezeigt werden, dass sich die flüssigkristalline Struktur des P123 bei zwei verschiedenen Konzentrationen CdS, von 0,005 und 0,1 M, nicht ändert. Das CdS wird zwischen den Mizellen, also durch die Bildung des Flüssigkristalls, und im Kern der Mizelle aufgrund seiner Hydrophobizität stabilisiert. Die Anfangs definierten Kriterien für eine erfolgreiche Stabilisierung wurden erfüllt. P123 ist ein hervorragend geeignetes Polymer, um hydrophobes CdS, sowohl durch die Bildung eines Flüssigkristalls, als auch im Kern der Mizelle zu stabilisieren. / Aim of this work was the stabilization of cadmium sulphide CdS with Pluronic P123, a polymer. CdS is a semiconductor, which is used for photonics and for optical applications. It is highly interesting since its band gap can be shifted if it has the size of a nanoparticle. Due to this band gap shift and the fact that CdS is absorbing in the visible range, it is highly attractive material. This is known as the quantum size effect. As a solid, CdS is less interesting in this area because of the non-existing band gap shift. Scientists endeavor to stabilize CdS as a nanoparticle, since CdS is hydrophobic in aqueous solutions and thus a strongly aggregating system. Two criteria of a successful stabilization process were set. Firstly, CdS has to be homogeneously distributed in the solution and must not aggregate. Secondly, the nanoparticles must be smaller then 100A. During my thesis I produced such particles and stabilized them homogeneously in an aqueous solution, which meant to hinder the further growth of those nanopaticles while shifting their band gap. The challenge is not the production, but the encapsulation of CdS in a carrier, since CdS is not soluble in most solutions and precipitates. Such a stabilization in an aqueous solution was succeeded by Prof. Dr. Rempel with ethylenediaminetetraacetic acid EDTA as a stabilizer for the first time. But with EDTA only very small concentrations of CdS can be stabilized. Moreover, properties like size and reaction speed during the stabilization of the CdS nanoparticles cannot be adjusted or influenced. This problem is also known from medical agents, which should be administered in high doses, but are not or barely soluble in water like Curcumin. A promising solution is to encapsulate these medical agents in big carrier, so-called micelles, which themselves are soluble in water. In my thesis I followed this approach for CdS. As a carrier/micelle the well known copolymer Pluronic P123 was used. Compared to other Pluronics, P123 was chosen since it offers the biggest mass with the highest proportion of polypropylene oxide PPO compared to the total chain length. P123 is a ternary polyether and is produced industrially by BASF. It consists of three blocks, where the middle one is PPO and the outer blocks are polyethylene oxide PEO. The letter P stands for pasty while the first two numbers in P123 multiplied with 300 equal the molar mass and the last number multiplied with 10 equals the mass proportion of PEO. The formation of micelles can be triggered on purpose with a change in temperature. Micelles are present at approximately room temperature \cite{Manet2011}, which transform from spherical to worm-like micelles at higher temperatures. Above a certain concentration of 30 weight percent, the micelles will form a liquid crystal. In my work I first examined P123 with X-ray scattering. Unlike other methods, X-ray scattering gives direct information about the morphology of the substances. X-ray scattering can also be used to study the mixture of P123 with CdS and indicates, whether the goal of encapsulate stable CdS nanoparticles in P123 could be achieved. To stabilize the nanoparticles, it is first necessary to find the right temperatures for both the staring point and the end point of the stabilization process. For this purpose, P123 has to be examined much more precisely than the current state of knowledge in the literature. For this purpose as well as for the analysis of the stabilized CdS, I have developed a new instrument at the chair of X-ray microscopy, as well as a temperature controllable sample holder for liquids in vacuum to decipher morphological properties from scattering amplitudes and angles. This X-ray scattering system was designed and built in order to be able to measure P123 in small concentrations in the laboratory. Small-angle X-ray scattering is particularly suitable as a measurement method, since the sample can be analyzed with a high statistical relevance in liquid and in various concentrations. For the concentrations 5, 10 and 30 wtp, the temperature-dependent behavior of P123 could be precisely measured and presented using small-angle X-ray scattering. The sizes of the unimers and micelles could be determined for 5 wtp without an absolute calibration. With a newly introduced parameter kappa, the dehydration of the micelles with increasing temperature could be estimated, despite the lack of the absolute calibration for this concentration, as well as a hysteresis between heating and cooling. Smaller temperature steps were chosen for the concentration of 10 wtp, furthermore the measurements were also absolutely calibrated. The sizes and scattering length densities SLDs of the unimers and micelles were precisely determined and a complete shape-phase diagram was created. Also for this concentration, a hysteresis was clearly shown in terms of size, SLD and the parameter kappa, as well as dehydration of the micellar nucleus. This proves that the parameter kappa is suitable for making statements about the hydrogenation and hysteresis of complex core-shell models in the case of measurements that are not absolutely calibrated. For the concentration of 30 wtp an FCC structure could be detected between 23°C and 35°C. The lattice constant of the FCC structure increases from 260 A to 289 A depending on the temperature. By mixing two solutions, CdCl2 in a 30 wtp P123 and Na2S in 30 wtp P123, CdS could be successfully stabilized. The yellow coloration of the solution, and thus the formation of CdS, was examined as a function of time with the help of a camera. It was found that the formation of the CdS nanoparticles takes between 30 and 300 seconds, depending on the concentration and temperature protocol and follows a logistical growth function. Higher concentrations of CdS cause a more rapid increase in growth function. Using UV-Vis spectroscopy it could be shown that the band gap of CdS remains constant at 2.52 eV with increasing concentration. The shift in the band gap of approximately 0.05 eV compared to the solid state, indicates a CdS particle diameter of 80 A. With SAXS it could be shown that the liquid-crystalline structure of the P123 does not change at two different concentrations of CdS, of 0.005 and 0.1 M. The CdS is stabilized between the micelles due to the formation of the liquid crystal and in the core of the micelles due to their hydrophobicity. The initially defined criteria for successful stabilization were met. P123 is an excellent polymer to stabilize hydrophobic CdS nanoparticles, both through the formation of a liquid crystal and in the core of the micelles.

A series of monomeric chirally substituted indolenine squaraine monomers were successfully synthesized and utilized for the construction of various oligo- and polymers, in order to study their chiroptical properties in terms of exciton chirality. The quaternary carbon atom at the 3-position of the indolenine subunit, as well as the alkyl side chain attached to the indolenine nitrogen were selected as the most suitable site for chiral functionalization. For the C(3)-chiral derivatives, two synthetic routes depending on the desired substitution at the stereogenic center were established. The chiral side chains were prepared via Evans asymmetric alkylation where the resulting branching point at the 2 position constituted the chiral center. While the chiral substitution only had minor effects on the linear optical properties and geometric structure of the chromophore, all compounds exhibited a distinct and measurable CD signal that correlated with the distance of the chiral center to the central chromophore. Polymers bearing chiral side chains exhibited a solvent- and temperature-dependent helix-coil equilibrium, which was influenced by the type of side chain used. CD spectroscopy revealed the helical conformation to possess a preferred twist sense, and temperature-dependent measurements showed the degree of homohelicity to be nearly complete in certain cases. Furthermore, a CPL signal was able to be obtained for the helical conformer of one polymer. Various (co)oligo- and polymers comprising the C(3)-chiral monomers only displayed a solvent-independent J-type absorption behavior and thus did not form helical conformations in solution. CD spectroscopy revealed a solvent-dependent adoption of quasi-enantiomeric conformers, which was elucidated by quantum chemical TDDFT calculations. / Eine Reihe von monomeren, chiral substituierten Indolenin-Squarain-Monomeren wurde erfolgreich synthetisiert und für die Konstruktion verschiedener Oligo- und Polymere verwendet, um ihre chiroptischen Eigenschaften in Bezug auf die Exzitonenchiralität zu untersuchen. Als geeignete Stelle für die chirale Funktionalisierung wurden das quartäre Kohlenstoffatom an der 3-Position der Indolenineinheit sowie die an den Indolenin- Stickstoff gebundene Alkylseitenkette ausgewählt. Für die C(3)-chiralen Derivate wurden je nach gewünschter Substitution am stereogenen Zentrum zwei Synthesrouten etabliert. Die chiralen Seitenketten wurden über eine asymmetrische Evans-Alkylierung synthetisiert, wobei der resultierende Verzweigungspunkt an der 2-Position das chirale Zentrum darstellte. Während die chirale Substitution nur geringe Auswirkungen auf die linearen optischen Eigenschaften und die geometrische Struktur des Chromophors hatte, zeigten alle Verbindungen ein deutliches und messbares CD-Signal, das mit dem Abstand des chiralen Zentrums zum zentralen Chromophor korrelierte. Polymere mit chiralen Seitenketten zeigten ein lösungsmittel- und temperaturabhängiges Helix-Knäuel-Gleichgewicht, das durch die Art der verwendeten Seitenkette beeinflusst wurde. Durch CD Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass die helikale Konformation einen bevorzugten Drehsinn besitzt. Temperaturabhängige CD Messungen zeigten, dass der Grad der Homohelizität in bestimmten Fällen nahezu vollständig ist. Weiterhin konnte für das helikale Konformer eines Polymers ein CPL-Signal erhalten werden. Verschiedene (Co)oligo- und Polymere bestehend aus den C(3)-chiralen Monomere zeigten nur ein lösungsmittelunabhängiges J- Typ Absorptionsverhalten und bildeten daher in Lösung keine helikalen Konformationen. CD-Spektroskopie zeigte eine lösungsmittelabhängige Annahme von quasi-enantiomeren Konformationen, was durch quantenchemische TDDFT-Rechnungen aufgeklärt wurde.

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) mit duroplastischer Matrix zeichnen sich dadurch aus, dass ihre guten physikalischen und thermomechanischen Eigenschaften wesentlich durch den Verarbeitungsprozess und die sich dabei bildende polymere Netzwerkstruktur bestimmt werden. Die Einstellung und Kontrolle des Vernetzungsgrades stellt eine fertigungstechnische Herausforderung dar, weshalb zumeist auf vollständige Aushärtung abgezielt wird. Die Ausnutzung der Eigenschaften im teilvernetzten gelierten Zustand birgt hingegen immenses Potential für eine flexiblere Gestaltung von Fertigungsprozessen und ist zudem von außerordentlicher Relevanz für ein verbessertes Verständnis konventioneller Verarbeitungsverfahren auf Basis von FKV mit duroplastischer Matrix. Die vorliegende Arbeit zeigt die experimentelle Analyse der werkstoffmechanischen Phänomene bei der Deformation teilvernetzter Matrices auf und erarbeitet basierend auf physikalisch begründeten Wirkmechanismen geeignete Materialmodelle zu deren praxisgerechter Beschreibung. Im Ergebnis stehen Lösungswege bereit, die das besondere mit der Netzwerkbildung einhergehende Potential duroplastischer Matrixpolymere nutzbar machen. Die Anwendung der entwickelten Modelle in Prozess- und Struktursimulationen ermöglicht eine erhöhte Prognosegüte bei der Berechnung von Eigenspannungen und ein deutlich verbessertes Verständnis der matrixdominierten Schädigungs- und Ermüdungsphänomene in FKV.

This research is focused on preparation of polypyrrole (PPy) composite particles by using socalled template oxidative polymerization method. As a template, water-soluble polymers, polymeric microgels, latex particles or bulk gels can be used. The morphology and properties of the composite particles can be controlled effectively by the proper use of the template. By choosing the dopant anion or oxidation agent it is possible to vary the conductivity of the polymer. In the case when uncrosslinked PVME was used as stabilizer, core-type polypyrrole spherical particles in the range of 50-100 nm were formed in both aqueous ethanol and water. Results of the elementary analysis, IR spectroscopy confirmed that the anionic salts can be incorporated in the PPy particles and play as the dopants. The presence of dopants in polypyrrole enhances the conductivity, especially in the case of sodium benzoate the conductivity of the final product has been improved by 3 orders. Polymeric microgels were also applied as the templates for polypyrrole deposition. When crosslinked PVME microgels were used in the oxidation polymerization of pyrrole, large PPy fibrils (appr. 400nm) were formed. Needle-like particles were formed due to the porous structure of microgels, which play a template role in the pyrrole polymerization process. When poly(VCL/AAEM) microgels were used as a template for oxidative polymerization of pyrrole, "raspberry-like" composite particles will be formed with PPy domains located in swollen hydropholic particle shell. Obtained stable composite microgels show similar thermal sensitivity as poly(VCL/AAEM) particles with fully reversible collapse-swelling properties. Increase of PPy content in composite particles increases conductivity of the composite material. The conductivity of composite particles prepared in water was much higher than that of prepared in water : ethanol mixtures. Furthermore, monodisperse PS-PEGMA particles, which were prepared in water medium by polymerization with sodium peroxydisulfate have been used as a template for deposition of polypyrrole (PPy). Obtained composite particles possess core-shell morphology where shell is composed out of small PPy nano-domains. The shell thickness can be varied by changing PPy load, controlling the overall template surface area in the system, and by influencing the pyrrole polymerization kinetics in presence of different oxidants. The last possibility provides also incorporation of different anions into polypyrrole shell. The stability of composite particles decreases gradually if the deposited PPy amount increases. It has been established that obtained particles are intrinsically coloured and the colour can be changed by the PS-PEGMA core size. Conductivity measurement shows that PS/PEGMA/PPy composite particles prepared by using phosphomolybdate as the oxidant are much more conductive than the particles prepared by the other two oxidants. The conductivity increases with the increase of PPy load in the system. Overall, the proper design of the template should give a possibility to control effectively the morphology, particle size and provide sufficient stability to the composite particles. Different morphologies, such as spherical, core-shell, raspberry and needle-like, with different particle size are expected to be available in different cases. By choosing the dopant anion or oxidation agent it is possible to vary the conductivity of the polymer. The stable water-based dispersions are expected to be used as additives for paint formulations, in electrorheology, microelectronic, ion-separation or disease diagnostics.

In this work, hyperbranched aromatic polyesters-polyphenols based on 4,4-bis(4’ hydroxy¬phenyl)pentanoic acid (BHPPA) were prepared and, according to the authors knowledge, for the first time tested as precursors for polyurethane bulk resins and coatings. Comparison of poly-BHPPA with competing products The materials prepared in this work show better properties than their aliphatic polyester-polyol analoga based on 2,2-bis-(hydroxymethyl)propanoic acid (BHMPA). Especially, the solubility of poly-BHPPA in organic solvents is better and poly-BHPPAs also do not tend to microphase separation during their reaction with isocyanates, in contrast to poly-BHMPAs. The poly-BHPPA and the polyurethane networks made from them display higher Tg values than analogous poly- BHMPA compounds. Because of the high Tg of the reacting and final systems, curing must occur at elevated temperatures (90°C) in order to avoid undercure. The lower reactivity of phenolic OH groups prevents the reaction from being too fast at that temperature. A drawback of the polyurethanes based on the aromatic polyesters-polyols prepared is the lower thermal stability of their urethane bonds, if compared to aliphatic urethanes. An interesting possibility for future investigations would be the modification of the BHPPA monomer in order to change the OH functionality from phenolic to aliphatic OH, e.g. by replacement of the phenolic OH by hydroxymethyl or hydroxyethyl groups (requires a strong modification of the monomer synthesis) or simpler by reacting the phenolic OH of BHPPA with a suitable reagent like oxirane, which would lead to groups like O-CH2-CH2-OH in the place of the phenolic OH. Such a BHPPA modification should in turn yield modified “poly-BHPPA” polycondensates, which would combine the advantages of poly-BHPPA with those of aliphatic OH precursors of polyurethanes. Poly-BHPPA synthesis Hyperbranched polymers of the 4,4-bis-(4’-hydroxyphenyl)pentanoic acid (BHPPA) were synthesized successfully by the catalyzed (by dibutyltin diacetate) polycondensation of BHPPA. The products obtained were oligomers with number average molecular weight ranging from 1800 to 3400 g/mol (polymerization degree of ca. 6 to 12), displaying a first moment of functionality in the range 7 to 14. Such products were good OH precursors for the preparation of polyurethane coatings, because higher functional polymers would gel at low conversions. The analysis of the functional groups (determination of acid and hydroxyl numbers) and the 1H-NMR and the 13C-NMR spectroscopy were found to be good methods for the determination of molecular weights. The polydispersity of the poly-BHPPA products was in the range 3.5 to 6. Their degree of branching was found to be in the range 0.36 to 0.47. Poly-BHPPA containing aliphatic polyols as core monomers were also prepared successfully. Difunctional and trifunctional core monomers usually reached a full conversion of their OH groups, while the tetra- and hexafunctional core monomers were converted only to 89%. In all these products however, a considerable amount, usually even a majority, of the polymer molecules were core free. The poly-BHPPA products prepared displayed relatively high glass transition temperatures, in the range of 84°C to 114°C, obviously due to interactions between the phenol groups and to hydrogen bridging. The thermal stability of these products was also high, with decomposition occurring near 350°C (at a heating rate of 10°C / min) Kinetics investigations of the poly-BHPPA reactivity towards isocyanates The poly-BHPPA are polyphenols and were expectedly found to react significantly slower with isocyanates than aliphatic alcohols. The reactivity of poly BHPPA was also found to be somewhat lower than that of the monofunctional, low molar-mass 4 ethylphenol. Hexamethylene diisocyanate trimer, Desmodur N3300, was found to be more reactive than hexamethylene diisocyanate (HDI) or butyl isocyanate in all experiments, possibly due to a substitution effect. The substitution effect can be explained by a change of microenvironment caused by conversion of isocyanate group and OH group into urethane groups. The reactions of low-molecular-mass alcohols or phenols with low molecular weight isocyanates followed well the 2nd order kinetics, while the reactions of poly-BHPPA with isocyanates show deviations from ideal 2nd order kinetics at higher conversions. All the kinetics experiments were carried out under catalysis by dibutyltin dilaurate. This catalyst inhibits the undesired reaction of isocyanate groups with moisture. It was also found that the catalysis was necessary to reach reasonable curing times for poly-BHPPA based polyurethane networks. The uncatalyzed systems reacted extremely slowly. Preparation of polyurethane networks from poly-BHPPA The poly BHPPA products prepared were used successfully as OH functional precursors of polyurethane networks. The networks prepared contained only very low sol fractions. Acetone and also ethylene diglycol dimethylether (diglyme) were found to be good swelling solvents for the networks prepared, while methyl propyl ketone was a much poorer solvent and aromatic compounds like toluene or xylene practically did not swell the poly BHPPA based polyurethanes. The networks prepared contain a relatively high amount of cyclic bonds, 40 to 50% in the finally cured state, which is an expected result for systems with precursors of high functionality and with small distances between the functional groups. The temperature of glass transition (Tg) of the networks prepared (ranging from 68°C to 126°C) depends of the poly BHPPA precursor used: it increases with increasing molecular mass and with increasing core functionality. The choice of the isocyanate crosslinker also influences Tg: the networks made from HDI show higher Tg values, than networks made from the same poly BHPPA but crosslinked with Desmodur N3300 (Tri HDI). The urethane bonds in the networks prepared start to decompose near 140°C. The easier degradation of PU with aromatic urethane bonds is a disadvantage in comparison with aliphatic polyurethanes, whose decomposition starts at 200°C. The surfaces of polyurethane coatings prepared are smooth, displaying a roughness of ca. 20-25 nm, and relatively hydrophilic: the contact angle with water was found to be near 80°. The prepared networks are also relatively hard, possessing the Shore D hardness of 70.

Die vorliegende Arbeit beschreibt zwei Verfahren zur Herstellung von submikronen Ionenaustauscherpartikeln. Im ersten Verfahren, der Miniemulsionspolymerisation, liegt der Schwerpunkt auf dem energetisch sehr aufwendigen Schritt der Herstellung einer stabilen Miniemulsion. Dabei werden Prozessparameter optimiert und Destabilisierungsmechanismen analysiert. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein neues kostengünstiges und ressourcenschonendes Herstellungsverfahren vorgestellt. Dabei werden kommerziell erhältliche Ionenaustauscherpartikel auf Polymerbasis in Kugelmühlen zerkleinert.

In this thesis we have investigated the correlated ground state properties of polymers by applying wave-function-based ab-initio quantum-chemical methods such as the Hartree-Fock approach, the full configuration interaction method (FCI), coupled-cluster (CC) and Moller-Plesset second-order perturbation (MP2) theory. The polymers we have studied are the boron-nitrogen polymers, i.e., polyiminoborane (PIB) and polyaminoborane (PAB), the lithium hydride chain and the beryllium hydride polymer as well as the polymethineimine (PMI). The optimized structural parameters, cohesive energies, polymerization ernergies, relative stabilities of isomeric forms and some band structure results are presented. The results demonstrated that quantum chemical ab initio methods can be applied successfully to infinite systems like polymers, although such calculations are still far from being routine.

Ziel der Untersuchungen war es, Grundlagen für den Einsatz von hochgefüllten WPC in tribologisch funktionalen Maschinenelementen, wie z. B. Gleitschienen in Stückgutförderern zu schaffen. Aufbauend auf einem Kurzzeitversuch verschiedener hoch gefüllter WPC mit Polypropylenmatrix (PP- Matrix), wurde untersucht, wie sich ein steigender Holzanteil, eine Wasserlagerung sowie die Matrix selbst durch Ersatz der PP durch eine Polyethylenmatrix (PE-Matrix) auf das tribologische Langzeitverhalten des Werkstoffes auswirken. / The aim of the research was to create basic knowledge for the use of highly filled WPC in tribological functional machine elements, e. g. sliding rails in conveyors. Based on a short-term test of several highly filled WPCs with polypropylene matrix (PP matrix), the impact of several parameters on the long-term performance of WPC was investigated. These parameters were: a rising proportion of wood, an immersion in water over 700 hours and the matrix itself. In that case the PP matrix was replaced by a polyethylene matrix (PE matrix).

Die Herstellung hochwertiger flächenhafter Werkstoffe durch Beschichten geeigneter Substrate ist eine permanente Herausforderung für die Materialentwicklung in dieser Branche. Solche Materialien einschließlich ihrer Oberflächen werden mit immer komplexeren Funktionalitäten ausgestattet, um den spezifischen Anforderungen für Anwendungen in der Medizintechnik, bei der Fahrzeugausstattung oder als technische Textilien zu entsprechen. Dabei muss sich die Kunststoffbahnenindustrie zunehmend mit den Chancen der additiven Fertigung sowie den Anforderungen der Industrie 4.0 auseinandersetzen. Der 13. Freiberger Polymertag wird neue technische Entwicklungen bei Rohstoffen und Technologien sowie grundlagenorientierte Forschungsergebnisse zur wissenschaftlichen Diskussion stellen. Unter anderem werden Polymere und Additive für funktionale Beschichtungen, die additive Fertigung mit synthetischen und natürlichen Polymeren und dünne funktionale Schichten einschließlich nanoskaliger Strukturen, vorgestellt werden. In bewährter Weise soll unsere Fachtagung wieder ein Forum bieten, um Erfahrungen und Wissen auszutauschen, neue Lösungsansätze zu diskutieren und Kontakte zu pflegen.