Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Darmstadt.

Universiẗat, Diss., 2004--Kiel.

Techn. University, Diss., 2005--Darmstadt.

Universiẗat, Diss., 2005--Potsdam.

New water soluble, attainable to ATRP polymerization Cl-terminated poly(glycidol) macroinitiators were prepared by modification of (Omega)-hydroxyl group of poly(glycidol acetal) using 2-chloropropionyl chloride fallowed by selective acidic deprotection of acetal groups. The obtained macroinitiators of different molar masses were successfully employed in ATRP of NIPAM and 4VP to give well-defined stimuli sensitive block copolymers of targeted molar ratio of blocks. The results obtained from light scattering methods showed formation of stable aggregates upon stimuli (pH or temperature) by all the obtained polymers. Additionally, photocrosslinkable block copolymers of glycidol and NIPAM having incorporated moieties of chromophore (2-(dimethyl maleinimido)-N-ethyl-acryl amide) were prepared using macroinitiator technique and used to synthesis of temperature sensitive microgels. Conjunction points have been successfully formed by UV irradiation of polymer water solution above cloud point. The influence of such parameters like block ratio, block length, amount of chromophore, concentration, irradiation time, temperature and heating rate on the properties of obtained microgels was investigated. The obtained core-shell structures were stable under critical conditions and showed continuous volume phase separation process upon increase of temperature, fully reversible and reproducible (no hysteresis effect). Thus, the proposed method not only gave the opportunity to control size or swelling degree of microgels, but also diminished gradient in crosslinking density (random chromophore distribution in polymer backbone), improved colloid stability (poly(glycidol) shell) and completely eliminated additives (surfactants, initiators, stabilizers).

New water soluble, attainable to ATRP polymerization Cl-terminated poly(glycidol) macroinitiators were prepared by modification of (Omega)-hydroxyl group of poly(glycidol acetal) using 2-chloropropionyl chloride fallowed by selective acidic deprotection of acetal groups. The obtained macroinitiators of different molar masses were successfully employed in ATRP of NIPAM and 4VP to give well-defined stimuli sensitive block copolymers of targeted molar ratio of blocks. The results obtained from light scattering methods showed formation of stable aggregates upon stimuli (pH or temperature) by all the obtained polymers. Additionally, photocrosslinkable block copolymers of glycidol and NIPAM having incorporated moieties of chromophore (2-(dimethyl maleinimido)-N-ethyl-acryl amide) were prepared using macroinitiator technique and used to synthesis of temperature sensitive microgels. Conjunction points have been successfully formed by UV irradiation of polymer water solution above cloud point. The influence of such parameters like block ratio, block length, amount of chromophore, concentration, irradiation time, temperature and heating rate on the properties of obtained microgels was investigated. The obtained core-shell structures were stable under critical conditions and showed continuous volume phase separation process upon increase of temperature, fully reversible and reproducible (no hysteresis effect). Thus, the proposed method not only gave the opportunity to control size or swelling degree of microgels, but also diminished gradient in crosslinking density (random chromophore distribution in polymer backbone), improved colloid stability (poly(glycidol) shell) and completely eliminated additives (surfactants, initiators, stabilizers).

Die in Blockcopolymeren beobachtete Mikrophasenseparation ermöglicht die Herstellung von periodischen Strukturen mit einer charakteristische Länge kleiner 100 nm. In der vorliegenden Arbeit wurden dünne Blockcopolymerfilme als Template zur Herstellung von metallischen, keramischen bzw. polymeren Nanodots untersucht. Derartige Nanodots könnten in magnetischen Datenspeichern, Superkondensatoren oder als photonische Kristalle eingesetzt werden. / The microphase seregation observed in block copolymers enables the generation of mesoscopic structures with characteristic lengths below 100 nm on a large scale. In this thesis, thin block copolymer films were investigated as templates for the synthesis of metallic, ceramic and polymeric nanodots. Such nanodots could be used in magnetic data storage devices, supercapacitors or photonic crystals.

Understanding the principles of self-organisation exhibited by block copolymers requires the combination of synthetic and physicochemical knowledge. The ability to synthesise block copolymers with desired architecture facilitates the ability to manipulate their aggregation behaviour, thus providing the key to nanotechnology. Apart from relative block volumes, the size and morphology of the produced nanostructures is controlled by the effective incompatibility between the different blocks. Since polymerisation techniques allowing for the synthesis of well-defined block copolymers are restricted to a limited number of monomers, the ability to tune the incompatibility is very limited. <br><br> Nevertheless, Polymer Analogue Reactions can offer another possibility for the production of functional block copolymers by chemical modifications of well-defined polymer precursors. Therefore, by applying appropriate modification methods both volume fractions and incompatibility, can be adjusted. Moreover, copolymers with introduced functional units allow utilization of the concept of molecular recognition in the world of synthetic polymers.<br><br> The present work describes a modular synthetic approach towards functional block copolymers. Radical addition of functional mercaptanes was employed for the introduction of diverse functional groups to polybutadiene-containing block copolymers. Various modifications of 1,2-polybutadiene-poly(ethylene oxide) block copolymer precursors are described in detail. Furthermore, extension of the concept to 1,2-polybutadiene-polystyrene block copolymers is demonstrated. Further investigations involved the self-organisation of the modified block copolymers. Formed aggregates in aqueous solutions of block copolymers with introduced carboxylic acid, amine and hydroxyl groups as well as fluorinated chains were characterised. Study of the aggregation behaviour allowed general conclusions to be drawn regarding the influence of the introduced groups on the self-organisation of the modified copolymers. Finally, possibilities for the formation of complexes, based on electrostatic or hydrogen-bonding interactions in mixtures of block copolymers bearing mutually interacting functional groups, were investigated. / Um die Prinzipien der Selbstorganisation von Blockcopolymeren zu verstehen, ist es notwendig das Wissen auf den Gebieten der Synthese und der Physikochemie zu kombinieren. Die Fähigkeit, Blockcopolymere mit gewünschter Architektur zu synthetisieren, gibt einem auch die Möglichkeit das Aggregationsverhalten zu steuern, was wiederum der Schlüssel zur Nanotechnologie ist. Abgesehen von den relativen Blockvolumina, wird die Größe und Morphologie der gebildeten Nanostrukturen durch die effektive Inkompartibilität zwischen den unterschiedlichen Blöcken bestimmt. Da die Polymerisationstechniken, mit denen man gut definierte Blockcopolymere synthetisieren kann, auf bestimmte Monomere beschränkt sind, läßt sich diese Inkompatibilität nur eingeschränkt abstimmen. Polymeranaloge Reaktionen können dagegen eine Möglichkeit bieten, funktionale Blockcopolymere durch die chemische Modifizierung von gut definierten Copolymeren zu erhalten. Somit können, bei Verwendung von geeigneten Modifikationsmethoden, die Volumenanteile sowie die Inkompatibilität der Blöcke angepasst werden. Außerdem können Copolymere, die funktionelle Gruppe enthalten, es ermöglichen das Prinzip der molekularen Erkennung (Schloss-Schlüssel) auf dem Gebiet der synthetischen Polymere anzuwenden.<br><br> Die vorleigende Arbeit beschreibt einen Ansatz zur modularen Synthese von funktionalen Blockcopolymeren. Durch radikalische Addition von funktionellen Mercaptanen wurden in Copolymere mit einem Polybutadien-Block verschiedenen funktionelle Gruppen eingebracht. Von 1,2-Polybutadien-Polyethylenoxid Blockcopolymeren werden dabei mehrere Modifikationen im Detail beschrieben. Zudem wird die Erweiterung des Konzepts auf 1,2-Polybutadien-Polystyrol Blockcopolymere gezeigt. Die weiteren Untersuchungen betrafen die Selbstorganisation der modifizierten Blockcopolymere in Lösung. Hierbei wurden die Aggregate, die in wässriger Lösung von Blockcopolymeren mit Carbonsäure-, Amin- und Hydroxylgruppen sowie fluorierte Ketten gebildet werden, charakterisiert. Die Untersuchung des Aggregationsverhaltens erlaubt es, generelle Aussagen über den Einfluss der eingebrachten Gruppen auf die Selbstorganisation der modifizierten Copolymere zu treffen. Abschließend wurde die Bildung von Komplexen auf der Basis von elektrostatischer Wechselwirkung oder Wasserstoffbrückenbindung in Mischungen aus Copolymeren, die untereinander Wechselwirkende funktionale Gruppe besitzen, untersucht.

In der vorliegenden Dissertation wurden mittels kontrolliert radikalischer Polymerisationstechniken alkinhaltige Blockcopolymere synthetisiert. In effizienten Cu(I)-katalyisierten 1,3-dipolaren Cycloadditionen (Click-Chemie) wurde diese modifiziert. Insbesondere durch die Addition dendritischer Verbindungen gelang die Darstellung nanosopischer Objekte. Darüber hinaus konnten dünne Filme phasenseparierten Blockcopolymere selektiv und ortsaufgelöst funktionalisiert werden. Die Arbeit liefert somit Beiträge zur Entwicklung neuartiger Nanomaterialien sowie ihrer Modifizierung.

Nichtlineare Verzerrungen von Rasterkraftmikroskopie (engl.: scanning probe microscopy, Abk.: SPM) Bildern beeinträchtigen die Qualität von Nanotomographiebildern und SPM Bildsequenzen. In dieser Arbeit wird ein neues, nichtlineares Registrierungsverfahren vorgestellt, das auf einem für medizinische Anwendungen entwickelten Algorithmus aufbaut und diesen für die Behandlung von SPM Daten erweitert. Die nichtlineare Registrierung ermöglicht es, verschiedene nanostrukturierte Materialen über große Bereiche (1 µm x 1 µm) mit einer Auflösung von 10 nm abzubilden. Dies erlaubt eine wesentlich detailliertere quantitative Analyse der Daten. Hierfür wurde eine neue Datenreduktions- und Visualisierungsmethode für Mikrodomänennetzwerke von Blockcopolymeren eingeführt. Zwei- und dreidimensionale Mikrodomänenstrukturen werden zu ihrem Skelett reduziert, Verzweigungspunkte farblich codiert und der entstandene Graph visualisiert. Die Anzahl verschiedener Skelettverzweigungen lässt sich über die Zeit verfolgen. Die Methode wurde mit lokalen Minkowskimaßen der ursprünglichen Graustufenbilder verglichen. Sie liefert morphologische und geometrische Informationen auf unterschiedlichen Längenskalen.