O σκοπός της εργασίας αυτής ήταν η σύνθεση νέων αστεροειδών τριπολυμερών, τύπου An(B-C)n διαφόρων μοριακών δομών, με την τεχνική του «ζωντανού» ανιονικού πολυμερισμού. Αναπτύχθηκε μια μεθοδολογία τεσσάρων διαδοχικών σταδίων σε αντίδραση διαλείποντος έργου η οποία δίνει προϊόντα καθορισμένης μοριακής αρχιτεκτονικής. Η μέθοδος αυτή είναι επέκταση της μεθόδου in-out που χρησιμοποιήθηκε για την σύνθεση ετεροκλαδικών συμπολυμερών αστεροειδών τύπου ΑnBn. Τα νέα αστεροειδή τριπολυμερή Αn(B-C)n αποτελούνται από ένα πυρήνα διασταυρομένων μονομερών από τον οποίο εξέρχονται δύο ειδών κλάδοι θεωρητικά ίσου αριθμού, ήτοι κλάδοι ομοπολυμερούς Α και κλάδοι δι-συσταδικού συμπολυμερούς (B-C). Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε μια ποικιλία μονομερών και παραγόντων συνένωσης προκειμένου να επιτύχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα. Χρησιμοποιήθηκαν διφορετικοί πυρήνες των αστεροειδών τόσο στη φύση (διβίνυλοβενζόλιο, διμεθακρυλικός αιθυλενο-γλυκολεστέρας) όσο και στις διαστάσεις (μίγμα διβίνυλοβενζολίου/στυρενίου) προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση που φέρουν. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε δίνει τη δυνατότητα του σταδιακού χαρακτηρισμού των προϊόντων ο οποίος ήταν ουσιώδης για τον τελικό χαρακτηρισμό των τριπολυμερών. Για το μοριακό χαρακτηρισμό πρόδρομων και τελικών πολυμερών χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές της χρωματογραφίας αποκλεισμού μεγεθών, της στατικής σκέδασης φωτός και η φασματοσκοπία του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (1H-NMR). Επιπλέον για λόγους σύγκρισης ιδιοτήτων μεταξύ γραμμικών και αστεροειδών, συντέθηκαν γραμμικά ABC τριπολυμερή χρησιμοποιώντας την μέθοδο της διαδοχικής προσθήκης. Τα τελικά πολυμερή καθαρίστηκαν από τυχόν προσμίξεις με την τεχνική της soxhlet και χρησιμοποιώντας ως διαλύτη κυκλοεξάνιο. Μελετήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες των ετεροκλαδικών αστεροειδών συμπολυμερών σε σύγκριση με τα αντίστοιχα γραμμικά τριπολυμερή, με σκοπό να διερευνηθεί η επίδραση της αρχιτεκτονικής στις ιδιότητες αυτές. Επιπλέον εξετάσθηκε και ο μικροφασικός διαχωρισμός τόσο των γραμμικών όσο και των αστεροειδών τριπολυμερών και ο ρόλος που παίζουν η αρχιτεκτονική και τα μοριακά χαρακτηριστικά των πολυμερών. Η πραγματοποίηση πειραμάτων δυναμικής μηχανικής ανάλυσης καθώς και διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης σε αστεροειδή πολυμερή πολύστυρενίου, πολύ(μεθακρυλικού εξυλεστέρα) και πολύ(μεθακρυλικού μεθυλεστέρα) και στα αντίστοιχα γραμμικά τους πολυμερή οδήγησαν σε ενδιαφέρον συμπεράσματα. Έγινε σαφές πως η δομή και το μοριακό βάρος επηρεάζουν τις ιδιότητες των πολυμερών. / The subject of this research was the synthesis of star-shaped terpolymers An(B-C)n, using the anionic living polymerization. A 4-step methodology in patch reaction was developed which gives polymers of specific molecular structure. This method is expansion of the in-out method which is used to synthesize heteroarm-star copolymers AnBn. The new star terpolymers consist of a core from cross-linked monomers from which derive two kind of branches theoretically equal in number. One is branches of homopolymer A and the other is branches of diblock copolymer (B-C). For this aim a variety of monomers and cross-linking agents was used. Different cores were made on the nature (DVB,EGDMA) and the size (DVB/St) in order to investigate their effect. Through the synthetic methodology we were able to molecular characterize each step which was vital for the final polymer. The polymers were well characterized through specific techniques. In order to measure the molar mass (Mw and Mn) and the polydispersity, I (Mw/Mn), we used Size Exclusion Chromatography (SEC) technique. The number of the branches was calculated by the Static Light Scattering (SLS) technique. Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (1 H-NMR) was used to calculate the percentage of each homopolymer to the terpolymer. Moreover in order to compare the properties of star and linear terpolymers, ABC linear terpolymers were synthesized by sequential addition. The final polymers were purified through the soxhlet technique with cycloexane. The properties of heteroarm star-like terpolymers were studied comparing with that of the corresponding linear terpolymers (the block and arm lengths were equal) in order to understand the effect of the macromolecular architecture on these properties. Moreover the microphase separation was examined in order to study the effect of the architecture and the molecular characteristics on the terpolymers. The Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) experiments on linear and star terpolymers with polystyrene (PS), poly(hexylmethacrylate) (PHMA) and poly(methylmethacrylate) (PMMA) result in interesting conclusions. These conclusions gave us a clear proof that the molecular characteristics and the architecture of the polymers infect their properties.

Mit Seitenkettenpolystyrenen wurde ein neues Synthesekonzept für phosphoreszente polymere LED-Materialien aufgestellt und experimentell verifiziert. Zunächst erfolgten auf Grundlage strukturell einfacher Verbindungen Untersuchungen zum Einfluss von Spacern zwischen aktiven Seitengruppen und dem Polystyrenrückgrat. Es wurden Synthesemethoden für die Monomere etabliert, durch die aktive Elemente - Elektronen- und Lochleiter - mit und ohne diesen Spacer zugänglich sind. Durch Kombination dieser Monomere waren unter Hinzunahme von polymerisierbaren Iridium-Komplexen in unterschiedlicher Emissionswellenlänge statistische Terpolymere darstellbar. Es wurde gezeigt, dass die Realisierung bestimmter Verhältnisse zwischen Loch-, Elektronenleiter und Triplettemitter in ausreichender Molmasse möglich ist. Die Glasstufen der Polymere zeigten eine deutliche Strukturabhängigkeit. Auf die Lage der Grenzorbitale übten die Spacer nahezu keinen Einfluss aus. Die unterschiedlichen Makromoleküle kamen in polymeren Licht emittierenden Dioden (PLEDs) zum Einsatz, wobei ein deutlicher Einfluss der Spacereinheiten auf die Leistungscharakteristik der PLEDs festzustellen war: Sowohl Effizienz, Leuchtdichte wie auch Stromdichte waren durch den Einsatz der kompakten Makromoleküle ohne Spacer deutlich höher. Diese Beobachtungen begründeten sich hauptsächlich in der Verwendung der aliphatischen Spacer, die den Anteil im Polymer erhöhten, der keine Konjugation und damit elektrisch isolierende Eigenschaften besaß. Diese Schlussfolgerungen waren mit allen drei realisierten Emissionsfarben grün, rot und blau verifizierbar. Die besten Messergebnisse erzielte eine PLED aus einem grün emittierenden und spacerlosen Terpolymer mit einer Stromeffizienz von etwa 28 cd A-1 (bei 6 V) und einer Leuchtdichte von 3200 cd m-2 (bei 8 V). Ausgehend von obigen Ergebnissen konnten neue Matrixmaterialien aus dem Bereich verdampfbarer Moleküle geringer Molmasse in das Polystyrenseitenkettenkonzept integriert werden. Es wurden Strukturvariationen sowohl von loch- wie auch von elektronenleitenden Verbindungen als Homopolymere dargestellt und als molekular dotierte Systeme in PLEDs untersucht. Sieben verschiedene lochleitende Polymere mit Triarylamin-Grundkörper und drei elektronendefizitäre Polymere auf der Basis von Phenylbenzimidazol konnten erfolgreich in den Polymeransatz integriert werden. Spektroskopische und elektrochemische Untersuchungen zeigten kaum eine Veränderung der Charakteristika zwischen verdampfbaren Molekülen und den dargestellten Makromolekülen. Diese ladungstransportierenden Makro-moleküle wurden als polymere Matrizes molekular dotiert und lösungsbasiert zu Einschicht-PLEDs verarbeitet. Als aussichtsreichstes Lochleiterpolymer dieser Reihe, mit einer Strom-effizenz von etwa 33 cd A-1 (bei 8 V) und einer Leuchtdichte von 6700 cd m-2 (bei 10 V), stellte sich ein Triarylaminderivat mit Carbazolsubstituenten heraus. Als geeignetstes Matrixmaterial für die Elektronenleitung wurde ein meta-verknüpftes Di-Phenylbenzimidazol ausfindig gemacht, das in der PLED eine Stromeffizienz von etwa 20 cd A-1 (bei 8 V) und eine Leuchtdichte von 7100 cd m-2 (bei 10 V) erzielte. Anschließend wurden die geeignetsten Monomere zu Copolymeren kombiniert: Die lochleitende Einheit bildete ein carbazolylsubstituiertes Triarylamin und die elektronen-leitende Einheit war ein disubstituiertes Phenylbenzimidazol. Dieses Copolymer diente im Folgenden dazu, PLEDs zu realisieren und die Leistungsdaten mit denen eines Homopolymer-blends zu vergleichen, wobei der Blend die bessere Leistungscharakteristik zeigte. Mit dem Homopolymerblend waren Bauteileffizienzen von annähernd 30 cd A-1 (bei 10 V) und Leuchtdichten von 6800 cd m-2 neben einer Verringerung der Einsatzspannung realisierbar. Für die abschließende Darstellung bipolarer Blockcopolymere wurde auf die Nitroxid-vermittelte Polymerisation zurückgegriffen. Mit dieser Technik waren kontrollierte radikalische Polymersiationen mit ausgewählten Monomeren in unterschiedlichen Block-längen durchführbar. Diese Blockcopolymere kamen als molekular dotierte Matrizes in phosphoreszenten grün emittierenden PLEDs zum Einsatz. Die Bauteile wurden sowohl mit statistischen Copolymeren, wie auch mit Homopolymerblends in gleicher Zusammensetzung aber unterschiedlichem Polymerisationsgrad hinsichtlich der Leistungscharakteristik verglichen. Kernaussage dieser Untersuchungen ist, dass hochmolekulare Systeme eine bessere Leistungscharakteristik aufweisen als niedermolekulare Matrizes. Über Rasterkraft-mikroskopie konnte eine Phasenseparation in einem Größenbereich von etwa 10 nm für den hochmolekularen Homopolymerblend nachgewiesen werden. Für die Blockcopolymere war es nicht möglich eine Phasenseparation zu beobachten, was vorwiegend auf deren zu geringe Blocklänge zurückgeführt wurde. / A new synthetic approach for the synthesis of side chain polystyrenes was established and their use as phosphorescent polymers for polymer light emitting diodes (PLEDs) is shown by experiments. An assay was introduced to clarify influences on electroluminescent behavior for RGB-colored phosphorescent terpolymers with N,N-Di-p-tolyl-aniline as hole-transporting unit, 2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (tert-BuPBD) as electron-transporting unit, and different iridium complexes in RGB-colors as triplet emitting materials. All monomers were attached with spacer moieties to the “para” position of a polystyrene. PLEDs were built to study the electro-optical behavior of these materials. The gist was a remarkable influence of hexyl-spacer units to the PLED performance. For all three colors only very restricted PLED performances were found. In comparison RGB-terpolymers were synthesized with directly attached charge transport materials to the polymer backbone. For this directly linked systems efficiencies were 28 cd A−1 @ 6 V (green), 4.9 cd A−1 @ 5 V (red) and 4.3 cd A−1 @ 6 V (bluish). In summary it is assumed that an improved charge percolation pathways regarding to the higher content of semiconducting molecules and an improved charge transfer to the phosphorescent dopand in the case of the copolymers without spacers are responsible for the better device performance comparing the copolymers with hexyl spacers. It was found that the approach of the directly connected charge transport materials at the nonconjugated styrene polymer backbone is favored for further investigations as shown in the following. A series of styrene derived monomers with triphenylamine-based units, and their polymers have been synthesized and compared with the well-known structure of polymer of N,N′-bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine with respect to their hole-transporting behavior in PLEDs. A vinyltriphenylamine structure was selected as a basic unit, functionalized at the para positions with the following side groups: diphenylamine, 3-methylphenyl-aniline, 1- and 2-naphthylamine, carbazole, and phenothiazine. The polymers are used in PLEDs as host polymers for blend systems. It is demonstrated that two polymers are excellent hole-transporting matrix materials for these blend systems because of their good overall electroluminescent performances and their comparatively high glass transition temperatures. For the carbazole-substituted polymer (Tg = 246 °C), a luminous efficiency of 35 cd A−1 and a brightness of 6700 cd m−2 at 10 V is accessible. The phenothiazine-functionalized polymer (Tg = 220 °C) shows nearly the same outstanding PLED behavior. Hence, both these polymers outperform the well-known polymer of N,N′-bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine, showing only a luminous efficiency of 7.9 cd A−1 and a brightness of 2500 cd m−2 (10 V). Furthermore, novel styrene functionalized monomers with phenylbenzo[d]imidazole units and the corresponding homopolymers are prepared. The macromolecules are used as matrices for phosphorescent dopants to prepare PLEDs. The devices exhibit current efficiencies up to 38.5 cd A−1 at 100 cd m−2 and maximum luminances of 7400 cd m−2 at 10 V. Afterwards the most efficient monomers of this investigations were combined and statistical copolymers were synthesized. As hole-transporting monomer the carbazole substituted triarylamine and as electron-transporting monomer a disubstituted phenylbenzoimidazole was selected. This statistical copolymer was used in the following as matrix material for phosporescent PLEDs and the device performance was compared with a matrix system of a polymer blend matrix system of corresponding homopolymers. With this homopolymer blend efficiencies of about 30 cd A-1 at 10 V and luminances of 6800 cd m-2 beside a decreased onset voltage were realized. Finally bipolar blockcopolymers of structural basic monomers were synthesized via nitroxide mediated polymerization. With these technique and the chosen hole- and electron-transporting monomers a controlled radical polymerization was realized leading to blockcopolymers in different block lengths. These blockcopolymers were used as molecular doped matrix systems in green phosphoreszent PLEDs. The devices were compared in regard to their performances with PLEDs made of statistical copolymers and homopolymer blends. It was found that high molecular systems show a better device performance compared to low molecular polymer matrices. With atomic force microscopy it is shown that a phase separation takes place for the high molecular blend of homopolymers. For the synthesized blockcopolymers no phase separation could be verified, mainly because of the comparatively low molecular weight of these systems.

Ziel der Doktorarbeit war es, Copolymere mit phosphonsäurehaltigen Seitenketten zu entwickeln, die nachfolgend über polymeranaloge Umsetzungen in Terpolymere mit polymerisationsfähgen Gruppen umgewandelt werden sollten. Die Terpolymere können dann somit im Bereich der Schicht,- Lackindustrie eingesetzt werden.

Ziel der Doktorarbeit war es, Copolymere mit phosphonsäurehaltigen Seitenketten zu entwickeln, die nachfolgend über polymeranaloge Umsetzungen in Terpolymere mit polymerisationsfähgen Gruppen umgewandelt werden sollten. Die Terpolymere können dann somit im Bereich der Schicht,- Lackindustrie eingesetzt werden.

<p></p><p>This doctoral dissertation takes the reader through a journey where applied shear rheology and flow-velocimetry are used to understand the mesoscopic factors that control the flow behavior of three microstructured fluids. Three individual protocols that measure relative physical and mechanical properties of the flow are developed. Each protocol aims to advance the particular transformation of novel soft materials into a commercial product converging in the demonstration of the real the chemical, physical and thermodynamical factors that could potentially drive their successful transformation. </p> <p> </p> <p>First, this dissertation introduces the use of rotational and oscillatory shear rheometry to quantify the solvent evaporation effect on the flow behavior of polymer solutions used to fabricate isoporous asymmetric membranes. Three different A-B-C triblock copolymer were evaluated: polyisoprene-<i>b</i>-polystyrene-<i>b</i>-poly(4-vinylpyridine) (ISV); polyisoprene-<i>b</i>-polystyrene-<i>b</i>-poly(<i>N</i>,<i>N</i>-dimethylacrylamide) (ISD); and polyisoprene-<i>b</i>-polystyrene-<i>b</i>-poly(<i>tert</i>-butyl methacrylate) (ISB). The resulting evaporation-induced microstructure showed a solution viscosity and film viscoelasticity strongly dependent on the chemical structure of the triblock copolymer molecules. </p> <p> </p> <p>Furthermore, basic shear rheometry, flow birefringence, and advanced flow-velocimetry are used to deconvolute the flow-microstructure relationships of concentrated surfactant solutions. Sodium laureth sulfate in water (SLE₁S) was used to replicate spherical, worm-like, and hexagonally packed micelles and lamellar structures. Interesting findings demonstrated that regular features of flow curves, such as power-law shear thinning behavior, resulted from a wide variety of experimental artifacts that appeared when measuring microstructured fluids with shear rheometry.</p> <p> </p> <p>Finally, the successful integration of shear rheometry to calculate essential parameters to be used in a cost-effective visualization technique (still in development) used to calculate the dissolution time of polymers is addressed. The use of oscillatory rheometry successfully quantify the viscoelastic response of polyvinyl alcohol (PVA) solutions and identify formulations changes such as additive addition. The flow behavior of PVA solutions was correlated to dissolution behavior proving that the developed protocol has a high potential as a first screening tool.</p><br><p></p>