Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Phasengleichgewicht bei der Quellung von IPAAm-Hydrogelen in wässrigen Lösungen

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Die Kenntnis des Phasengleichgewichts in hydrogelhaltigen Systemen ist eine wesentliche Voraussetzung für die Optimierung des Einsatzes von Hydrogelen in vielen Anwendungen. Dabei werden auch Methoden zur quantitativen Korrelation und Vorhersage solcher Gleichgewichte benötigt. In der Literatur gibt es zahlreiche Arbeiten zur Phänomenologie von Quellungsgleichgewichten von Hydrogelen (z.B. zum Einfluss von Temperatur, Zusammensetzung der umgebenden Lösung, Aufbau des polymeren Netzwerks etc. auf das Quellungsgleichgewicht). Allerdings gibt es bisher nur vereinzelt Ansätze zur thermodynamischen Beschreibung solcher Gleichgewichte, die über reine Korrelationsmethoden hinausgehen. Im Vorhaben wurden in den ersten beiden Förderperioden umfangreiche experimentelle Arbeiten zu Phasengleichgewichten in hydrogelhaltigen wässrigen Systemen durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung synthetisch hergestellter, chemisch vernetzter Hydrogele aus der Hauptkomponente N-Isopropylacrylamid und Komonomeren. Die experimentellen Arbeiten werden in der Restlaufzeit der 2. Förderperiode weitgehend abgeschlossen. Die dabei untersuchten ionischen Komonomere werden so gewählt, dass Hydrogele mit kationischen und anionischen Gruppen, mit Zwitterion-Gruppen und mit hydrophoben Gruppen (teilweise statistisch verteilt, teilweise in Blockanordnung) entstehen. Ziel der experimentellen Arbeiten im Projekt ist die Bereitstellung einer konsistenten Datenbasis zur Weiterentwicklung von Ansätzen zur Modellierung der Quellungsgleichgewichte von Hydrogelen. Die Modellierung dient dazu, ein vertieftes Verständnis der auftretenden Effekte zu gewinnen und diese soweit quantitativ zu erfassen, dass auch Vorhersagen zum Einfluss wichtiger Parameter gelingen. In der 3. Förderperiode erfolgt diese Modellierung für die in den ersten beiden Förderperioden gewonnenen Messwerte.