Wack, Holger:

Zum Quellendruck von polymeren Hydrogelen

Duisburg, Essen (2006), XI, 179 S.
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie
Ulbricht, Mathias (Doktorvater, Betreuerin)
Mayer, Christian (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Hochmolekulare Substanzen auf Basis von Polyacrylaten besitzen die Fähigkeit, durch Flüssig­keitsaufnahme Hydrogele zu bilden. Diese Substanzen werden auch als Superabsorbierende Polymere (SAP) bezeichnet. Ihre Eigenschaft, auch unter mechanischer Belastung Flüssigkeit speichern zu können, ermöglicht den Einsatz der Materialien insbesondere im Bereich der Abdichtungstechnik. Vor diesem Hintergrund werden in der vorliegenden Arbeit Untersu­chungen zum Quellungsverhalten von polymeren Hydrogelen vorgestellt. Es wird eine Ver­suchsmethode beschrieben, die zur Ermittlung des bei der Quellung entstehenden Quellungs­drucks und dessen zeitlichen Verlaufs geeignet ist. Im Rahmen der durchgeführten Synthesen, die nach dem Mechanismus der radikalischen Poly­merisation durchgeführt wurden, kamen als Basismonomere Acrylsäure und Natriumacrylat sowie zu deren dreidimensionaler Vernetzung N,N´-Methylenbisacrylamid zum Einsatz. Die erhaltenen Hydrogele wurden hinsichtlich ihrer chemisch/physikalischen Eigenschaften charak­terisiert und für die nachfolgenden Untersuchungen der Quellungseigenschaften als Granulate mit unterschiedlichen Partikelgrößen bereitgestellt. Die Quellungseigenschaften der Polymerpartikel wurden bei freier Quellung in vollentsalztem Wasser analysiert. Es wurden die Gleichgewichtsquellungsgrade und die Kinetik der Quellung ermittelt. Unter Anwendung des Diffusions-Relaxations-Modells wurden die charakteristischen Stofftransportparameter des Quellungsvorgangs bestimmt. Es wurde eine Apparatur entwickelt, mit der Untersuchungen des Quellungsdrucks von poly­meren Hydrogelen nach dem Prinzip der Quellung bei vorgegebenem Volumen möglich sind. Die Polymerpartikel wurden hinsichtlich ihres Quellungsdrucks im Gleichgewicht und ihrer Kinetik zum Aufbau des Quellungsdrucks bei Quellung in vollentsalztem Wasser untersucht. Das Diffusions-Relaxations-Modell wurde zur Beschreibung der bei der Quellung auftretenden Gel­blocking-Effekte weiterentwickelt. Wechselwirkungen zwischen dem gemessenen Quellungs­druck und der Polymerstruktur, der Partikelgröße der Polymere und dem Polymervolumenanteil im System wurden beschrieben. Der Einfluss der Syntheseparameter auf die sich im Quellungs­gleichgewicht einstellenden Drücke wurde untersucht und auf Basis bekannter Modellansätze diskutiert. Abschließend wurde das Trocknungsverhalten von Hydrogelen, die mit einer definierten Menge an vollentsalztem Wasser beladen waren, untersucht. Neben phänomenologischen Betrachtun­gen wird ein Zusammenhang zwischen der zur Trocknung benötigten Energie und dem Quel­lungszustand der Hydrogele abgeleitet.