Titelaufnahme

Titel
Poly(ethylene oxide)-polysiloxane polymers as matrices for the In Situ preparation of inorganic nanostructures / Claudia Feldgitscher
VerfasserFeldgitscher, Claudia
Begutachter / BegutachterinKickelbick, Guido ; Peterlik, Herwig
Erschienen2008
UmfangXII, 253 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2008
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Polysiloxan / Polyethylenoxid / Hydrosilylierung / Nanokomposite / Lanthanide / Europium / Gold / Nanopartikel / Lumineszenz / Hybridmaterial
Schlagwörter (EN)polysiloxane / poly(ethylene oxide) / hydrosilation / nanocomposite / lanthanide / europium / gold / nanoparticles / luminescence / hybrid material
Schlagwörter (GND)Siloxane / Polyethylenglykole / Vernetzung <Chemie> / Polymere / Matrix <Chemie> / Nanopartikel
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-21900 Persistent Identifier (URN)
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Poly(ethylene oxide)-polysiloxane polymers as matrices for the In Situ preparation of inorganic nanostructures [14.39 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Hybrid-polymere, welche als Matrixmaterial zur Herstellung von metallischen oder hydroxidischen Nanopartikeln dienten, wurden durch Vernetzen von Polysiloxanen mit Polyethylenoxiden (PEO) hergestellt. Von speziellem Interesse war dabei die Darstellung von lumineszierenden Nanokompositmaterialien durch die Dotierung mit Lanthanidverbindungen.

Die linearen Polysiloxane (Polymethylhydrosiloxan bzw.

Polydimethylsiloxan-co-Polymethylhydrosiloxan), die eine hohe thermische Stabilität und einen niedrigen Tg zeigen, wurden unter Verwendung eines Pt-Katalysators durch Hydrosilylierung mit endgruppenmodifiziertem PEO vernetzt, um im Polymer hydrophile Koordinationszentren zu schaffen, die in der Lage sind Metallionen zu binden, und sich somit für die in situ Herstellung von Nanopartikeln eignen. Die Quellfähigkeit und die hydrophilen Eigenschaften der Matrix konnten durch systematische Veränderung der PEO-Kettenlänge und des PEO:Polysiloxan Verhältnisses gezielt beeinflusst werden. Durch Strukturuntersuchungen mittels Röntgenkleinwinkelstreuung konnte der große Einfluss der verwedeten Polysiloxane auf die Eigenschaften des resultierenden Kompositmaterials gezeigt werden. Der hydrophile PEO-Anteil verbessert die Migration von Metallionen in das Matrixmaterial und führt gleichzeitig zu einer Limitierung des Partikelwachstums bei der in situ Synthese. Durch eine weitere Modifizierung der Matrix mit Oligoethern, Phosphonsäureestern und Acetoacetat wird der hydrophile Charakter und die Möglichkeit Ionen zu binden verstärkt.

Die Infiltration der Polymermatrix mit verschiedenen Metallsalzlösungen (FeCl2, FeCl3, Nd(CH3CO2)3, NdCl3, Nd(NO3)3, Eu(NO3)3, La(NO3)3 in Methanol, Wasser und Acetonitril und die darauffolgende Hydrolyse dieser Ionen führte zur Bildung von Nanopartikeln, wie z.B. zu FeO Nanopartikeln oder zu verschiedenen Lanthanid basierten Nanopartikeln (z. B. La(OH)3). Die europiumdotierten Nanokomposite sind Raumtemperaturemitter und zeigen einen Energietransfer von der Matrix zu den Eu Niveaus. Die Polymermatrix ermöglichte eine Steuerung der Nanostrukturen und es konnten abhängig vom Matrixmaterial Nanostäbchen oder -partikel erhalten werden. Durch thermische Zersetzung von Co-Carbonyl konnten ferromagnetische Nanopartikel in der vernetzen Matrix erzeugt werden. Die resultierenden Polymere wiesen mechanische Stabilität und ferromagnetisches Verhalten auf. Weiters dienten vorhandene Si-H-Gruppen der Reduktion von HAuCl4 zur Bildung von roten Gold Nanopartikeln, die durch die Einbettung in das vernetzte Polymer vor Agglomeration geschützt wurden.

Zusammenfassung (Englisch)

Hybrid polymeric matrices were prepared applying poly(ethylene oxide) (PEO) crosslinked polysiloxanes as matrix for the preparation of metal or metal hydroxide nanoparticles or nanorods. A special focus was put on the preparation of luminescent nanocomposites using lanthanide compounds.

The linear polysiloxanes applied (poly(methylhydrosiloxane), poly(dimethylsiloxane)-co-poly(methylhydrosiloxane)), which feature a low Tg and high thermal stability, were crosslinked by Pt-catalyzed hydrosilation reactions with end-functionalized PEO to achieve a polymer with hydrophilic coordination sites which are able to bind metal ions and allow a subsequent in situ formation of nanoparticles. The host matrix can be tuned in terms of swellability and hydrophilicity by systematic variation of the PEO chain length and the ratios between the PEO and polysiloxane segments. It was shown by structural investigations with small angle X-ray scattering that the properties of the resulting material strongly depend on the applied polysiloxane backbone. The hydrophilic PEO moieties allowed an interaction with metal ions and a size-limited in situ formation of nanoparticles. The matrix was furthermore tailored by oligoethers, phosphonic acid esters and acetoacetates to increase the ion binding ability.

Infiltration of the polymer matrix with solutions of various metal salts (FeCl2, FeCl3, Nd(CH3CO2)3, NdCl3, Nd(NO3)3, Eu(NO3)3, La(NO3)3) in methanol, water or acetonitrile and the subsequent hydrolysis of these ions created nanoparticles inside of the polymer matrix such as FeO nanoparticles or different lanthanide based nanoparticles e.g.: La(OH)3.

The Eu-doped nanocomposites exhibited room temperature emission and an energy transfer from the host material to the Eu-levels. The host matrix further was able to direct the structure development, resulting in either nanorods or -particles dependent on the polymer matrix.

The thermal decomposition of cobalt carbonyl led to ferromagnetic cobalt particles formed inside the crosslinked hybrid polymer. Mechanically stable and flexible polymers with ferromagnetic properties were obtained.

Furthermore, unreacted Si-H backbone groups of crosslinked polysiloxane chains served as reducing agents for HAuCl4 leading to red colored gold nanoparticles in the matrix, protected from agglomeration due to stabilization by the crosslinked polymer.