Lithiierung und anionische grafting-from-Polymerisation auf Siliciumdioxid-Nanopartikeln

Abstract

Auf dem Gebiet der Nanokompositmaterialien stellt die Pfropf-Polymerisation (häufig auch: grafting-from-Polymerisation) eine geläufige Methode dar, um Kern-Schale-Materialien zu erhalten. Insbesondere die anionische grafting-from-Polymerisation weist dabei vielversprechende Eigenschaften auf. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Arten der anionischen grafting-from-Polymerisation auf SiO2-Nanopartikeln durchgeführt. Es wurden Silica-Nanopartikel mit enger Größenverteilung und verschiedenen Durchmessern über einen Stöber-Prozess hergestellt und diese anschließend mit verschiedenen brom- und chlorhaltigen Silan-Kupplungsreagenzien modifiziert. Anschließend wurden die Auswirkungen diverser Lithiierungsreagenzien auf die Oberfläche von unfunktionalisierten und funktionalisierten Partikeln sowie Spherosilikaten als molekulares Modellsystem untersucht. Bei den halogenhaltigen Partikeln wurde dabei versucht, optimale Bedingungen für einen Metall-Halogen-Austausch zu erreichen. So hergestellte oberflächengebundene Carbanionen auf der Oberfläche der modifizierten Partikel wurden dann in einem nachfolgenden Schritt als Initiator für eine grafting-from-Polymerisation benutzt. Als Monomere wurden dabei Hexamethylcyclotrisiloxan und Styrol eingesetzt. Durch eine Kombination von benzylischen Halogenverbindungen und der Verwendung einer speziellen Lithiierungsmethode mit tert-Butyllithium konnte schließlich eine erfolgreiche anionische grafting-from-Polymerisation realisiert werden.

The grafting-from polymerization is a widely used method to generate nanocomposites, especially core-shell-materials. The anionic grafting-from polymerization in particular shows promise in the ways it can be used. In this work, the results of various anionic grafting-from polymerization experiments on SiO2 nanoparticles are discussed. Monodisperse SiO2 nanoparticles were synthesized via Stöber synthesis and the surface was modified with different silane coupling agents containing bromo- or chloroalkylgroups. In a second step, the effects of various lithiation reagents on the surface of functionalized and pristine silica nanoparticles were analyzed. Additionally, spherosilicates were investigated as a molecular model system for silica surfaces. The aim of these experiments was to implement an efficient metal-halogen interconversion reaction on the surface of functionalized nanoparticles containing halogen groups. The received immobilized carbanions on the surface of functionalized particles were used as an initiator in an anionic grafting-from polymerization of hexamethylcyclotrisiloxane and styrene. Via a combination of benzylic halogen compounds and the usage of tert-butyllithium under specific conditions, a successful anionic grafting-from polymerization was realized.