Pfropfung funktioneller Monomere auf Polymermembranen

Abstract

Kommerziell erhältliche Ionenaustauscher basieren häufig auf funktionalisierten Cellulosemembranen, die mit CerIV und Glycidylmethacrylat (GMA) gepfropft und anschließend sulfoniert werden. Die Untersuchung dieser Polymerisation zeigte, dass während der Pfropfung eine Vernetzung des Polymers über die Epoxidfunktion des Monomers auftritt. Daher konnte keine direkte Analyse des entstandenen Hydrogels durchgeführt werden und es wurde stattdessen Methylmethacrylat (MMA) auf der Oberfläche polymerisiert. Nach Entwicklung eines geeigneten Verfahrens zur Zersetzung der Membranen und Isolierung des Pfropfpolymers konnte dieses mit Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) analysiert werden. Zusätzlich wurden Polymerisationen auf nicht-porösem Cellophan durchgeführt und die erhaltenen Proben mittels Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das gepfropfte PMMA einen Polymerisationsgrad von 2100 und eine Dichte von 0,45 Ketten pro nm2 auf der Oberfläche hat. Wird die gleiche Anzahl an Polymeren auch für Pfropfung mit PGMA angenommen und mit dem Pfropfgrad verglichen, ergibt sich damit unter Vernachlässigung der Vernetzung ein Polymerisationsgrad von etwa 800. Es konnte gezeigt werden, dass die für die Pfropfung verwendete Emulsion unter anderem aus Tröpfchen besteht, deren Größe mit der der Poren der Membran übereinstimmt. Dennoch treten bei der Polymerisation keine Ausschlusseffekte auf und die Größenverteilung der Emulsionspartikel stellt sich auch nach Filtration zügig wieder ein. Zusätzlich wurde eine Methode der Atom-Transfer radikalischen Polymerisation (ATRP) auf mikroporösen Membranen entwickelt und eingesetzt, um gezielt bestimmte Eigenschaften des Hydrogels zu variieren. Bei Versuchen mit MMA wurde der reversibel deaktivierte Charakter unter den verwendeten Bedingungen untersucht und nachgewiesen. Die verwendete Methode erlaubt, die Kettenanzahl und –länge separat voneinander einzustellen, sodass der Einfluss dieser Größen auf die Eigenschaften des resultierenden Membranadsorbers gezielt untersucht werden konnte. Es zeigte sich, dass die Dichte der Ketten einen komplexen Einfluss sowohl auf die Permeabilität als auch auf die Bindungskapazität des Ionentauschers hat. Der Einfluss der Kettenlänge ist dagegen weniger subtil und entspricht den Erwartungen. Aus den gewonnenen Daten wurde ein Modell für die Bindung von Proteinen an der gepfropften Oberfläche des Austauschers entwickelt und daraus die Kettenlänge und –dichte des Hydrogels abgeschätzt und mit alternativen Methoden verglichen.