Das Phasenverhalten von Polystyrolsulfonat und Polyacrylat in Gegenwart ausgewählter multivalenter Kationen

Bachelor Thesis , 2018 , 49 Pages , Grade: 1,3

Chemistry - Physical and Theoretical Chemistry

In der vorliegenden Arbeit wird das Phasenverhalten von PA und PSS in Anwesenheit von Ba2+- und Ca2+-Kationen, im Hinblick auf das Auftreten eines Salting-In Phänomens und einer unteren Fällungsschwelle, untersucht. Die Phasendiagramme für die genannten Systeme werden mit Hilfe von Verdünnungsreihen und visueller Inspektion aufgenommen. Dabei soll zum einen die kritische Kationenkonzentration der Fällungsschwelle und zum anderen das Vorliegen einer Reentrant-Phase erforscht werden. Polyelektrolyte (PE) sind elektrisch geladene, wasserlösliche Makromoleküle. In wässrigen Lösungen dissoziieren Polyelektrolyte in makromolekulare Polyionen und entsprechende Gegenionen. Polyelektrolyte werden allgemein in drei verschiedene Gruppen eingeteilt: Negativ geladene Polyanionen, positiv geladene Polykationen und Polyampholyte, welche sowohl anionische als auch kationische Gruppen tragen.

Beispiele für natürlich vorkommende Polyelektrolyte sind eine Vielzahl von Biopolymeren. Polyelektrolytlösungen sind allgegenwärtig und werden technologisch unter anderem in Kosmetika, in der Abwasserbehandlung und in der pharmazeutischen Industrie angewendet. Das Verständnis des Lösungsverhaltens von Polyelektrolyten in wässrigen Lösungen ist für die Erklärung der Funktion von Biopolymeren in lebenden Systemen von essentieller Bedeutung. Das Verhalten von Polyacrylat (PA) und Polystyrolsulfonat (PSS) in Lösung ist schon lange Gegenstand der Forschung. Besonders das Verhalten von Polyacrylat wurde in vielen Publikationen mittels Lichtstreuung analysiert. Beide zählen zu der Gruppe der Polyanionen und werden beispielsweise als Superabsorber (PA) oder als Ionenaustauscher in pharmazeutischen Produkten (PSS) angewendet.

In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, ob ein Zusammenhang zwischen Wärmetönung beim Lösungsvorgang und dem Verlauf des Phasendiagramms T/[A-] besteht. Konkret ist die Frage zu beantworten, ob ein exothermer Lösungsvorgang in einem UCST und ein endothermer Lösungsvorgang in einer unteren kritischen Lösungstemperatur (engl. Lower Critical Solution Temperature, LCSP) resultiert. Dazu werden die Phasendiagramme T gegen [A-] für die Systeme Ba2+/PSS, Al3+/PSS+, Ba2+/PA und Ca2+/PA bei unterschiedlichen Kationenkonzentrationen aufgenommen. Zur Aufnahme der Phasendiagramme werden die Proben in ein Thermostat oder Eisbad eingebracht und der Phasenübergang durch visuelle Analyse in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmt.

Inhaltsverzeichnis

1 Motivation und Zielsetzung

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Flory-Huggins Theorie
2.2 Stand der Forschung: Polyelektrolyte in Lösung
2.2.1 Das Phasenverhalten von Polyelektrolyten
2.2.2 Der Einfluss eines Inertsalzes auf das Phasenverhalten

3 Ergebnisse und Auswertung
3.1 Phasendiagramme [M2+]/[A-]
3.1.1 Phasendiagramm: NaPSS in der Gegenwart von Ba2+
3.1.2 Phasendiagramm: NaPA in der Gegenwart von Ba2+
3.1.3 Phasendiagramm: NaPSS in der Gegenwart von Ca2+
3.1.4 Phasendiagramm: NaPA in der Gegenwart von Ca2+
3.1.5 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse
3.2 Phasendiagramme T/[A-]
3.2.1 Phasendiagramm: NaPSS in der Gegenwart von Ba2+
3.2.2 Phasendiagramm: NaPA in der Gegenwart von Ba2+
3.2.3 Phasendiagramm: NaPSS in der Gegenwart von Al3+
3.2.4 Phasendiagramm: NaPA in der Gegenwart von Ca2+
3.2.5 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse

4 Ausblick

5 Experimenteller Teil
5.1 Chemikalien
5.1.1 Trocknung der Natriumpolyacrylat Proben
5.2 Aufnahme der Phasendiagramme [M2+] / [A-]
5.2.1 PSS und PA in Gegenwart von Ba2+-Kationen
5.2.2 PSS in Gegenwart von Ba2+-Kationen bei [I] = 0,05 M / 0,1 M / 0,5 M
5.2.3 PSS und PA in Gegenwart von Ca2+-Kationen
5.3 Aufnahme der Phasendiagramme T/[A-]
5.3.1 T/[PSS] in Gegenwart von Ba2+-Kationen
5.3.2 T/ PSS] in Gegenwart von Ba2+-Kationen in [NaCl] = 0,1 M
5.3.3 T/[PA] in Gegenwart von Ba2+-Kationen
5.3.4 T/[PSS] in Gegenwart von Al3+-Kationen
5.3.5 T/[PA] in Gegenwart von Ca2+-Kationen

Abkürzungsverzeichnis

Literaturverzeichni

Anhang

• College: University of Paderborn
• Grade: 1,3
• Author: Jonas Simon (Author)
• Publication Year: 2018
• Pages: 49
• Catalog Number: V457848
• ISBN (eBook): 9783668896031
• ISBN (Book): 9783668896048
• Language: German
• Tags: phasenverhalten, polystyrolsulfonat, polyacrylat, gegenwart, kationen