2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16632Synthetische Polymergele werden häufig auch als „intelligente“ Materialien bzw. Werkstoffe bezeichnet und sind in der Lage Konformationsänderungen durch äußere Stimuli zu erfahren. Insbesondere besteht bei Gelen durch die Zugabe von Nichtlösungsmitteln die Möglichkeit einer ausgeprägten, mitunter auch diskontinuierlichen Volumenverringerung. Einhergehend mit dem Bestreben nach einer sog. „Green Economy“ ergibt sich folgende Frage: Können biobasierte Gele die etablierten "intelligenten" erdölbasierten Gele ersetzen und darüber hinaus womöglich sogar neue Anwendungsfelder ermöglichen? Bis dato finden Lösungen und Gele auf der Basis von natürlichen Polymeren (Polysacchariden) hauptsächlich in der Lebensmittel-, der Kosmetik- und der Pharmaindustrie Einsatz. Das nun vorliegende Projekt verfolgt dabei zwei Ziele: i) Schaffung eines grundlegenden Verständnisses für die Phasenübergänge von Biogelen in Nicht-Lösungsmitteln und deren Mischungen; ii) dieses Wissen für die Entwicklung von Bio-Aerogelen und neuartigen, auf Biogelen basierenden, reaktionsfähigen Materialien (Sensoren) mit kontrollierter Struktur und Eigenschaften zu nutzen. Die unlängst entdeckten Bio-Aerogele stellen offenporige Festkörpernetzwerke mit hoher Porosität (= 90%), hoher spezifischer Oberfläche (mindestens einige hundert m2/g) dar und sind zugleich nanostrukturiert (hauptsächlich mesoporös). Bio-Aerogele entstehen durch Polymerauflösung, Lösungsgelierung, einem Lösungsmittelaustausch sowie einer nachfolgenden Trocknung mittels überkritischem CO2. Der Lösungsmittelaustausch stellt dabei den entscheidenden Arbeitsschritt bei der kotrollierten Strukturherstellung von Bio-Aerogelen dar. Zur Herstellung „intelligenter“ Biomaterialien mit der Eigenschaft auf äußere Einflüsse reagieren zu können, bedarf es einer hohen Sensitivität gegenüber geringfügiger Änderungen der Lösungsmittel-, sowie der Nichtlösungsmittel-Zusammensetzungen. Die thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften von Biogelen in einem Nicht-Lösungsmittel Gemisch sind daher das Schlüsselelement, das es gilt sowohl experimentell zu untersuchen als auch mit thermodynamischen Methoden zu quantifizieren.Synthetic polymer gels are known as «intelligent» materials able to undergo conformation changes in response to external inputs. In the view of transition to bio-based economy, we are asking: can bio-based gels replace “intelligent” petrol-based ones and even suggest new applications? The goal of this project is two-fold: i) to provide a fundamental understanding of bio-gels’ phase transitions in non-solvents and ii) to use this knowledge for the development of bio-aerogels and of novel bio-gel based sensors. Bio-aerogels are recently discovered nanostructured open-pores solid networks with high porosity and high specific surface area. They are made via polymer dissolution, solution gelation followed by solvent exchange and drying with supercritical CO2. Solvent exchange is a key step controlling formation of bio-aerogel structure. For making stimuli-responsive smart bio-materials, high sensitivity towards small changes in the solvent/non-solvent composition is required. Thermodynamics and kinetics of bio-gel behaviour in a non-solvent are thus the key questions that will be studied experimentally and quantified using thermodynamic methods.