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Bibliographic Metadata

Title
Investigations on polystyrene sulfonates and polyacrylates in the presence of specifically interacting cations / von Markus Hansch, M.Sc. ; [1. Gutachter: Prof. Dr. Klaus Huber, 2. Gutachter: Prof. Dr. Wolfgang Bremser]
AuthorHansch, Markus
ParticipantsHuber, Klaus ; Bremser, Wolfgang
PublishedPaderborn, 2017
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (VIII, 122 Seiten) : Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2017
Annotation
Tag der Verteidigung: 27.04.2017
Defended on2017-04-27
LanguageEnglish
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-28596 
DOI10.17619/UNIPB/1-111 
Files
Investigations on polystyrene sulfonates and polyacrylates in the presence of specifically interacting cations [11.48 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit werden die Wechselwirkungen zwischen Polyelektrolyten (PE) und spezifisch wechselwirkenden Kationen (SIC) in verdünnter wässriger Lösung mit unterschiedlichen Streumethoden und der isothermalen Titrationskalorimetrie (ITC) untersucht. Der Fokus liegt auf der Kombination Al3+-Polystyrolsulfonat (AlPSS) und Ba2+-Polystyrolsulfonat (BaPSS).Es konnte gezeigt werden, dass das Phasendiagramm von Polystyrolsulfonat in Gegenwart von Al3+ eine Phasengrenze besitzt, die eine ansteigende kritische Al3+ Konzentration mit ansteigender Polymerkonzentration aufweist. Unterhalb der Phasengrenze sind die AlPSS Lösungen stabil, während oberhalb der Phasengrenze eine Fällung der Ketten auftritt. Das Phasendiagramm von Polystyrolsulfonat mit Ba2+ weist ebenfalls einen stabilen Bereich bei niedrigen und einen instabilen Bereich bei hohen Ba2+ Konzentrationen auf, die über eine Phasengrenze mit einem ungewöhnlichen horizontalen Verlauf voneinander getrennt sind. Bei beiden Kombinationen kommt es mit zunehmender Al3+ und Ba2+ Konzentration zu einer Schrumpfung der PSS Ketten, wobei im Fall von AlPSS die Struktur bis kurz vor der Phasengrenze knäuelartig bleibt, während im Falle von BaPSS die Ketten kompakter werden, ohne aber zu einer kompakten Kugel zu kollabieren. In beiden Fällen führt eine Einführung oder die Konzentrationserhöhung eines Inertsalzes zu einer Verschiebung der Phasengrenzen zu höheren SIC Konzentrationen. ITC Messungen an verschiedenen SIC-PE Kombinationen zeigen, dass in nahezu allen untersuchten Kombinationen die Anbindung der SIC an das Polymer entropiegetrieben ist. Lediglich im Fall von BaPSS kann von einer exothermen Anbindung ausgegangen werden.Mit Hilfe der gewonnenen Resultate werden Vergleiche zu Studien gezogen, die mit SIC-Polyacrylaten Komplexen durchgeführt wurden.

Abstract (English)

Interactions between polyelectrolytes (PE) and specifically interacting cations (SIC) in dilute aqueous solutions were investigated in the present work by various scattering methods and isothermal titration calorimetry. The focus lies on the combination of Al3+-polystyrene sulfonate (AlPSS) and Ba2+-polystyrene sulfonate (BaPSS).It could be shown that the phase diagram of polystyrenesulfonate in the presence of Al3+ exhibits a phase boundary, which shows a linear correlation between the amount of salt necessary to precipitate the polyelectrolyte and the molar concentration of the negative residues of the polyelectrolyte. Below the threshold the AlPSS samples are stable, while precipitation of the AlPSS chains can be observed at states located beyond the threshold. The phase diagram of polystyrenesulfonate in the presence of Ba2+ exhibits also a stable regime at low barium and an instable regime at higher Ba2+ concentrations. Both regimes are separated from each other by an unusual horizontal threshold. In both combinations a shrinking of the PSS chains can be observed with an increasing concentration of Al3+ or Ba2+. The structure of AlPSS stays coil-like even at points close to the phase boundary, while the BaPSS chains become more compact, but without collapsing to a compact sphere. An implementation or an increase of an inert salt concentration, leads to a shift of the threshold to higher SIC concentrations. ITC measurements on various SIC-PE combinations underlines that the binding of the SICs to the PE is in nearly all cases, which were investigated, an entropically driven process. Just in case of BaPSS it can be concluded that the binding process is exothermic.The present results on AlPSS and BaPSS make available a detailed comparison with corresponding studies performed with complexes of SIC-polyacrylates.