Systemen die uit één supramoleculaire polymeer bestaan, worden goed begrepen, maar er is nog veel onbekend voor systemen waarbij meerdere supramoleculaire polymeren worden gecombineerd, zoals wat de lengte van de resulterende copolymeren beïnvloedt. Voor haar Ph.D. Onderzoek, Elisabeth Weyandt onderzocht hoe de lengte van deze copolymeren verandert. Weyandt verdedigde haar proefschrift op 17 september bij de afdeling Chemical Engineering &Chemistry.

In conventionele polymeren, zoals die worden gebruikt in kunststoffen, monomeren zijn met elkaar verbonden door covalente bindingen. Echter, in supramoleculaire polymeren zijn de zaken een beetje anders omdat monomeren zijn verbonden door een combinatie van zwakkere, niet-covalente bindingen zoals waterstofbinding of π-π-stapeling.

Supramoleculaire polymeersystemen met één component zijn goed begrepen, maar de overgang van systemen met één component naar systemen met meerdere componenten om functionele supramoleculaire materialen en systemen te verkrijgen, blijft een uitdaging. Bij het mengen van meerdere supramoleculaire componenten, de totale lengte wordt beïnvloed, wat op zijn beurt de materiaaleigenschappen beïnvloedt.

Een tweede supramoleculaire polymeer toevoegen

Voor haar Ph.D. Onderzoek, Weyandt onderzocht voor het eerst hoe het toevoegen van een tweede supramoleculaire polymeer de resulterende copolymeerlengte beïnvloedt. De tweede component kan een aantal effecten hebben. Eerst, het zou kunnen werken als een comonomeer dat de lengte vergroot. Tweede, het kan fungeren als een intercalator die tussen twee monomeren knijpt. Derde, het kan zich gedragen als een sekwestrator die een negatieve invloed heeft op afzonderlijke monomeren en het aantal beschikbare monomeren vermindert. Eindelijk, het kan fungeren als een keten-capper die het ketenuiteinde blokkeert en elke toename in lengte van het polymeer stopt.

In haar proefschrift Weyandt schetst de moeilijkheden bij het meten van de lengte van de dynamische polymeren, evenals het analyseren van de rol die het additief in het proces speelt. Een belangrijke bevinding van het onderzoek was dat de totale monomeerconcentratie een significante invloed heeft op hoe het tweede polymeer de lengte van het copolymeer regelt. Bij gebruik in hoge concentraties, het rendement is hoger dan bij lage concentraties, wat contra-intuïtief is, aangezien de samenstelling van monomeren precies hetzelfde is.

Lichte bestraling

Weyandt bestudeerde verschillende gevallen met supramoleculaire mengsels. In een geval, ze gebruikt een fotoschakelbaar additief, dat is een additief dat kan veranderen van een intercalator in een chain-capper door het met licht te bestralen. Het additief werd vervolgens terug veranderd in een intercalator door thermische relaxatie.

De niet-covalente bindingen gevormd tussen supramoleculaire monomeren geven aanleiding tot hun unieke, dynamische eigenschappen; maar brengen ook veel uitdagingen met zich mee bij het oplossen van het mechanisme achter deze veranderingen. Met het werk in haar proefschrift, Weyandt heeft het fundamentele begrip van supramoleculaire copolymeren en de subtiele balans van interacties die de structuurvorming in complexe, supramoleculaire systemen met meerdere componenten.