 |
Nano-kompartmentalizált polimeres ionos folyadékok mint egy új anyagi platform reszponzív makromolekuláris rendszerek létrehozására
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
116252 |
| típus |
NN |
| Vezető kutató |
Iván Béla |
| magyar cím |
Nano-kompartmentalizált polimeres ionos folyadékok mint egy új anyagi platform reszponzív makromolekuláris rendszerek létrehozására |
| Angol cím |
Nano-Compartmentalized Polymeric Ionic Liquids as a New Material Platform for Tailoring Responsive Macromolecular Systems |
| magyar kulcsszavak |
nano-kompartmentalizáció, polimeres ionos folyadékok, reszponzív makromolekulák |
| angol kulcsszavak |
nano-compartmentalization, polymeric ionic liquids, responsive macromolecules |
| megadott besorolás |
| Makromolekuláris kémia és anyagtudomány (szerves kémiai) (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 70 % | | Ortelius tudományág: Polimerkémia | | Kolloidkémia (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 30 % |
|
| zsűri |
Kémia 2 |
| Kutatóhely |
Anyag- és Környezetkémiai Intézet (HUN-REN Természettudományi Kutatóközpont) |
| résztvevők |
Pásztói Balázs
Stumphauser Tímea
Szabó Ákos
Szarka Györgyi Éva
|
| projekt kezdete |
2015-04-01 |
| projekt vége |
2018-10-31 |
| aktuális összeg (MFt) |
35.400 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
6.20 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az intelligens, reszponzív nanoszerkezetű polimer alapú funkcionális anyagok világszerte a jelenlegi kutatások középpontjában állnak, köszönhetően az ilyen, külső hatásokra érzékeny makromolekuláris szerkezetek változatos és különleges alkalmazási területeinek. Az általunk javasolt kutatási terv micellaszerű topológiával rendelkező, nanoszerkezetű polimer alapú ionos folyadékok egy új típusának előállítását, szerkezet-tulajdonság vizsgálatainak és alkalmazásainak felderítését célozza meg. Hidrofób, folyékony poliizobutilének (PIB) és hőmérsékletérzékeny polioxazolinok (POX) felhasználásával egyedi, kémiailag és fizikailag is stabil nanoszerkezetek előállítását tervezzük, ezáltal lehetővé téve a polaritás, valamint az oldhatóság és a kompatibilitás termikus befolyásolását. A nano-kompartmentalizált polimer alapú ionos folyadékok (NCPIL) ezen új típusa jelentős kihívást jelent a nagy elágazottsági fokú polielektrolitok létrehozásában. Eltérően a hagyományos micelláktól, az NCPIL-ek ellenállnak a nyíróerőnek és a magas hőmérsékletnek, ezáltal ígéretes feldolgozási és alkalmazási lehetőségeket kínálnak. Az NCPIL-ek intelligens anyagokként egyes alkalmazásokhoz is tervezhetők, mint öngyógyuló elasztomer/NCPIL nanokompozitok és egyedi "molekuláris szállítók", melyek lehetővé teszik a katalitikusan aktív nanorészecskék reverzibilis fázistranszferjét. A vezető kutatók egymást kiegészítő tudományos háttere, a meglévő szaktudás, tapasztalatok, valamint új, úttörő kutatásaik és közelmúltbeli sikeres együttműködéseik a polimer anyagok más területein, valamint a résztvevő partner laboratóriumok kiegészülő infrastruktúrája szilárd alapot nyújtanak a gyümölcsöző együttműködéshez.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Figyelembe véve az NCPIL-ekkel kapcsolatos tudományos ismeretek hiányosságait, továbbá az alkalmazásukban rejlő lehetőségeket, ennek a kutatási projektnek a célja a szintetikus utak feltérképezése, a szerkezet-tulajdonság összefüggések vizsgálata, a poliizobutilén (PIB) és polioxazolin (POX) szegmenseket tartalmazó új polimer alapú polielektrolit szerkezetek alkalmazása, valamint a micellaszerű topológia és az intelligens hőmérsékletérzékeny viselkedés bemutatása. Tekintettel a gyorsan fejlődő és bővülő lineáris PIL-ek családjára, az általunk javasolt NCPIL megközelítés a monomolekuláris micellaszerű topológia elérésére sokkal szélesebb, azonban még feltáratlan lehetőségeket kínál, köszönhetően a kémiai összetétel és a nanométeres mérettartománybeli terek átmérőjének változtatásával elérhető hangolási lehetőségeknek, valamint a hordozókként, nanoreaktorokként, katalizátorokként és polimer adalékanyagokként való alkalmazhatóságuknak.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A javasolt kutatás legnagyobb jelentősége az izobutilén és egyes 1,3-oxazolinok élő kationos polimerizációjával előállított és jól definiált polimer szerkezetek legújabb eredményeinek felhasználásával, egy NCPIL molekuláris eszköztár kifejlesztésében van. Míg az alacsony viszkozitásért és üvegesedési hőmérsékletért (~-70 °C), illetve a kémiai stabilitásért a PIB szegmensek felelősek, a hiperelágazásos kationos polielektrolitokba épített POX szegmensek lehetővé teszik a polaritás termikus befolyásolását és vízzel, különféle szerves oldószerekkel, valamint polimerekkel történő elegyítést. Elméletileg lehetséges a POX tulajdonságainak, mint például hőmérsékletérzékeny viselkedésének és a PIB micellaképzés és polimer feldolgozás során mutatott jelegzetességeinek kombinálása, ami ezáltal egyedülálló előnyt jelenthetne az alkalmazott polimer rendszerek egy nagy számával szemben. A mai napig azonban nagyon kevés ismeretanyag lelhető fel az ilyen elágazó, micellaszerű polimer alapú polielektrolitok kémiájával, tulajdonságaival és alkalmazásaival kapcsolatban. A kutatás célja ezen újszerű makromolekuláris szerkezetek vizsgálata.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A 21. századra valószínűsített ipari forradalom, mely várhatóan a fenntartható gazdaság alapját fogja biztosítani, feltételezhetően elsősorban a nanotudományok fejlődésében fog megmutatkozni, különösen a multidiszciplináris területeken, ide értve a kémiát, a fizikát, az anyagtudományt, a mérnöki tudományokat, a biológiát és az orvostudományt. Ehhez az egyedi alkalmazások széles választékához szükséges tulajdonságokkal felruházott és pontosan definiált nanoszerkezetű funkcionális anyagok tervezésére van szükség. Ezen funkcionális anyagok között a két- és többkomponensű makromolekuláris szerkezetek minden bizonnyal jelentős szerepet játszanak majd, köszönhetően nagy szerkezeti változatosságuknak, önrendeződő képességüknek és elsősorban a specifikus funkciókkal rendelkező nanométeres mérettartománybeli makromolekulák és nanoszerkezetű polimer rendszerek lehetséges kialakításának. Az elmúlt években egy ezidáig példa nélkülinek számító és gyorsan növekvő érdeklődés figyelhető meg a külső ingerekre is reagáló makromolekuláris szerkezetek iránt. A Magyar Tudományos Akadémia Természettudományi Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézet Polimer Kémiai Csoportjának (MTA TTK AKI) (Prof. Iván Béla) és a Freiburgi Anyagkutató Központnak (FMF), illetve a Freiburgi Egyetemnek (Prof. Rolf Mülhaupt) az együttműködésén alapuló közös kutatási projekt tervezett célja a nanométeres mérettartományba eső és micellaszerű makromolekuláris szerkezettel rendelkező ("unimolekuláris") micellák új, külső ingerekre is érzékeny polielektrolitok szintézise, valamint a szerkezet-tulajdonság kapcsolat felderítése céljából végzett alapvető kutatások kivitelezése.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Nanostructured, polymer-based functional materials with smart, responsive characteristics are in the focus of current research worldwide, owing to the broad spectrum of expected specialty applications of such stimuli-responsive macromolecular assemblies. Our proposed joint research effort aims at the synthesis, structure-property investigations and applications of a new type of nanostructured polymer ionic liquids with micelle-like topologies. We plan to create unique chemically and physically stable nanostructures by joining together hydrophobic liquid polyisobutylenes (PIB) and thermoresponsive polyoxazolines (POX), thus enabling nanostructure formation as well as thermal switching of polarity, solubility and polymer compatibility. This new type of nano-compartmentalized polymeric ionic liquids (NCPIL) requires challenging tailoring of highly branched segmented polyelectrolytes. Unlike conventional micelles, NCPILs are shear and temperature stable, thus offering attractive opportunities for their applications in reaction engineering and even as additive in polymer melt processing. Moreover, NCPILs will also be tailored for applications as smart materials such as self-healing elastomer/NCPIL nanocomposites and unique “molecular shuttles”, enabling reversible phase transfer of catalytically active nanoparticles. The complementary scientific backgrounds, skills, experiences and the new frontier research track records of the principal investigators, their recent successful cooperation in another field of polymeric materials and the complementary infrastructure of the participating partner laboratories provide a strong basis for a fruitful collaboration.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Considering the lack of the existence and scientific knowledge, and moreover the application perspectives of nano-compartmentalized polymeric ionic liquids (NCPIL), this research project aims at investigating the synthetic pathways, structure-property relationships and applications of novel polymeric electrolyte architectures, containing polyisobutylene (PIB) and polyoxazoline (POX) segments and exhibiting micelle-like topology and smart thermoresponsive behavior. With respect to the rapidly emerging and expanding family of linear PILs, our proposed NCPIL approach towards monomolecular micelle topology offers much broader but yet unexplored opportunities, since they can be tuned to vary both the chemical composition, the diameter of the nanometer-scaled compartments and can be applied as transporters, nanoreactors, catalysts, and even polymer additives.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The major importance of the proposed research is the development of a NCPIL molecular tool box by exploiting recent advances in the field of well-defined polymer architextures prepared by living cationic polymerization of isobutylene and selected 1,3-oxazolines. While PIB segments account for low viscosity, low glass transition temperature (~–70 °C) and chemical stability, POX segments, incorporated into hyperbranched cationic polyelectrolytes, enable thermal switching of polarity and miscibility with water and various organic solvents and even polymers. In principle, it is possible to combine the properties of POX, such as thermoresponsivenes, and PIB with those typical for micelles and polymer processing, which thus would provide a unique advantage over a large number of exploited polymer systems. However, to date, very little knowledge exists in relation to the chemistry, properties and applications of such branched micelle-like polymer electrolytes. This research aims at exploring such new macromolecular assemblies.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The projected industrial revolution in the 21st century, which is expected to provide the basis of sustainable economy, is envisioned to be based primarily on the advances in nanosciences, especially in multidisciplinary areas involving chemistry, physics, materials science, engineering, biology and medicine. This requires well-defined tailored nanostructured functional materials with desired properties for a large variety of specific applications. Among these functional materials, bi- and multicomponent macromolecular architectures will definitely play a significant role owing to their broad structural variability, self-assembly, and mainly to the possibilities of creating nanometer-scaled macromolecules and nanostructured polymer objects endowed with specific functions. Inspired by Nature, passive materials are rendered stimuli-responsive and adaptive. Hence, during recent years, there is an unprecedented, rapidly expanding interest in such stimuli-responsive macromolecular structures. The planned collaborative joint research project between the Polymer Chemistry Group, Institute of Materials and Environmental Chemistry, Research Centre for Natural Sciences, Hungarian Academy of Sciences (IMEC RCNS HAS) (Prof. Béla Iván) and the Freiburg Materials Research Center (FMF), University of Freiburg (Prof. Rolf Mülhaupt) aims at carrying out fundamental research on the synthesis and structure-property relationship of novel micelle-like and stimulus-responsive fluid compartmentalized cascade polymer electrolytes with nanometer dimensions and micelle-like macromolecular architectures (“unimolecular micelles”).
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| Balázs Pásztói, Ákos Szabó, Tobias Trötschler, Benjamin Kerscher, Béla Iván, Rolf Mülhaupt: Endfunctional polyisobutylenes as building blocks of multicomponent macromolecular assemblies, Macromolecular Chemistry and Physics, 218, F19, 2017 | | Pásztói Balázs, Iván Béla: Funkciós polimereken alapuló új típusú ionos makromolekulák előállítása, MTA Műanyag és Természetes Polimerek Munkabizottsági Ülés, Program, 2016 | | Balázs Pásztói, György Kasza, Ákos Szabó, Béla Iván: Synthesis of novel type of functional macromolecules by quasiliving polymerization and subsequent modifications, Proceedings, World Congress on Living Polymerizations and Polymers, Budapest, May 29 - June 3, 2016, 2016 | | Balázs Pásztói, György Kasza, Ákos Szabó, Béla Iván: Synthesis of novel type of functional macromolecules by quasiliving polymerization and subsequent modifications, Proceedings, International Conference on Polymer Science & Engineering, New Orleans (USA), August 22-24, 2016, 2016 | | Béla Iván, Csaba Fodor, Márton Haraszti, Gergely Kali, Péter Mezey, Tímea Stumphauser, Ákos Szabó, Bence Varga, Ralf Thomann, Yi Thomann, Rolf Mülhaupt: Nanostructured amphiphilic polymer conetworks as nanoreactors and their nanohybrids for biomaterials and nanocatalysis, Proceedings, International Conference on Nanostructured Polymers and Nanocomposites, Rome, September 19-21, 2016, 2016 | | Béla Iván, Csaba Fodor, Márton Haraszti, Gergely Kali, Péter Mezey, Tímea Stumphauser, Ákos Szabó, Bence Varga, Ralf Thomann, Yi Thomann, Rolf Mülhaupt: Nanostructured bicontinuous amphiphilic conetworks as a new material platform for intelligent gels and nanohybrids, Proceedings, Warwick Polymer Conference, Warwick (Great Britain), July 11-14, 2016, 2016 | | Balázs Pásztói, Tobias M Trötschler, Ákos Szabó, Benjamin Kerscher, Heikki Tenhu, Rolf Mülhaupt, Béla Iván: Synthesis, characterization and thermoresponsive behavior of hydrophobically modified poly(2-ethyl-2-oxazoline)s, Proceedings, 17th Polymers and Organic Chemistry Conference, Montpellier (France), June 3-7, 2018, p. 38., 2018 | | Balázs Pásztói, Ákos Szabó, Tobias Trötschler, Benjamin Kerscher, Béla Iván, Rolf Mülhaupt: Endfunctional polyisobutylenes as building blocks of multicomponent macromolecular assemblies, Macromolecular Chemistry and Physics, 218, F19, 2017 | | Steffen Wiedmann, Tobias Trötschler, Manuel Luitz, Marcel Werner, Saskia Gröer, Balázs Pásztói, Ákos Szabó, Benjamin Kerscher, Jean-Francois Lutz, Béla Iván, Rolf Mülhaupt: Thermoresponsive Micelle-inspired Polymer Ionic Liquids as Compartmentalized Nanosystems and Molecular Shuttles, Proceedings, Macromolecular Colloquium, Freiburg, February 20-22, 2019, 2019 | | Benjamin Kerscher, Tobias M. Trötschler, Balázs Pásztói, Saskia Gröer, Ákos Szabó, Béla Iván, Rolf Mülhaupt: Thermoresponsive Polymer Ionic Liquids and Nanostructured Hydrogels Based upon Amphiphilic Polyisobutylene-b-poly(2-ethyl-2-oxazoline) Diblock Copolymers, MACROMOLECULES 52: pp. 3306-3318, 2019 | | Balázs Pásztói, Tobias M. Trötschler, Ákos Szabó, Benjamin Kerscher, Heikki Tenhu, Rolf Mülhaupt, Béla Iván: Synthesis, characterization and thermoresponsive behaviour of hydrophobically modified poly(2-ethyl-2-oxazoline)s, Proceedings, 8th International Conference on Polymer Science and Engineering, Las Vegas, Nevada, USA, October 15-16, 2018, p. 32, 2018 | | Balázs Pásztói, Tobias M. Trötschler, Ákos Szabó, Benjamin Kerscher, Heikki Tenhu, Rolf Mülhaupt, Béla Iván: Synthesis, characterization and thermoresponsive behaviour of hydrophobically modified poly(2-ethyl-2-oxazoline)s, Proceedings, 13th International Conference on Advanced Polymers via Macromolecular Engineering, Stellenbosch, South Africa, April 15-18, 2019, p. 11, 2019 | | Balázs Pásztói, Tobias M. Trötschler, Ákos Szabó, Benjamin Kerscher, Levente Szántó, Valentin A. Bernauer, Barbara Heck, Christian Friedrich, Rolf Mülhaupt, Györgyi Szarka, Béla Iván: Self-assembling nanostructured polyisobutylenes with piperidinium and imidazolium ionic liquid end groups, Proceedings, The 16th Pacific Polymer Conference, Singapore, December 8-12, 2019, p. 227, 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
