@phdthesis{Kocic2014,
  author    = {Kocic, Nikola},
  title     = {Bestimmung des Keimbildungsexponenten f{\"u}r die Kristallisation von Polymeren durch nicht-isotherme DSC-Analysen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-113950},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Thermoplastische Kunststoffe (sog. Thermoplaste) lassen sich in einem be-stimmten Temperaturbereich beliebig oft schmelzen und in einer gew{\"u}nschten Form erstarren. Grundvoraussetzung f{\"u}r eine bestimmte Anwendung eines thermoplastischen Bauteils sind die Gebrauchseigenschaften des Materials, die im Wesentlichen vom Ablauf der Erstarrung abh{\"a}ngen. Die Molek{\"u}le einiger Thermoplaste k{\"o}nnen bei der Erstarrung geordnete kristalline Bereiche bilden. Dies sind die sog. teilkristallinen Kunststoffe, deren Erstarrungsprozess Kristallisation genannt wird. Die dabei entstehenden Kristallstrukturen werden zusammen mit deren Charakteristiken allgemein als Morphologie der teilkristallinen Kunststoffe bezeichnet. Die Morphologie hat einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften des Materials. Dementsprechend stellen Kenntnisse {\"u}ber die Kristallisation eine wertvolle Hilfe bei der Vorhersage der Gebrauchseigenschaften eines teilkristallinen Kunststoffs dar. Um die Kristallisation zu starten, muss zun{\"a}chst eine Energiebarriere {\"u}berwunden werden, die an erster Stelle vom molekularen Aufbau des Kunststoffs abh{\"a}ngt. Somit weisen beispielsweise Kunststoffe mit linearen, regelm{\"a}ßigen Molek{\"u}len und kleinen Seitengruppen eine niedrigere Energiebarriere und aus diesem Grund eine starke Neigung zur Kristallisation auf. Einige Zusatzstoffe wie z. B. unterschiedliche Additive, Farbstoffe oder F{\"u}llstoffe k{\"o}nnen die Energiebarriere und infolgedessen die Kristallisation eines teilkristallinen Kunststoffs wesentlich beeinflussen. Das Ziel dieser Dissertation war es, ein bestehendes Kristallisationsmodell zu erweitern und es an gef{\"u}llte oder additivmodifizierte teilkristalline Kunststoffe anzupassen. Das erweiterte Modell soll die Ermittlung eines Kristallisationspa-rameters, des sog. Keimbildungsexponenten, eines gef{\"u}llten oder additivmodifizierten teilkristallinen Kunststoffs bei der nicht-isothermen Kristallisation erm{\"o}glichen. Der Keimbildungsexponent ist mit der erw{\"a}hnten Energiebarriere eng verbunden und bestimmt somit den Ablauf des Kristallisationsprozesses bzw. die daraus folgende Morphologie. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeit lag darin, die vorgeschlagene Modellerweiterung bei verschiedenen Abk{\"u}hlgeschwindigkeiten zu {\"u}berpr{\"u}fen. Im Anschluss sollten die Beziehungen zwischen den berechneten Keimbildungsexponenten und experimentell ermittelten me-chanischen Eigenschaften (E-Modul, Streckspannung und Schlagz{\"a}higkeit) {\"u}berpr{\"u}ft werden. F{\"u}r die Untersuchungen wurden drei verschiedene Polymersysteme verwendet: PP / Talkum, HDPE / Talkum sowie PA6 / Bentonit. Hierbei weist der F{\"u}llstoff eine stark positive, schwach positive bzw. inhibierende Wirkung auf die Kristallisation der entsprechenden Polymermatrix auf. Hinsichtlich reiner Polymere wurde eine gute {\"U}bereinstimmung zwischen den ermittelten und Literaturwerten des Keimbildungsexponenten festgestellt. Die Zugabe von positiv wirkendem Talkum in PP bzw. HDPE f{\"u}hrt zu einer Abnah-me des Keimbildungsexponenten, was zu dickeren Kristallen des jeweiligen Kunststoffs f{\"u}hrte. Im Gegensatz dazu bewirkte die Bentonitzugabe einen zu-nehmenden Keimbildungsexponenten, was anschließend d{\"u}nnere PA6-Kristalle zur Folge hat. Die durchgef{\"u}hrten Untersuchungen zeigen außerdem, dass die F{\"u}llstoffpartikelgr{\"o}ße einen ausgepr{\"a}gten Einfluss auf den ermittelten Keimbildungsexponenten hat. Weiterhin wurde festgestellt, dass der ermittelte Keimbildungsexponent durch die (DSC)-Abk{\"u}hlgeschwindigkeit beeinflusst wird. Es wurde ferner gezeigt, dass sich dieser Einfluss ab einer bestimmten Abk{\"u}hlgeschwindigkeit (20 K/min im Falle des PP und HDPE bzw. 15 K/min im Falle des PA6) nicht mehr {\"a}ndert, was zu einem konstanten Keimbildungsexponenten f{\"u}hrt. Um den Einfluss der Abk{\"u}hlgeschwindigkeit auf die modellierte Gr{\"o}ße zu ber{\"u}cksichtigen, sind weitere Untersuchungen n{\"o}tig. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen weiterhin, dass der berechnete Keimbildungsexponent mit den experimentell ermittelten Werten f{\"u}r E-Modul, Streckspannung und Charpy-Schlagz{\"a}higkeit bei talkumgef{\"u}lltem PP gut korreliert. Solche Korrelationen wurden jedoch bei den HDPE- und PA6-Proben nicht gefunden. Der Grund hierf{\"u}r k{\"o}nnte eine ausgepr{\"a}gte Orientierung der HDPE-Makromolek{\"u}le bzw. ein starker mikromechanischer Effekt des exfolierten Bentonits sein. Diese Effekte konnten im Rahmen der Arbeiten best{\"a}tigt werden. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Mo-dellerweiterung auch bei gef{\"u}llten oder additivmodifizierten Kunststoffen zufriedenstellende Resultate liefert. Die entsprechende Berechnung erfordert dabei lediglich eine DSC-Messung, was im Vergleich zum Stand der Technik in einen niedrigeren Messaufwand resultiert. Die vorliegende Arbeit liefert daher einen signifikanten Beitrag zur Erstellung des Zusammenhangs zwischen der Kristallisation, der Morphologie und dem mechanischen Verhalten von teilkristallinen Polymeren.},
  subject      = {Kristallisation},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Stempka2011,
  author    = {Stempka, Martin},
  title     = {Expression und Reinigung der SARS-Coronavirus-M<sup>pro</sup> und deren Co-Kristallisation mit spezifischen Inhibitoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-57083},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Bei SARS („Schweres akutes respiratorisches Syndrom") handelt es sich um eine Infektionskrankheit des Menschen, welche im November 2002 erstmalig auftrat. Als Erreger dieser Krankheit wurde das SARS-assoziierte Coronavirus identifiziert. Dessen viruseigene Reproduktionsmaschinerie wird vor allem durch die katalytische Aktivit{\"a}t einer Cysteinprotease, der SARS-Coronavirus-Hauptprotease (SARS-CoV-Mpro), und die damit verbundene Prozessierung von viralen Polyproteinen, aufrechterhalten. Diese Schl{\"u}sselfunktion der SARS-CoV-Mpro macht sie zu einem vielversprechenden Zielobjekt bei der Entwicklung von spezifischen Inhibitoren f{\"u}r diese Protease, welche somit eine Vermehrung des Virus verhindern. In dieser Arbeit wurde die SARS-CoV-Mpro mit optimierten Methoden exprimiert und gereinigt. Mit der Methode der ESI-MS-Analyse konnte ein kovalentes, irreversibles Bindungsverhalten verschiedener Inhibitoren gezeigt werden und erstmals auch die Bindung von Fragmenten von Inhibitormolek{\"u}len an die Protease. So zeigten die SARS-CoV-Mpro-Inhibitoren MH211A und UK-VI-1g eine kovalente Bindung des kompletten Molek{\"u}ls pro Enzym-Monomer: {\"u}berraschenderweise hatten bis zu vier Molek{\"u}le MH211A bzw. zwei Molek{\"u}le UK-VI-1g an ein Proteasemolek{\"u}l gebunden. Die Bindung von UK-VI-1g an die Protease wurde an zwei Peptiden im Bereich von den Aminos{\"a}uren 62 bis 76 bzw. 280 bis 298 nachgewiesen, wobei beide nicht in der N{\"a}he der active site lokalisiert sind. Im Falle des Inhibitors Lit1 bindet der 2,6-Dinitro-4-trifluoromethyl-phenyl-Rest, bei TS48 das Zimts{\"a}ure-Thioester-Fragment kovalent an jedes Monomer im dimeren Enzym. Die SARS-CoV-Mpro wurde erstmals ohne Abtrennung des C-terminalen His-tag mit spezifischen Inhibitoren co-kristallisiert. Drei m{\"o}gliche Orientierungen des Inhibitors TS174 wurden in der active site der Protease identifiziert. Aufgrund der schwachen Elektronendichte des Inhibitors konnten diese nicht weiter untersucht werden. Das Iod-Isatin-Derivat IISBT wurde ebenfalls mit der SARS-CoV-Mpro zusammen co-kristallisiert und es konnte erstmalig eine kovalente Bindung eines Isatin-Derivats an die SARS-CoV-Mpro anhand einer R{\"o}ntgenstruktur klar gezeigt werden. Diese Struktur zeigte dann, dass fr{\"u}her ver{\"o}ffentlichte molekulare docking-Studien, die eine nicht-kovalente Bindung von IISBT und anderen Isatin-Derivaten veranschaulichen, nochmal {\"u}berdacht werden sollten. Basierend auf einer ESI-MS-Analyse und fr{\"u}heren Ergebnissen von MALDI- und Dialyse-Experimenten, kann man sicher annehmen, dass IISBT in einer kombinierten kovalent-reversiblen Art und Weise an die SARS-CoV-Mpro bindet.},
  subject      = {SARS},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Grassmann2003,
  author    = {Graßmann, Olaf},
  title     = {Biomimetische Materialabscheidung in funktionalisierten Hydrogelmatrices},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-6521},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {In Analogie zu nat{\"u}rlichen Proteinger{\"u}sten wurden poly-Acrylamid-Hydrogele mit polaren funktionellen Gruppen modifiziert, die in der Biomineralisation eine wichtige Rolle spielen. Durch gezielte Variation der Synthesebedingungen ist es m{\"o}glich, Art, Gehalt und r{\"a}umliche Anordnung der ionischen Funktionalit{\"a}ten in den Copolymernetzwerken einzustellen. Die Hydrogele wurden in einer Doppeldiffusionsanordnung zur Mineralisation von CaCO3 eingesetzt und die Ergebnisse mit Gelatinegel als nat{\"u}rlichem Reaktionsmedium verglichen. Entgegen der urspr{\"u}nglichen Erwartungen konnten in Gelatinegel keine Hinweise auf molekular-chemische Wechselwirkungen zwischen dem Proteinnetzwerk und den Mineralisationsprodukten nachgewiesen werden. Im Verlauf der Kristallisation wird die organische Matrix lediglich passiv inkorporiert. Allerdings bewirkt die heterogene Verteilung in den hantel{\"a}hnlichen Kompositpartikeln die Auff{\"a}cherung der Wachstumsfronten, so daß sich im Verlauf des Kristallwachstums eine Zwillingsstruktur der makroskopischen Produkte ausbildet. Der Netzwerkeffekt der organischen Matrix wird jedoch von dem lokalen chemischen Milieu in dem Gelk{\"o}rper {\"u}berlagert. Die {\"A}hnlichkeit der Produkte mit nat{\"u}rlichen Biomineralen weist darauf hin, daß auch Biomineralisationsprozesse lediglich Folge eines unspezifischen chemischen Milieus sein k{\"o}nnen. Deutliche Analogien zu nat{\"u}rlichen Biomineralisationsprodukten wurden bei der Materialabscheidung in unfunktionalisierten poly-Acrylamid-Hydrogelen beobachtet. Die oktaedrische Form der Mineralisationsprodukte ist untypisch f{\"u}r Calcit und kennzeichnet einen spezifischen Kristallisationsmechanismus. Obwohl die Aggregate aus zahlreichen rhomboedrischen Calcit-Bausteinen zusammengef{\"u}gt sind, weisen die makroskopischen Produkte eine gest{\"o}rte einkristalline Struktur auf. Das große Mosaik der R{\"o}ntgenbeugungsmaxima ist auf die Fehlorientierung koh{\"a}rent streuender Bereiche zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen wurde ein Aggregationsmodell postuliert: Die simultane orientierte Verwachsung rhomboedrischer Untereinheiten sowie das Fl{\"a}chenwachstum dieser Bausteine f{\"u}hrt zu der oktaedrischen Morphologie der Aggregate. Die prinzipielle Analogie der Mineralisationsprodukte mit vielen Biomineralen richtet den Blick auf die Frage, inwieweit alleine die physikalische Struktur extrazellul{\"a}rer Matrices eine wichtige Rolle bei der Biomineralisation spielt. Die Ergebnisse der Mineralisationsversuche in Sulfonat-funktionalisierten Hydrogelen untermauern den dominanten Effekt der Netzwerkstruktur. Die stark polaren funktionellen Gruppen modifizieren lediglich die Morphologie der Aggregate, f{\"u}hren aber nicht zu einer grundlegenden Ver{\"a}nderung der Nukleation und des Wachstumsmechanismus. Demgegen{\"u}ber zeigt sich in Carboxylat-funktionalisiertem poly-Acrylamid eine deutlich erh{\"o}hte Keimdichte und eine intermedi{\"a}re Stabilisierung von Vaterit. Dieser spezifische Einfluß der Carboxylatgruppen auf die Keimbildung relativiert das oft f{\"u}r Biomineralisationsvorg{\"a}nge postulierte ionotrope Nukleationsmodell und unterstreicht die Notwendigkeit einer stereochemischen Verwandtschaft zwischen den organischen Funktionalit{\"a}ten und der entstehenden Kristallphase. Besonders deutlich wird die Bedeutung der Carboxylatgruppen bei der Mineralisation in Gelmatrices, die mit poly-L-Aspartat versetzt wurden. Die Wirkungsweise des Gelatinegels sowie der Kompartimenteffekt des poly-Acrylamid wird durch die Wechselwirkung des Additivs mit der anorganischen Phase {\"u}berkompensiert: Im Verlauf der Doppeldiffusion entstehen in den untersuchten Hydrogelen Vaterit-Agglomerate, die permanent stabilisiert sind. Da die Kristallisationsmechanismen der reinen Gelmatrices rhomboedrische Calcit-Keimkristalle voraussetzen, werden die Netzwerkeffekte durch die Bildung sph{\"a}rischer Vaterit-Partikel außer Kraft gesetzt. M{\"o}glicherweise beruht auch die Morphogenese nat{\"u}rlicher Biomineralisationsprodukte auf einem Wechselspiel des physikalischen Netzwerkeffekts einer extrazellul{\"a}ren Matrix und der Wirkungsweise modifikationsselektiver Makromolek{\"u}le. In den unterschiedlichen Hydrogelmatrices sind, trotz einheitlicher Versuchsbedingungen, drei grunds{\"a}tzlich verschiedene Kristallisationsmechanismen des Calcits wirksam: In Gelatinegel kommt es zu lagenweisem Wachstum, die oktaedrischen Produkte aus poly-Acrylamid gehen auf die Aggregation vorgeformter Untereinheiten zur{\"u}ck und in Carboxylat-funktionalisierten Netzwerken entstehen sph{\"a}rolithische Kristalle. Diese Ergebnisse belegen auf anschauliche Weise eine Wechselwirkung der organischen Matrix mit der anorganischen Phase. In nat{\"u}rlichen Systemen wird dieser Effekt durch komplexe genetische und zellul{\"a}re Prozesse gesteuert, die sich in-vitro nicht simulieren lassen. Allerdings weisen die Analogien der Mineralisationsversuche mit nat{\"u}rlichen Biomineralisationsprozessen auf vergleichbare Prinzipien hin. Demzufolge k{\"o}nnen die Mechanismen der Biomineralisation verh{\"a}ltnism{\"a}ßig trivial sein, allein die biologische Reproduzierbarkeit der Materialabscheidung setzt ein hohes Maß an genetischer Steuerung voraus. Von einer weiterf{\"u}hrenden Untersuchung der Mechanismen, die der Biomineralisation zugrunde liegen, sind wesentliche Impulse f{\"u}r eine biomimetische Materialsynthese zu erwarten. Wie die spezifische Wechselwirkung der Carboxylatgruppen mit der Kristallphase nahelegt, sollten die molekular-chemischen Effekte polarer funktioneller Gruppen im Mittelpunkt des Interesses stehen. F{\"u}r ein besseres Gesamtverst{\"a}ndnis muß daher eine Br{\"u}cke zwischen der "mesoskopischen" Wirkung gelartiger Medien und entsprechenden Vorg{\"a}ngen auf atomarer Skala geschlagen werden. Die atomaren Mechanismen bei der Kristallisation von CaCO3 in Gegenwart verschiedener Additive werden in einem Partnerprojekt an der Universit{\"a}t M{\"u}nster untersucht [Set03]. Die Zusammenf{\"u}hrung dieser beiden Sichtweisen l{\"a}ßt ein tiefgreifendes Verst{\"a}ndnis der allgemeinen Prinzipien der Biomineralisation erwarten.},
  subject      = {Hydrogel},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Krueger2002,
  author    = {Kr{\"u}ger, Reinhard},
  title     = {Pyrolyse- und Sinterverhalten Sol-Gel-abgeleiteter Al2O3-YAG-Fasern},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-6827},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Nichtw{\"a}ßrige Sol-Gel-Vorstufen, die zu einem Mischgef{\"u}ge aus Al2O3 und YAG f{\"u}hren (Volumenverh{\"a}ltnis 45 : 55), wurden zu Fasern versponnen, in unterschiedlichen Atmosph{\"a}ren pyrolysiert und abschließend gesintert. Die strukturelle Ent-wicklung w{\"a}hrend der Pyrolyse der Gel-Fasern wurde in Abh{\"a}ngigkeit von Pyrolysetemperatur (200-850 °C) und -atmosph{\"a}re beschrieben. Die Zusammenh{\"a}nge zwischen den mittels der Pyrolyseparameter variierten amorphen Strukturen und dem daraus resultierenden Kristallisations- und Sinterverhalten sowie den mechanischen Fasereigenschaften wurden gezeigt. Die isotropen Gel-Fasern sind frei von Poren und weisen lokal regelm{\"a}ßig angeordnete, organische Dom{\"a}nen mit mittleren Abst{\"a}nden von 2 nm innerhalb des anorganischen Matrixger{\"u}sts auf. W{\"a}hrend der Pyrolyse auftretende Strukturver{\"a}nderungen h{\"a}ngen stark von der Atmosph{\"a}re und der Temperatur ab. In Luft- und Sauerstoffatmosph{\"a}re trat ab 600 °C innerhalb der Fasern lokal eine Kristallisation von YAG und Korund in Form kugeliger Bereiche auf, die zum Bruch der Fasern bereits w{\"a}hrend der Pyrolyse f{\"u}hrten. Die Abgabe organischer Bestandteile erfolgte bei Pyrolyse in Stickstoff im wesentlichen zwischen 300 °C und 500 °C, blieb jedoch auch bei h{\"o}heren Temperaturen unvollst{\"a}ndig. In Wasserdampf-Atmosph{\"a}re kam es durch Hydrolysereaktionen zwischen 250 °C und 385 °C zu einer verbesserten Abgabe der organischen Bestandteile. Der Kohlenstoffgehalt sinkt bei 385 °C unter 2 Masse-\%. Werden dem Wasserdampf saure Gase wie z.B. Stickoxide zugesetzt, wird um 200 °C die Hydrolyse und Abgabe der Organik zus{\"a}tzlich verst{\"a}rkt. Nach Pyrolyse in Stickstoff oder wasserhaltigen Atmosph{\"a}ren blieben die Fasern amorph. Bei Pyrolyse in Stickstoff war die Struktur der Fasern porenfrei, wobei die organischen Pyrolysatreste wie in den Gel-Fasern als regelm{\"a}ßig angeordnete, isolierte Bereiche innerhalb einer anorganischen Matrix vorlagen. In Wasserdampf bildete sich ab 250 °C aus den organischen Dom{\"a}nen eine geordnete Porenstruktur, die sich mit ansteigender Temperatur vergr{\"o}berte. Auch in der aus verdampfter Salpeters{\"a}ure erzeugten Atmosph{\"a}re bildeten sich Poren. Die Porendurchmesser und spezifischen Oberfl{\"a}chen der Fasern blieben jedoch geringer als in reinem Wasserdampf. In dem anorganischen Matrixger{\"u}st {\"a}nderten sich durch die Pyrolyse die Koordinationsverh{\"a}ltnisse der Al-Ionen. Ausgehend von der mehrheitlich 6-fachen Koordination in den Gel-Fasern kam es zunehmend zur Umlagerung in die 4- und 5-fache Koordination. Bei Pyrolyse in reinem Wasserdampf war diese Koordinationsver{\"a}nderung deutlich schw{\"a}cher ausgepr{\"a}gt als in Stickstoff oder der Atmosph{\"a}re aus verdampfter Salpeters{\"a}ure. W{\"a}hrend der Sinterung treten intermedi{\"a}r gamma-Al2O3 und hexagonales YAlO3 als metastabile Phasen vor der Kristallisation von YAG auf. Mit der Kristallisation von Korund schließt die Phasenbildung der Al2O3-YAG-Fasern je nach vorangegangener Pyrolysebehandlung zwischen 1275 °C und 1315 °C ab. Die Abweichungen in der Kristallisationstemperatur bzw. Keimbildungsdichte von Korund und im Sinterverhalten ließen sich auf die Unterschiede in den amorphen Strukturen der pyrolysierten Fasern zur{\"u}ckf{\"u}hren. Hohe Anteile 6-fach koordinierter Al-Ionen und eine zu hohen spezifischen Oberfl{\"a}chen f{\"u}hrende, feine Porosit{\"a}t erwiesen sich als g{\"u}nstige Strukturmerkmale f{\"u}r pyrolysierte Fasern. Die dabei entstandenen feink{\"o}rnigen, homogenen Gef{\"u}ge konnten dicht gesintert werden und hatten die h{\"o}chsten Festigkeiten und E-Moduln. Kohlenstoffgehalte bis zu 2 Masse-\% wirkten sich in den offenporigen Zwischenprodukten nicht negativ auf das Sinterverhalten aus. In dieser Arbeit wurde gezeigt, daß die Kristallisation der Sol-Gel-abgeleiteten Fasern und damit auch die Ausbildung der keramischen Gef{\"u}ge in entscheidendem Maße von den Pyrolysebedingungen abh{\"a}ngen. Bei einheitlicher Synthese der Gel-Fasern lassen sich durch die Pyrolysebehandlung unterschiedliche Strukturen in den amorphen Zwischenprodukten einstellen, die durch ihre spezifisches Kristallisations- und Sinterverhalten zu unterschiedlichen keramischen Gef{\"u}gen in den Fasern f{\"u}hren. Die Optimierung der Gef{\"u}ge vorstufenabgeleiteter Keramiken durch Zusatz von Keimen ("Seeding") ist seit l{\"a}ngerem bekannt. In Erg{\"a}nzung dazu bietet die gezielte Wahl der Pyrolysebedingungen eine weitere M{\"o}glichkeit zur Steuerung der Gef{\"u}geausbildung in Sol-Gel-Keramiken.},
  subject      = {Keramikfaser},
  language  = {de}
}