TY  - THES
A1  - Arand, Katja
T1  - Charakterisierung hydrophiler Permeationswege in der pflanzlichen Kutikula anhand der Permeationseigenschaften ionischer Aminosäuren
T1  - Characterisation of the hydrophilic pathway in plant cuticles by means of permeation properties of hydrophilic, ionic amino acids.
N2  - Um sich vor dem Austrocknen zu schützen, haben Pflanzen eine Transpirationsbarriere entwickelt, die als Membran alle primären, oberirdischen Pflanzenteile überzieht. Diese so genannte Kutikula besteht hauptsächlich aus den lipophilen Komponenten Kutin und Wachs und reduziert so effektiv den Verlust von Wasser und wasserlöslichen Nährstoffen aus dem Blattinneren. Trotzdem ist sie nicht vollständig undurchlässig, und so können Wasser und gelöste Substanzen wie organische und anorganische Nährstoffe, Pestizide oder Umweltchemikalien die Kutikula in beiden Richtungen permeieren. Dabei ist offensichtlich, dass die zu Grunde liegenden Transportmechanismen den Ernährungszustand der Pflanzen, die Effizienz von Pestiziden und die Wirkung von Umweltchemikalien beeinflussen. Ein genaues Verständnis der Transportprozesse auf denen die kutikuläre Permeation basiert, kann helfen die Wirkweise von blattapplizierten Dünge- und Pflanzenschutzmitteln zu optimieren, indem gezielt Wirk- oder Zusatzstoffe modelliert werden können, welche die Aufnahme steigern. In der vorliegenden Arbeit sollte deshalb der Einfluss physiko-chemischer Eigenschaften von hydrophilen Verbindungen auf die kutikuläre Permeation untersucht werden. Nicht zuletzt wegen ihrer strukturellen Ähnlichkeit mit den blattapplizierten Herbiziden Glufosinat und Glyphosat wurden Aminosäuren als Modellsubstenzen ausgewählt. Die verwendeten Aminosäuren sind gut wasserlöslich, wobei alle Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizienten kleiner als 1 sind. Zusätzlich liegen alle Aminosäuren in gelöster Form als Ionen vor, was zu einer Hydratisierung der Moleküle führt. Es wird spekuliert, dass hydratisierte Moleküle keinen Zugang zur lipophilen Phase der Kutikula haben. Welche Rolle die Hydrathülle bei der Permeation tatsächlich spielt, ist allerdings noch unklar. Viele Aktivwirkstoffe liegen nur unter ganz bestimmten Bedingungen in geladener Form vor, während die Richtung der kontinuierlichen Nettoladung der Aminosäuren durch den pH Wert modifiziert wird. Damit kann der Einfluss verschiedener Ladungszustände auf die kutikuläre Permeation unter Verwendung eines einheitlichen Sets von Modellsubstanzen untersucht werden. Unter natürlichen Bedingungen sind Aminosäuren unter anderem auf Blattoberflächen zu finden, wo sie blattassoziierten Mikroorganismen eine profitable Nahrungsquelle bieten. Ob äußere Faktoren für die Deposition dieser Recourcen verantwortlich sind, oder ob der Ursprung innerhalb des Blattgewebes liegt, wird kontrovers diskutiert. Die Sorption von Aminosäuren in isolierte Kutikularmembranen ist sehr gering, und korreliert - anders als bei lipophilen Substanzen - nicht mit dem Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizienten. Das zeigt, dass der Verteilung von lipophilen und hydrophilen Substanzen innerhalb der Kutikula verschiedene Mechanismen zu Grunde liegen. Unter einer gegebenen Bedingung werden die kutikulären Leitwerte der Aminosäuren negativ vom Molvolumen beeinflusst. Zudem übersteigt die Länge des Permeationswegs die eigentliche Dicke der Membran um ein Vielfaches. Diese Zusammenhänge kennzeichnen eine gehinderte Diffusion innerhalb einer engporigen und weit verzweigten Umgebung. Eine Änderung des pH Wertes wirkt sich in unterschiedlicher Form auf die Leitwerte von Wasser und Aminosäuren aus. Mit steigendem pH Wert erhöht sich die Wasserpermeabilität isolierter Kutikularmembranen, was durch eine zunehmende, messbare Wassersorption in die Kutikula erklärt werden kann. Eine pH abhängige Dissoziation funktioneller Gruppen bewirkt eine Schwellung des polaren Weges, weshalb auch für die anionischen Aminosäuren bei pH 11 die höchsten Leitwerte gemessen wurden. Die zwitterionischen Aminosäuren bei pH 6 wiesen hingegen die geringsten Leitwerte auf, was im Widerspruch zu der Beobachtung steht, dass bei pH 1 die geringste Wassersorption in die Kutikula stattfindet. Eine Erklärung hierfür liefern die Hydrathüllen, die bei den zwitterionischen Aminosäuren am stärksten und bei den anionischen Species am geringsten ausgeprägt sind. Eine negative Korrelation aller gemessenen Aminosäureleitwerte mit den entsprechenden hydratisierten Molvolumen zeigt eindeutig, dass die Hydrathülle eine wichtige Größe für die Permeation durch die Kutikula darstellt. Dabei nimmt der Leitwert einer hydrophilen Substanz mit definiertem Molvolumen mit kleiner werdender Hydrathülle zu. Intakte Blätter wurden in flüssiges Wasser als Rezeptorlösung getaucht, um steady-state Bedingungen aufrecht zu erhalten. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Permeabilitäten von intakten Kutikularmembranen, die anhand der natürlichen Aminosäurekonzentration innerhalb der Blätter bestimmt wurden, in derselben Größenordnung liegen, wie die für isolierte Membranen gemessenen. Außerdem konnte ein Vergleich der Flussraten auf der Ober- und Unterseite der Blätter zeigen, dass die stomatären Poren nicht direkt in den Leachingprozess involviert sind.
N2  - In order to overcome the risk of withering, all primary, aerial plant parts are bordered against the atmosphere with a transpiration barrier membrane, the so called cuticle. It is mainly composed of the lipophilic compounds cutin and waxes and therefore ensure an essentially reduction of uncontrolled loss of water and water soluble metabolites from plant tissues. Nevertheless, the cuticle is partially permeable for water and solutes like organic and inorganic nutrients, pesticides or environmental chemicals, and the flow can occur in both directions. It is obvious, that the basic transport processes are important for the survival of plants, agricultural success or environmental pollution. Therefore, the knowledge of the meachanisms, underlying cuticular permeation, can improve the effectiveness of foliar applied nutrients and pesticides, in the way of modelling ideal active ingredients or additives to enhance cuticular uptake. In the present study aminio acids were used as model compounds to understand the influence of the physico-chemical properties of hydrophilic solutes on cuticular permeability. This is not only because of their structural similarity to foliar applied herbicides like glyphosate and glufosinate. Amino acids are water soluble with octanol/water partition coefficients always smaller than 1 and they carry charges. The resulting hydration of the molecules renders them insoluble in the waxy layer of the cuticle and therefore the actual role of the associated hydration shell for cuticular permeation is still questionable. In contrast to many active ingredients, which are ionised only under certain conditions, the continuous net charge of amino acids is modified by pH. This provides an insight into the effect of anionic, zwitterionic and cationic properties on cuticular permeability by using the same set of solutes. Furthermore, amino acids are frequently found on leaf surfaces where leaf associated microorganisms benefit from their nutritional significance. It is still controversial, if amino acids originate from airborne particles or from the underlying leaf tissue. The sorption of amino acids into isolated cuticular membranes was very low and cuticle/water partition coefficients were not correlated to octanol/water partition coefficients, as is true for lipophilic solutes. This proves the existence of two different mechanisms for cuticular penetration of lipophilic and hydrophilic solutes. Under a given condition, permeances were determined by the molar volume of the amino acids and the pathway was much longer than the membrane thickness, which indicates a hindered diffusion in a porous and tortuous environment. Permeances for water and amino acids were affected by pH but in different ways. The water permeance increased with increasing pH which can be explained by a higher water sorption caused by dissociation of weak acidic groups within the cuticle above pH 6. Due to the maximum swelling of the pathway at pH 11 amino acid permeances were highest for the anionic form. Surprisingly, permeances were lowest for the zwitterionic species at intermediate pH and not for the cationic amino acids at pH 1 where the least water sorption occurs. The reason becomes obvious, when - next to the molar volume of the amino acids - the hydration shell is taken into account. Since the zwitterionic species at pH 6 possess the biggest and the anionic amino acids the smallest hydration shells, overall permeances are well correlated with the hydrated molar volume. Thus, it was shown that the hydration shell plays an important role in cuticular permeability in the way that smaller hydration shells favour an increase in permeances, given that the molar volume of the “naked” molecule remain constant. One exception was found for the amino acid permeability of isolated rose cuticles at pH 1. The fact, that under this condition, permeances are partially controlled by octanol/water partition coefficient shows clearly, that the lipophilic and the hydrophilic pathway are not strictly separated from each other. Amino acids with large lipophilic side chains can also benefit from partitioning within the lipophilic phase of the cuticle. It is still a matter of debate, if permeation experiments with isolated cuticular membranes reflect the real situation in intact plants, because isolation processes could alter cuticular properties. To proof the authority of this set up, additional leaching experiments were performed with intact leafs. It was shown that permeances of intact cuticles, which were driven by the natural amino acid content in the leaf tissue, are in deed in the same order of magnitude as for isolated cuticular membranes, when liquid water was used as receiver. Furthermore, a comparison between fluxes from the upper and the lower leaf side showed that stomatal pores are not directly involved into the leaching process.
KW  - Permeation
KW  - Aminosäuren
KW  - Kutikula
KW  - Efeu
KW  - pH-Wert
KW  - Rose
KW  - Hydrathülle
KW  - Amino acids
KW  - aqueous pathways
KW  - hydration
KW  - permeability
KW  - plant cuticle
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-49954
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pop, Claudius
T1  - Herstellung von monodispersen Polydimethylsiloxan-Netzwerken und Charakterisierung der Mikrostruktur und der Permeationseigenschaften
T1  - Synthesis of monodisperse polydimethylsiloxane-networks and characterization of their microstructures and permeabilities
N2  - Entsprechend der Theorie des freien Volumens hinsichtlich der Diffusion in Kautschuken wird der Diffusionskoeffizient einer permeierenden Substanz im hohen Maße von der Mikrostruktur eines Kautschuks bestimmt. Daher war es Ziel dieser Arbeit Polydimethylsiloxannetzwerke mit definierten Mikrostrukturen zu entwickeln. Die Abhängigkeit der Permeationsprozesse von der Mikrostruktur der Netzwerke, sowie die Abhängigkeit dieser Prozesse von den physiko-chemischen Eigenschaften permeierender Substanzen wurde untersucht. Ein besseres Verständnis dieser Zusammenhänge kann zu Fortschritten in der Entwicklung von nichtporösen homogenen Membranen führen. Derartige Membranen werden unter anderem als Kontrollelement in therapeutischen Systemen oder in der Separationstechnik eingesetzt.
N2  - According to the free-volume theory of diffusion in rubbers, the diffusion coefficient of a permeating substance is strongly determined by the microstructure of the rubber. Therefore, it was the aim of this study to develop polydimethylsiloxane networks with regular, well-defined microstructures. The dependence of the permeation processes on the microstructure of the polymer networks and on the physico-chemical properties of the permeating substances has been investigated. A better understanding of these interrelations can lead to improvements in the development of nonporous homogeneous membranes. Among other applications, such membranes are used in therapeutic systems and in separation technology.
KW  - Polydimethylsiloxane
KW  - Monodisperses System
KW  - Permeation
KW  - Monodisperse PDMS
KW  - Polysiloxan-Membranen
KW  - Diffusion
KW  - Therapeutische Systeme
KW  - Monodisperse PDMS
KW  - Polysiloxane-Membranes
KW  - Diffusion
KW  - Therapeutic Systems
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-19462
ER  - 
TY  - THES
A1  - Katschorek, Haymo
T1  - Optimierung der Barriereeigenschaften hybridpolymerer Beschichtungssysteme
T1  - Optimization of the barrier properties of inorganic-organic polymer coatings
N2  - Quellfähige natürliche Schichtsilicate können nach vorheriger Modifizierung als nanoskalige Barrierefüllstoffe für hybridpolymere Beschichtungen eingesetzt werden. Durch Ionenaustausch nach der „Onium-Methode“ wurden aus natürlichem Montmorillonit unterschiedlich modifizierte organophile Schichtsilicate hergestellt, die mit thermisch oder strahlenhärtenden Barrierelacken verträglich sind. Als Modifizierungsreagenzien kamen neben aliphatischen auch olefinische und alkoxysilylfunktionelle Ammonium-Verbindungen zum Einsatz. Beschichtungen aus den modifizierten Barrierelacken zeigten teilweise deutlich verbesserte Sauerstoffbarriereeigenschaften. Ein signifikanter Einfluß auf die Wasserdampfbarriere war bei diesem Füllstoffanteil nicht festellbar. Die optische Transparenz der hybridpolymeren Barriereschichten wird auch durch Anteile von bis zu 5 Gew. % an Schichtsilicat nicht nennenswert beeinflusst. Dies belegen UV-VIS-Spektren.Aufgrund der deutlichen Steigerung der Sauerstoffbarrierewirkung unter Beibehaltung der optischen Transparenz der Beschichtung stellt die Kombination von modifizierten Schichtsilicaten mit hybridpolymeren Barrierelacken daher eine interessante Alternative zu den bisher eingesetzten Barrieresystemen ohne Füllstoff dar. Der Einfluss von Lacklagerung, Lackkomponenten und Härtungsbedingungen im Hinblick auf die Struktur und Sperrwirkung von Hybridpolymerschichten wurde im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht. Dabei wurden die Ergebnisse struktureller Untersuchungen durch 29Si, 13C- und 27Al-NMR-Spektroskopie mit Barrieremessungen korreliert. Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit der Optimierung von Migrationsschutzschichten. Hybridpolymere bieten neben einer Barrierewirkung gegenüber Gasen und Dämpfen auch einen wirksamen Schutz gegen die Migration weiterer chemischer Substanzen, wie z.B. Weichmachern. Am Beispiel eines strahlenhärtenden hybridpolymeren Lackes wurde über die Formulierung des Lackes eine Korrelation zwischen Migrations- und Sauerstoffbarrierewirkung hergestellt.
N2  - Hydrophilic swelling layered silicate clay minerals such as Montmorillonite have to be modified first in order to integrate them on nanoscale into inorganic-organic barrier coatings. Using an ionic-exchange technique, natural Montmorillonite was converted into organophilic clay, which is compatible with several types of inorganic-organic barrier lacquers. As modifying agents different types of aliphatic as well as olefinic and alkoxysilane ammonia compounds were used. Coatings of clay modified inorganic-organic polymers showed improved gas barrier properties while keeping the water vapor transmission rate at a constant low level. Although barriere coatings with up to 5 percent on weight of modified clay were made, the coatings maintained their full optical transparency which was proven by UV-VIS-Spectroscopy.Due to the high improvement in the oxygen barrier properties while not affecting optical properties, modified clay minerals are well suited fillers for inorganic-organic barrier coatings. The influence of lacquer storage, lacquer compounds and curing conditions on the structure and barrier properties of inorganic-organic coatings was investigated in the second part of this thesis. A correlation was done between barrier properties and structural datas determined by 29Si-, 13C- und 27Al-NMR-spectroscopic investigations. The last part of the thesis deals with the optimization of migration barrier coatings. In addition to the barrier properties against water vapor and oxygen, inorganic-organic polymers can also function as protection layers against unwanted migration of chemical substances like softeners. Based on modifications on a photocurable lacquer a correlation between migration and oxygen barrier properties was made.
KW  - Metallorganische Polymere
KW  - Phyllosilicate
KW  - Permeation
KW  - Migration <Technik>
KW  - Hybridpolymer
KW  - Barriere
KW  - Permeation
KW  - Migration
KW  - Schichtsilicat
KW  - Inorganic-organic polymer
KW  - barrier
KW  - permeation
KW  - migration
KW  - layered silicate
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16356
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weh, Barbara
T1  - Permeationseigenschaften von Polydimethylsiloxan-Membranen in Abhängigkeit von der Netzbogenlänge
T1  - Permeation properties of polydimethylsiloxane-membranes in dependence of the network chain length
N2  - Für die definierte und konstante Wirkstofffreigabe aus therapeutischen Systemen sind Kenntnisse der Mikrostruktur vonKontrollmembranen von großer Bedeutung. Durch eine Additionsreaktion können Polydimethylsiloxan-Membranen ausvinylendgestoppten linearen Polydimethylsiloxanen und niedermolekularen Si-H-funktionalisierten Polydimethylsiloxanen unterEinfluss eines Platin- Katalysators hergestellt werden. Hierbei ist es durch den Einsatz genau charakterisierterAusgangspolymere möglich, Membranen mit einer statistisch definierten Mikrostruktur zu erhalten. Die Mikrostruktur kanndurch die Netzbogenlänge charakterisiert werden. Der Abschnitt zwischen zwei Verknüpfungspunkten in einem Netzwerk wirdals Netzbogenlänge (NBL) bezeichnet. Diese beschreibt die Anzahl der Dimethyl-siloxan-Einheiten zwischen zweiVerknüpfungen. Die Permeationseigenschaften wurden mit Hilfe des standardisierten Permeationskoeffizienten untersucht. Derstandardisierte Permeationskoeffizient ist von der mittleren Netzbogenlänge der Polydimethylsiloxan-Membranen abhängig. Dieser Zusammenhang wurde an elf Benzoesäure- und Naphthalinderivaten als Modellsubstanzen untersucht und bestätigt.Hierbei wurden Membranen mit den mittleren Netzbogenlängen 65, 99 und 122 Siloxan-Einheiten für die Untersuchungeneingesetzt. Bei allen untersuchten Substanzen stieg der Permeationskoeffizient mit größer werdender Netzbogenlänge derMembranen geringfügig an. Die Permeationskoeffizienten von Membranen mit der Netzbogenlänge 122 waren dabei - mitlediglich vier Ausnahmen - stets statistisch signifikant größer als von Membranen mit der Netzbogenlänge 65. Als mögliche weitere Einflussfaktoren auf die Permeationsgeschwindigkeit wurden der Membran/Wasser-Verteilungskoeffizient, dasDipolmoment und das van der Waals-Volumen der elf Modellsubstanzen untersucht. Es konnte ein Zusammenhang zwischendem Membran/Wasser-Verteilungskoeffizienten und dem Permeationskoeffizienten aufgezeigt werden. Das Volumen deruntersuchten permeierenden Moleküle hat jedoch nur bei Netzbogenlängen kleiner als 122 einen Einfluss auf diePermeationsgeschwindigkeit. Als neue Möglichkeit zur Untersuchung der Diffusionskinetik vor Erreichen des stationärenZustands in Polydimethylsiloxan-Membranen wurde die konfokale Raman-Spektroskopie eingesetzt. Bei derRaman-Spektroskopie wird das Probensystem während der Messung weder zerstört noch verändert. Weiterhin ist es möglich,durch das gekoppelte konfokale Mikroskop gezielt an einem bestimmten Punkt innerhalb der Membran zu messen. Damitkönnen nun dynamische Vorgänge wie der Aufbau eines Konzentrationsgradienten vor Erreichen des stationären Zustandes aneinem bestimmten Punkt in einer Membran über einen längeren Zeitraum gemessen werden. Anhand von Intensitätsänderungencharakteristischer Peaks oder der Verschiebung von Banden werden Konzentrations- und Strukturänderungen der Membranund der permeierenden Moleküle sichtbar. Die Untersuchungen mit der konfokalen Raman-Spektroskopie zeigten, dass dieseMethode geeignet ist, Diffusionskinetiken im nicht stationären Zustand innerhalb der Membranen zu beobachten.
N2  - The knowledge of the microstructure of controlling membranes is very important in order to achieve a defined and constantdrug release from therapeutic systems. Poly(dimethylsiloxane) membranes can be prepared by an addition reaction of linearpoly(dimethylsiloxanes) with terminal vinyl groups and low molecular poly(dimethylsiloxanes) with Si-H functional groups. Forthis reaction a Platinum catalyst is used. By using well characterized starting polymers it is possible to get membranes with astatistically defined microstructure. The network chain length can characterize the microstructure. The distance between twopoints of cross-linking within the network is called network chain length (NCL). The network chain length describes the numberof the dimethyl- siloxane-units between two cross-linking points. The properties of permeation were investigated by using the stadardized permeation coefficient. The permeation coefficient is dependent on the average network chain length of thepoly(dimethylsiloxane) membranes. This relationship was confirmed for 11 benzoic acid and hydroxynaphthalene derivates.Membranes with network chain lengths of 65, 99 and 122 were used for these investigations. The permeation coefficient P*increases slightly with rising network chain length for all 11 model substances. The permeation coefficient of the membraneswith network chain length of 122 was found to be higher by a statistically significant amount than those of membranes with anetwork chain length of 65 - having only 4 exceptions. In order to find other factors which influence the permeation rate, the membrane/water-partition coefficient, the dipole moment and the van der Waals volume were investigated. There was amathematically relationship between the membrane/water-partition coefficient and the permeation coefficient. The volume of themoleculeshad only with membranes with a network chain length of 122 an influence on the permeation. ConfocalRaman-spectroscopy was taken as a pioneering method to investigate the kinetics of diffusion before reaching the steady statein poly(dimethylsiloxane) membranes. Up to now it was only possible to investigate the diffusion process in the steady state. The membrane was always taken as a whole. Raman-spectroscopic measurements do not destroy or change the probe system.Because of the coupled confocal microscope it is possible to measure selectively at a defined point in the membrane. Thereforedynamic processes e.g. can be investigated before reaching the steady state flux. The investigations with confocalRaman-spectroscopy show the possibility to observe diffusion processes in and before the steady state flux with this method.
KW  - Polydimethylsiloxane
KW  - Membran
KW  - Permeabilität
KW  - Polydimethylsiloxan
KW  - Membran
KW  - Permeation
KW  - Netzbogenlänge
KW  - konfokale Raman-Spektroskopie
KW  - poly(dimethylsiloxane)
KW  - membrane
KW  - permeation
KW  - network chain length
KW  - confocal Raman-spectroscopy
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2927
ER  -