Relaxation spectroscopy on amorphous high polymers

Summary Measurements of the dynamic Youngs modulus and shear modulus of Polymethylmethacrylate (PMMA) in the frequency range from 10^–3 cps to 10^–1 cps and in the temperature range from –20°C to 100°C up to stress amplitudes of 4 kN/cm² are presented. The measured nonlinear viscoelastic behavior is discussed with regard to nonlinear elasticity and nonlinear effects caused by the shift of relaxation times due to the reaction rate theory.

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Zusammenfassung Es wird über Messungen des dynamischen Elastizitätsmoduls und Schubmodells von Polymethacrylsäuremethylester (PMMA) im Frequenzbereich von 10^–3 Hz bis 10^–1 Hz und im Temperaturbereich von –20°C bis +100°C bei Spannungsamplituden bis zu 4 kN/cm² berichtet. Das gemessene nichtlineare viskoelastische Verhalten wird hinsichtlich einer nichtlinearen Elastizität und hinsichtlich nichtlinearer Effekte, die durch eine Verschiebung der Relaxationszeiten nach der Platzwechseltheorie verursacht sind, diskutiert.

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With 21 figures     

Zur Kenntnis der Reaktionen von Carbonsäurechloriden in Lösungsmitteln mit Wolle

Zusammenfassung Wolle und-Keratose wurden mit Carbonsäure-chloriden in Dimethylsulfoxid mit Pyridinzusatz oder ohne Base bei 20–60 °C bis zu 4 Stunden umgesetzt. Die dabei eintretende Vernetzungsreaktion beruht auf der Bildung von Formaldehyd aus den Säurechloriden und Dimethylsulfoxid. Damit werden auch die Anafysendaten verständlich: geringe Gewichtsänderungen, Beteiligung des Lysins, keine Beteiligung der Carboxylgruppen, Verschwinden des Tyrosins erst nach saurer Totalhydrolyse. Läßt man Acylchloride in Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Hexamethyl-phosphorsäuretriamid,-Butyrolacton und Methyl-pyrrolidon auf Wolle einwirken, so erfolgt N,O-Acylierung unter Gewichtszunahme.

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Summary Wool and -Keratose were reacted at 20–60° for 4 hours with acylchlorides in dimethylsulfoxide with addition of pyridine or without a base. The ensuing crosslinking reaction. was due to formation of formaldehyde by reaction of the acid chlorides with the solvent dimethylsulfoxide. This explains the analytical data found: small weight changes participation of lysine, no participation of the carboxylic groups, disappearance of tyrosine during the acid hydrolysis.If the acyl chlorides are reacted with wool in the solvents dimethylformamide, dimethylacetamide, hexamethyl-phosphortriamide,-butyrolacton and methyl-pyrrolidone, normal acylation and corresponding weight increases were found.

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Teil der DissertationH.-D. Scharf, RWTH Aachen, 1972; 21. Mitteilung über ,Reaktivität von Aminosäureseitenketten. 20. Mitteilung vgl.W. Wellner, D. Nissen und H. Zahn, Colloid u. Polymer Sci.255, 444 (1977).

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Jetzt Dynamit-Nobel AG., Troisdorf.

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Jetzt Wella AG, Darmstadt.

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Mit 4 Abbildungen und 8 Tabellen     

Vernetzung und Abbau von Polyäthylenterephthalat durch Elektronenbestrahlung

Zusammenfassung PÄT-Folien wurden in Luft, Stickstoff und Vakuum bei 20 °C mit 1 MeV-Elektronen bestrahlt. Untersucht wurden Löslichkeit und Viskosität von Proben, die unmittelbar nach der Bestrahlung gelöst wurden.In allen untersuchten Fällen trat bei hohen Bestrahlungsdosen ein unlöslicher, d. h. vernetzter Anteil auf, dessen Ausbildung jedoch durch in den Proben enthaltene Feuchtigkeit verzögert werden kann. Bei niedrigen Bestrahlungsdosen bewirkt Feuchtigkeit einen Abbau des Polymeren, wie durch Viskositätsmessungen gezeigt wird.Aus den Gel-Messungen wurde derp ₀/q ₀-Wert für Bestrahlung in Luft, Stickstoff und Vakuum zu 1,05 bestimmt.Die Änderung des Gel-Anteils bei Lagerung der Proben zwischen Bestrahlung und Lösung wird diskutiert.

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Summary Polyethyleneterephthalate samples were irradiated in air, nitrogen and vacuum at 20 °C with 1 MeV electrons. The solubility of the samples and the viscosity of the solutions were studied immediately after irradiation. At high doses an insoluble crosslinked part was always observed. Crosslinking was delayed by moisture in the samples. At low irradiation doses moisture causes chain scission as shown by viscosity measurements. The ratiop ₀/q ₀ of degradation to crosslinking in the case of irradiation in air, nitrogen and vacuum was found by gel measurements to be 1.05. The insoluble gel-part changes with increasing storage time of the samples between irradiation and solution.

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Herrn Diplom-PhysikerH. Fischer sei an dieser Stelle für wertvolle Anregungen und Diskussionen besonders gedankt.     

Stress development during drying of calcium carbonate suspensions containing carboxymethylcellulose and latex particles

Stress development during drying of coatings produced from aqueous dispersions of calcium carbonate particles in the presence and absence of organic binders was studied using a controlled-environment stress apparatus that simultaneously monitored drying stress, weight loss, and relative humidity. Specifically, the influence of two organic binders on drying stress evolution was investigated: (1) carboxymethylcellulose, a water-soluble viscosifying aid, and (2) a styrene-butadiene latex emulsion of varying glass transition temperature. The stress histories exhibited three distinct regions. First, a period of stress rise was observed, which reflected the capillary tension exerted by the liquid on the particle network. Second, a maximum stress was observed. Third, it was followed by a period of either stress decay or rise depending on the organic species present. Significant differences in stress histories were observed between coatings containing soluble and nonsoluble binders. Maximum drying stresses (sigmamax) of 0.2-0.5 MPa were observed for coatings produced from pure calcium carbonate or calcium carbonate-latex suspensions, whereas coatings with carboxymethylcellulose exhibited substantially higher sigmamax values of 1-2 MPa. Upon drying, these coatings were quite hygroscopic, such that cyclic variations in relative humidity induced large cyclic changes in residual stress.     

Viskoelastische Eigenschaften von Polyisobutylenen in verdünnten Lösungen

Zusammenfassung Die Speicher- und VerlustmodulnG undG verdünnter Lösungen (2–4%) dreier Isobutylenpolymerisate mit den Molekulargewichten 0,63, 1,29 und 11×10⁵ wurden in der Apparatur vonBirnboim undFerry über einen Frequenzbereich von 0,4–400 Hz und einen Temperaturbereich von –17,5 bis 25,0° bestimmt. Für die scharf fraktionierten Polymerisate von niederem Molekulargewicht ergab die Frequenzabhängigkeit der Moduln eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit der Theorie vonZimm. Die aus den experimentell erhaltenen Kurven ermittelten Molekulargewichte und größten Relaxationszeiten waren von der erwarteten Größenordnung. Für das Polymerisat mit höherem Molekulargewicht entsprach die Frequenzabhängigkeit vonG undG – _s jedoch der Theorie vonRouse. Der Einfluß der hydrodynamischen Wechselwirkung in der Bewegung der Knäuelsegmente, in welchem der Unterschied zwischen den beiden Theorien besteht, erscheint als von der Größe des Molekulargewichts abhängig.

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Summary The storage and loss moduliG andG of dilute (2–4%) solutions of three polyisobutylenes of molecular weight 0.63, 1.29, and 11×10⁵ were determined in the apparatus ofBirnboim andFerry over a frequency range of 0.4 to 400 cps, and a temperature range of –17.0 to 25.0°. The sharply fractionated polymers of low molecular weight showed a frequency dependence in excellent agreement with the theory ofZimm. The experimentally determined molecular weights and terminal relaxation times were of the expected order of magnitude. The frequency dependence of the polymer of highest molecular weight, however, conformed more closely to the theory ofRouse. The influence of the hydrodynamic interaction on the motion of the coil segments, which constitutes the difference in the two theories, appears to depend on the magnitude of the molecular weight.

     

A Novel Environmentally Benign Method for the Selective Oxidation of Alcohols to Aldehydes and Ketones

In the presence of [Ru(terpyridine)(2,6‐pyridinedicarboxylate)], aliphatic and benzylic alcohols are oxidized to the corresponding aldehydes or ketones with high selectivity by using hydrogen peroxide as the oxidant. There is no need for the addition of co‐catalysts or organic solvents. By applying an optimized reaction protocol, high catalyst productivity (turnover number>10 000) and activity (turnover frequency up to 14 800 h^?1) has been achieved.     

On precipitation effects of aluminum,lanthanum, iron (III), and thorium phosphates

Summary Typical precipitation curves of various metal phosphates have been obtained using the turbidimetric technique. The following systems have been investigated: Al(NO₃)₃-K₃PO₄, Al(NO₃)₃-KH₂PO₄, Al(NO₃)₃NaH₂PO₄, FeCl₃-K₃PO₄, FeCl₃-(NH₄)₂HPO₄, FeCl₃K₂HPO₄, FeCl₃-KH₂PO₄, FeCl₃-NaH₂PO₄, La(NO₃)₃K₃PO₄,La(NO₃)₃-K₂HPO₄,La(NO₃)₃-KH₂PO₄,La(NO₃)₃NaH₂PO₄ and Th(NO₃)₄-K₂HPO₄. Typical precipitation curves indicated concentration ranges of phosphate precipitation and of complex solubility.

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Zusammenfassung Typische F?llungskurven verschiedener Metallphosphate, die mittels Trübungsmessungen erhalten wurden, wurden graphisch dargestellt. Die folgenden Systeme wurden untersucht: Al(NO₃)₃-K₃PO₄,Al(NO₃)₃KH₂PO₄, Al(NO₃)₃-NaH₂PO₄, FeCl₃-K₃PO₄, FeCl₃(NH₄)₂HPO₄, FeCl₃-K₂HPO₄, FeCl₃-KH₂PO₄, FeCl₃NaH₂PO₄, La(NO₃)₃-K₃PO₄, La(NO₃)₃-K₂HPO₄, La(NO₃)₃-KH₂PO₄, La(NO₃)₃-NaH₂PO₄ und Th(NO₃)₄K₂HPO₄. Typische F?llungskurven zeigten Konzentrationsgebiete, in welchen die Metallphosphate gef?llt werden, sowie Konzentrationen, die zur Komplexbildung führten.

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Supported in part by the U.S. Army Research Office, Contract No. DA-ORD-10.     

Spektrophotometrische Bestimmung von L-Askorbinsäure mit 2,2',5,5'-Tetra-(4-nitrophenyl)-3,3'-(3,3'-dimethoxy-4, 4'-biphenyl)-ditetrazoliumchlorid (TNBT)

Zusammenfassung Die Optimalbedingungen für die spektrophotometrische Bestimmung der L-Askorbinsäure mit TNBT wurden ermittelt. Die L-As-korbinsäure wurde in Anwesenheit eines 100fachen Überschusses folgender Stoffe bestimmt: Glukose, Fruktose, Saccharose, Wein-, Zitronen-, Oxal-, Äpfel- und Bernsteinsäure. 0,5g/ml ist die minimale Askorbinsäurekonzentration, die sich bestimmen läßt. Die rel. Standardabweichung beträgt 2,1%, der rel. Fehler 0,875%.

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Spectrophotometric assay of L. ascorbic acid with 2,2,5,5-tetra-(4-nitro-phenyl)-3, 3-(3,3-dimethoxy-4,4-biphenyl)-ditetrazolium chloride (TNBT)

Summary The optimal conditions for spectrophotometric assay of L-ascorbic acid with TNBT were determined. L-ascorbic acid was assayed in the presence of a 100 fold excess of the following substances: glucose, fructose, sucrose, tartaric acid, citric acid, oxalic acid, malic acid and succinic acid. 0.5g/ml is the minimum concentration of ascorbic acid which can be assayed. The relative standard deviation is 2.1%, the relative error 0.875%.

     

Nickel oxidation states of F(430) cofactor in methyl-coenzyme M reductase

Magnetic circular dichroism (MCD) spectroscopy and variable-temperature variable-field MCD are used in combination with density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) calculations to characterize the so-called ox1-silent, red1, and ox1 forms of the Ni-containing cofactor F430 in methyl-coenzyme M reductase (MCR). Previous studies concluded that the ox1 state, which is the precursor of the key reactive red1 state of MCR, is a Ni(I) species that derives from one-electron reduction of the Ni(II)-containing ox1-silent state. However, our absorption and MCD data provide compelling evidence that ox1 is actually a Ni(II) species. In support of this proposal, our DFT and TD-DFT calculations indicate that addition of an electron to the ox1-silent state leads to formation of a hydrocorphin anion radical rather than a Ni(I) center. These results and biochemical evidence suggest that ox1 is more oxidized than red1, which prompted us to test a new model for ox1 in which the ox1-silent species is oxidized by one electron to form a thiyl radical derived from coenzyme M that couples antiferromagnetically to the Ni(II) ion. This alternative ox1 model, formally corresponding to a Ni(III)/thiolate resonance form but with predicted S = 1/2 EPR parameters reminiscent of a Ni(I) (3dx2-y2)1 species, rationalizes the requirement for reduction of ox1 to yield the red1 species and the seemingly incongruent EPR and electronic spectra of the ox1 state.     

Die Bedeutung der kritischen Micellkonzentration bei der Elektrosorptionsanalyse von Aniontensiden mit der Wechselstrompolarographie

Zusammenfassung Bei der Elektrosorptionsanalyse verschiedener Aniontenside in Gegenwart von Grundelektrolytkonzentrationen ( 0,1 m NaCl) wurde festgestellt, daß auf der Grundlage von Wechselstrom-Potential (IE-E)-Kurven die kritischen Micellkonzentrationen bestimmt werden können. Die CMC-Werte ergaben sich aus Diskontinuitäten in der Konzentrationsabhängigkeit von Höhe und Scheitelpotential der wechselstrompolarogräphischen Desorptionsmaxima. Der unterschiedliche Einfluß von Alkylkettenlänge, polaren Gruppen und Stellungsisomerie auf die wechselstrompolarographischen Desorptionscharakteristika wurde untersucht. Aus den Meßergebnissen resultierten für den Zustand der Adsorptionsschichten oberhalb der CMC an der Grenzfläche Quecksilber/Elektrolyt in Abhängigkeit von der Alkylkettenlänge prinzipiell zwei Möglichkeiten. Wenn oberhalb der CMC mit zunehmender Aniontensidkonzentration höchstens geringe Änderungen. des Desorptionspeaks auftreten, bleibt der Zustand der Adsorptionsschicht unverändert. Die Entstehung neuer Desorptionspeaks und starke Diskontinuitäten in Lage und Höhe bereits vorhandener Desorptionspeaks wird dagegen durch zusätzliche Grenzflächenassoziation erklärt. Ein überzeugender Hinweis auf niedere Assoziationen (Dimerisation) im prämicellaren Bereich folgte aus einer zusätzlichen Diskontinuität, die bei geradkettigen Alkylverbindungen (R 12) auftritt.

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Summary Using the electrosorption analysis of different anionic surfactants in the presence of supporting electrolyte concentrations ( 0,1 m NaCl) we found that the critical micelle concentrations can by determined on the basis of alternating current-potential (IE-E)-curves. The CMC values resulted from discontinuities in the concentration dependence of height and summit potential of alternating current polarographic desorption maxima. We investigated the different influences of the alkyl chain length, of the polar groups, and of the positions of SO₄Na in isomeric alkyl sulfates upon the alternating current polarographic desorption characteristics.Experimental dates show that, dependent on the alkyl chain length two possibilities exist for the state of the adsorption layers above the CMC at the interface mercury/electrolyte. 1) The state of adsorption layer remains unchanged if above the CMC no or only small changes of desorption peaks are observed. 2) The formation of new desorption peaks and strong discontinuities of position and height of the desorption peaks already existing is rationalized by additional association at the interface. We assume that an additional discontinuity which occurs with straight chain alkyl compounds (R 12) results from association (dimerisation) in the premicellar range.

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Mit 7 Abbildungen und 2 Tabellen