Towards mixed conducting gels via use of low-molecular weight organogelators

Due to their broad applicability, molecular and supramolecular gelators gels have gained much relevance. Hydrophobic–hydrophilic interrelations, alternative solvent variables, gelator–gelator and gelator–solvent interactions, including different noncovalent intermolecular interactive forces like H-bonding, ionic interactions, π–π interactions, van der Waals interactions dictate these materials’ supramolecular gel assembly on the micro to the nano scale resulting in distinct morphologies, depending on the gelator, solvent, and condition of gelation used. The resulting gel structures can be employed to make template inorganic superstructures for potential application in separation, nanocomposite materials; for use in self-healing applications, controlled drug encapsulation, as structuring agents, in oil-spill recovery, for preparation of semi-conducting fabrics, and beyond. Gels also have found application in day-to-day products namely toothpaste, shampoo, soap, hair gel, shaving gel, contact lenses, and life-saving drug delivery systems. On the molecular level, a gel can be defined as a 3D-network of molecules that can have an ability to trap a liquid phase. Gels can be assessed via rheological tools, namely G”/G’, that is the ratio between two important rheological parameters as, respectively, the loss and storage moduli having a value ≤0.1. In this work, the effect of low molecular organogelators (LMOGs) was investigated. LMOGs are largely employed to influence the solidification of polymers, including organic photovoltaics. In this thesis, the focus was centered around their effect on insulating:semiconducting polymer blends for bioelectronic applications. Using the commercially available nucleating agents, namely 1,3:2,4-di-O-methylbenzylidene-D-sorbitol (MDBS), 1,3:2,4-di-Odimethylbenzylidene-D-sorbitol (DMDBS) and Tris-tert-butyl-1,3,5-benzenetrisamide (IRGACLEAR XT 386) the solidification of semiconductor:insulator blends was manipulated. Specifically, such agents were used to establish a medium to control blend structure, properties and stability reaching the desired consistency in a short time, because they induce the gelation of polymer solutions or melts upon cooling, whereas they have no incidence on the systems when high temperatures are supplied. The ultimate goal of this research was to obtain a gel material that can be shaped with 3D-printing tools, controlling morphology and, especially its viscosity for tissue engineering applications.

I gelatori molecolari e supramolecolari sono considerati rilevanti per la loro ampia utilizzabilità. Interazioni idrofobiche-idrofiliche, gelatore-gelatore e gelatore-solvente, comprese diverse forze intermolecolari come legami idrogeno, interazioni ioniche, interazioni π–π, interazioni di van der Walls dettano l'assemblaggio supramolecolare di gel dalla micro alla nano scala, risultando in morfologie distinte, che dipendono dal tipo di gelatore, solvente e condizione di gelificazione utilizzata. Le strutture in gel possono essere utilizzate per produrre superstrutture inorganiche per una potenziale applicazione in separazione; materiali nanocompositi; applicazioni auto-riscaldanti; involucro di rivestimento per medicine da trasportare nel corpo umano; agenti strutturanti; recupero delle perdite di petrolio; produzione di tessuti semi-conduttori e tanti altri utilizzi ancora. I gel, inoltre, hanno trovato anche utilizzo in prodotti per la vita quotidiana come dentifricio, shampoo, sapone, gel per capelli e barba, lenti a contatto e sistemi di rilascio di medicinali salva-vita. Dal punto di vista molecolare, un gel è definibile come un reticolo 3D di molecole che ha la peculiarità di riuscire a trattenere una fase liquida al suo interno. Ciò è valutabile tramite strumenti reologici come il rapporto tra il contributo viscoso e quello elastico,G’’/G’ che, per soddisfare la definizione reologica di organogel “forte” deve essere minore o uguale di 0.1. In questo lavoro è stato analizzato l’ effetto che hanno organogelatori a basso peso molecolare (LMOGs) sul processo di solidificazione. Questi appartengono alla classe di gel fisici a basso peso molecolare e vengono utilizzati per influenzare il processo di gelificazione in applicazioni, che vanno dall’ imballaggio, contenitori di alimenti fino a dispositivi elettronici, in cui sono compresi i fotovoltaici organici. In questa tesi, la finalità principale è quella di valutare l’ effetto che un organogelatore ha nei blend polimerici isolante:semiconduttore per applicazioni bioelettroniche. In aggiunta, utilizzando agenti nucleanti disponibili in commercio come 1,3:2,4-di-O-methylbenzylidene-D-sorbitol (MDBS), 1,3:2,4-di-O-dimethylbenzylidene-D-sorbitol (DMDBS) e Tris-tert-butyl-1,3,5-benzenetrisamide (IRGACLEAR XT 386) è stato possibile controllare la solidificazione del blend isolante:semiconduttore. Nello specifico, gli organogelatori sono stati un mezzo per poter controllare la struttura del blend, le sue proprietà viscoelastiche e una stabilità raggiungendo la desiderata consistenza in un tempo breve, poichè inducono la gelificazione di una soluzione polimerica con una fase di raffreddamento, mentre non hanno effetto significativo in sistemi ad alte temperature. Il fine ultimo di questo progetto è quello di ottenere un gel organico che può essere modellato da una stampante 3D, controllando la morfologia strutturale finale e, in particolare, la sua viscosità per applicazioni ingegneristiche tissutali.