Erzeugung funktional gradierter Latexfilme durch ortsabhängige Vernetzung und plasmainduzierte Metall-Nanopartikel-Synthese

Römermann, Heike

Wasserbasierte Polymerdispersionen, auch als Latex bekannt, gehören zur Kategorie Beschichtungsstoffe und finden unter anderem als Farben und Lacke Anwendung. Zu den Aufgaben einer Lackierung gehören sowohl die Bestimmung des äußeren Erscheinungsbilds durch Farbe und Glanz als auch der Schutz der Oberfläche eines Fabrikats. Außerdem können über die Lackierung die chemischen und physikalischen Oberflächeneigenschaften bewusst gestaltet werden. Moderne Lacksysteme müssen deshalb die unterschiedlichsten Anforderungen erfüllen, die oft, wie bei Autolackierungen, nicht mit einer einzelnen Lackschicht erreicht werden können. Durch die Herstellung von mehreren oder gradierten Lackschichten in einem Produktionsschritt können bestehende Eigenschaften, wie die Kratzfestigkeit, verbessert, Adhäsionsprobleme vermieden, Prozesszeiten verkürzt und Ressourcen geschont werden. Ziel der vorliegenden Dissertation war es, funktional gradierte Polymerfilme aus wässrigen Polymerdispersionen durch ortsabhängige Vernetzung oder (Selbst-)Schichtung von polymeren und in-situ erzeugten metallischen Nanopartikeln herzustellen und zu untersuchen. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung der Polymerfilme erfolgte mit (konfokaler) Raman-Spektroskopie. Die metallischen Nanopartikel wurden mittels UV-Vis-Spektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert. Im Rahmen der Untersuchungen zur ortsabhängigen Vernetzung wurden sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene trocknungsinduzierte Inhomogenitäten des pH-Werts sowie von Vernetzungen nachgewiesen, welche mittels Keto-Hydrazin-Vernetzungsreaktion erzielten wurden. Die inhomogenen Stoffverteilungen konnten durch viele Faktoren, wie die Glasübergangstemperatur des Polymers, den Einsatz von Rheologiemodifizierern und die Art des bei der Synthese verwendeten Tensids beeinflusst werden. Alle Faktoren üben einen Einfluss auf die Trocknungsdynamik von Polymerdispersionen aus. Des Weiteren wurden Gold- und Silbernanopartikel in-situ in trocknenden Polymerdispersionen erzeugt. Bei Gold wurde eine Schichtung mit den Goldnanopartikeln an der Oberfläche durch den Einsatz eines Disc-Jet-Plasmas erzielt. Bei Silber sowie bei Gold in höherer Konzentration wurden Metallschichten auf dem Polymerfilm erzeugt.

Water-based polymer dispersions, also known as latex dispersions, are usually dried to form films. Applications include household paints and varnishes amongst other things. Coatings have many different functions such as color, gloss, and protection. Furthermore, coatings enable us to design physical and chemical surface properties systematically. In modern coating systems the top and the bottom of the film often address different requirements (such as gloss and corrosion protection). These often cannot be met with a single layer. For instance, coatings in the automotive industry consist of three layers, which are applied in sequential processes. Besides procedural complexity this can imply complications, for example insufficient adhesion. The formation of a similar coating with different properties at the top and the bottom in a single step would be very attractive. Problems of adhesion between the layers would be avoided, processing time would be reduced, and other resources would be employed more economically. The process leading to such films is termed “self-stratification”. The aim of this work was to create and analyze functionally graded polymer films from aqueous polymer dispersions using spatially heterogeneous crosslinking reactions or incorporation of metallic nanoparticles produced in-situ with a cold plasma. Confocal Raman spectroscopy was used to analyze the spatially variable chemical composition. The metal nanoparticles were characterized with UV-Vis spectroscopy and scanning electron microscopy. Gradients in crosslinking density (employing keto-hydrazide coupling) were obtained building on drying-induced heterogeneities of pH and crosslinker density. Both in-plane and vertical gradients were observed. The composition distribution was influenced by the polymer’s glass transition temperature, the amount of thickener, and the type of emulsifier. Moreover, gold and silver nanoparticles were synthesized in-situ by exposing the drying film to a cold plasma. With gold nanoparticles a stratification with gold on the top was achieved by using a “disc-jet plasma”. When the concentration of gold or silver ions was increased, a metal-layer on top of the polymer film was formed.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Römermann, Heike: Erzeugung funktional gradierter Latexfilme durch ortsabhängige Vernetzung und plasmainduzierte Metall-Nanopartikel-Synthese. 2019.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:

Export