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Charge-induced polymer coating of aerosol particles

Dipl.-Ing. Stephanie Duwe

 

Die Verstärkung von Epoxid-Polymeren mit Nanopartikeln führt zu Hightech-Materialien mit stark verbesserten Eigenschaften. Werden jedoch Nanopartikel in ein Epoxidharz eingebracht, so bilden sich Interphasen während des Härtungsprozesses aus – Bereiche um die Partikel herum, die andersartige Eigenschaften aufweisen. Abhängig vom Füllgrad können diese Interphasen das Eigenschaftsprofil des gesamten Komposits dominieren. Da der Einfluss der Interphasen von der Füllstoffmenge, den Materialien und den Prozessparametern abhängt, können die resultierenden Kompositeigenschaften kaum vorhergesagt werden.

Um ein präzises Design Nanopartikel-verstärkter Polymere zu ermöglichen wird eine andere Herangehensweise verfolgt. Die Nanopartikel werden in der Gasphase mit einer angepassten Schicht umhüllt bevor sie in die Polymermatrix eingearbeitet werden. Diese Schale der Core/Shell-Partikel kann dann im Hinblick auf Gestalt und Struktur, aber auch auf thermische und mechanische Eigenschaften hin, untersucht werden. Schlussendlich werden die thermischen und mechanischen Charakteristika der Nanopartikel-gefüllten Duromer-Komposite (z.B. Epoxidharz) mit künstlichen und natürlichen Interphasen verglichen und analysiert.

Um eine Schale auf eine Partikel aufzubringen, so muss diese gasgetragen vorliegen. Dies kann durch einen Bürstendosierer für kommerziell erhältliche Nanopulver geschehen oder durch eine direkte Bildung der Partikel im Aerosol, z.B. in der Flammensynthese, im Funkengenerator oder einem Zerstäuber für Suspensionen. Für die Beschichtung der Partikel wird hier eine ladungsinduzierte Polymerisation verwendet. Zu diesem Zweck werden die Partikel in einem Korona-Auflader elektrisch geladen. Wird ein monodisperses Aerosol gefordert, so können die Partikel mit einem Differentiellen Mobilitätsanalysator (DMA) klassiert werden. Die einfach geladenen Partikel werden anschließend mit einem Monomerdampf vermischt, was eine prompte Polymerisationsreaktion am Ort der Ladung zur Folge hat. Durch die Zahl der Ladungen, die verfügbare Menge Monomerdampf und die Verweilzeit wird die Dicke der Partikelschale kontrolliert.

 

 

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