F&E Projekte am IMPE i. d. Gruppe für Polymere Materialien
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F&E Projekte am IMPEi. d. Gruppe für Polymere Materialien
Dr. Toni Schneider
Institute of Materials and Process Engineering (IMPE)
Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
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Laboratorien AufgabenfeldKeramik Keramische Materialien u. Schichten
Metalle Schadensanalyse
Polymere Materialien Modifizierung von Grenz-und Oberflächen (Funktionelle Schichten, Nanokomposit- und Aerogel Materialien)
Verfahrenstechnik Trennung von Stoffgemischen
Klebstoffe seit August 2009
IMPE
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Polymeric Nanocomposites
• Layered silicates as nano-sized fillers
layered silicate polymer
separated phases(microcomposite)
intercalation(nanocomposite) exfoliation
(nanocomposite)
+
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Polymeric Nanocomposites
• Montmorillonit, a layered silicate (nanoclay)
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Polymeric Nanocomposites
• Modification of layered silicates with ion exchange
layered silicate organic cation modified hydrophobic
e.g. alkylammonium layered silicate
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Polymeric Nanocomposites• Polymer/layered silicate nanocomposites
as barrier materials
d‘
polymer
filler
diffusion path - - - - - - - -transmission electron microscopy (TEM): polymer with layered silicate
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Polymeric Nanocomposites
• Inorganic particles, e.g., SiO2, TiO2 or ZnO as nano-sized fillers
surfacemodification
dispersionin polymer
polymer matrix
nanocomposite
SiO2
OH
OHHO
HO
SiO2
OSiMe3
OSiMe3Me3SiO
Me3SiOMe3SiCl
- HCl
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Polymeric Nanocomposites
• Sol-gel coating filled with SiO2-nanoparticles
unmodified nanoparticles surface modified nanoparticles
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Sol-Gel Beschichtungen und Materialien
aerogel
sol
uniform particles
lyogelxerogel ceramics
xerogel film dense film
ceramic fibres
Si/metal alkoxidesolution
coatingheat
coatingevaporation
gelling
heat
extractionof solvent
precipitating
furnace
spinning
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Herstellung von Sol-Gel Beschichtungen
Was auf molekularer Ebene passiert
SiO
SiO
Si
Si
O O
Si
R' O
O
O
O O OSi
OR' O
O
O R'
Si
SiO
OSi
O
O
O
O
O
OSi
Si
OSi
O
OR'
R'O
O
R'
Si(OR)4 + R'Si(OR)3
catalyst H2O
hydrolysiscondensation
organically modified silica sol
1. coating onto substrate
2. drying
xerogelcoating
surface
Examples for R and R':R= Methyl, EthylR'= CnHn+1, C6F13CH2CH2
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Superhydrophob beschichtetes Gewebe
Beschichtetes vs unbeschichtestes Gewebe
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Hydrophobe und Superhydrophobe EigenschaftenWasserkontaktwinkel
104° 153°
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Superhydrophob beschichtetes Gewebe
Beschichtetes vs unbeschichtetes Gewebe
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Antiadhesive Sol-Gel Beschichtung für den Spritzgussprozess
neu: Sol-Gel Beschichtung• interne Anfertigung• kostengünstig
konventionell: Teflon Beschichtung• externe Anfertigung• kostenintensiv
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Nicht-verkalkende Oberflächen
Beschichtete vs nicht beschichtete Oberfläche nach Verkalkung
Glasplättchen Polyethylenplättchen
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Antifreeze Beschichtung
Mikroskopiebild von kristallisiertem Wasser
und Wassertropfen bei -10°C
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Antifreeze Beschichtung
Testsystem
der Eishaftung
mit der Zugprüfmaschine
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Antifreeze Beschichtung
Enercon E-40 (Andermatt)
Höchst gelegene WindenergieAnlage der Welt (2300m)
Enteisung über Heissluft-geblässe in Rotorblättern
M. Russi
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Silane als Haftvermittler zu Kleb- und Kunststoffen
R= -CH2-CH2-CH2-NH2
R= -CH2-CH2-CH2-OH
R= etc.……..
SiOO
R
O
SiOO
R
O
SiOO
R
O
SiOROH
R
OH
SiOHOH
R
OR
SiOROH
R
OH
SiOH
R
OSiO
R
OSi OHO
R
O
SiOH
R
OSiO
R
OSi OHO
R
O
Glas / MetallGlas / Metall
Kunststoff / Klebstoff
Wasser / H+
Glas / Metalloberfläche
Kleb- / Kunststoff-Oberfläche
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Polymere Nano-Beschichtungenals Adhäsionsvermittler zu Silikongummi
Si
CH3
OSi
H O
CH3
Si CH3
H
OSi
O Si CH3
OSi
H O
CH3
Si OH
CH3
SiH CH3
O
H
H3C
H3CSi
CH2 CH2
SiOOCH3
O
O Si
CH3
O
CH3
H3CSi
H3C
CH3H3C CH3
O Si
CH3
OCH3Si
O
H3C CH3
SiO Si O
CH3O Si
CH2 O
CH3H2C Si
CH3
HOSi
CH3
OHSi
O
CH3SiOSi
O
H2CCH3Si
CH3
OHSi
OCH3
Si H3C
CH3
H2CCH3 Si
CH3
O
CH3
Si O CH3
CH3
H
n
m CH3 Si
CH3
O
CH3
Si O CH3
CH3
CH
p
q
CH2
+
catalyst+
Oberfläche Oberfläche
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Polymere Nanobeschichtung als Adhäsionsvermittler zu SilikongummiSilikongummi auf Aluminium mit und ohne Haftvermittler
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Photokatalytisch aktive Sol-Gel Beschichtungen
Grafik: NanoX
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Photokatalytisch aktive Sol-Gel Beschichtungen
Mehtylenblau Spot unter Tageslichtlampe
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Antimikrobielle Beschichtungen
TEM Aufnahme vonSilberpartikel eingebettetin amorphem Siliziumoxid
idealisierte Struktur von Silberpartikel eingebettetin amorphem Siliziumoxid
Grafik: HeiQ Materials Ag
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Antimicrobial Silver colloids containing coatings
1
2
3
Silver ions disorganise structure ofcell membrane and cell wall
silver ions interact with nucleic acids
silver ions interact with enzymes and structural proteins
• Effect mechanisms of silver colloids
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„wet gel“(lyogel)
aerogelxerogel
solutionof
precursors
SiO2
OH
OHHO
HO
SiO2
HO
HO
SiO2
OH
OH
hydrolysiscondensation
sol
condensationof sol particles
gelation
aging
dryingdrying
Sol-Gel Materials
• Aerogels
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OH
OH
OHOH HO
HO
HO
HO OSiR3
OSiR3
OHOH HO
HO
R3SiO
R3SiO OSiR3
OSiR3
OSiR3
OSiR3R3SiO
R3SiO
R3SiO
R3SiO OSiR3
OSiR3
OSiR3
OSiR3R3SiO
R3SiO
R3SiO
R3SiO
SiO2 particle
water organic phasecontaining R3SiOR‘ and R3SiOSiR3
Sol-Gel Materials
• Drying of aerogels
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Sol-Gel Materials
• Aerogel
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KontaktDr. Toni Schneider
Mitarbeiter des “Institute of Materials and Process Engineering”
Tel: +41 58 934 6927
Fax: +41 58 935 6927
Email: [email protected]
Sekretariat
Christine Rhiel
Tel: +41 58 934 6797
Fax: +41 58 935 6797
Email: [email protected]
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