F&E Projekte am IMPE i. d. Gruppe für Polymere Materialien

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1 F&E Projekte am IMPE i. d. Gruppe für Polymere Materialien Dr. Toni Schneider Institute of Materials and Process Engineering (IMPE) Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften 1

2 IMPE Laboratorien Keramik Metalle Polymere Materialien Verfahrenstechnik Aufgabenfeld Keramische Materialien u. Schichten Schadensanalyse Modifizierung von Grenzund berflächen (Funktionelle Schichten, Nanokomposit- und Aerogel Materialien) Trennung von Stoffgemischen Klebstoffe seit August

3 IMPE Homepage 3

4 IMPE Homepage 4

5 Polymeric Nanocomposites Layered silicates as nano-sized fillers + layered silicate polymer separated phases (microcomposite) intercalation (nanocomposite) exfoliation (nanocomposite) 5

6 Polymeric Nanocomposites Montmorillonit, a layered silicate (nanoclay) 6

7 Polymeric Nanocomposites Modification of layered silicates with ion exchange layered silicate organic cation modified hydrophobic e.g. alkylammonium layered silicate 7

8 Polymeric Nanocomposites Polymer/layered silicate nanocomposites as barrier materials d polymer filler diffusion path transmission electron microscopy (TEM): polymer with layered silicate 8

9 Polymeric Nanocomposites Inorganic particles, e.g., Si 2, Ti 2 or Zn as nano-sized fillers polymer matrix surface modification dispersion in polymer nanocomposite H H Me 3 SiCl Me 3 Si SiMe 3 Si 2 - HCl Si 2 H H Me 3 Si SiMe 3 9

10 Polymeric Nanocomposites Sol-gel coating filled with Si 2 -nanoparticles unmodified nanoparticles surface modified nanoparticles 10

11 Sol-Gel Beschichtungen und Materialien heat coating Si/metal alkoxide solution coating xerogel film evaporation dense film heat gelling lyogel xerogel ceramics precipitating extraction of solvent sol spinning uniform particles aerogel furnace ceramic fibres 11

12 Herstellung von Sol-Gel Beschichtungen Was auf molekularer Ebene passiert Si(R) 4 + R'Si(R) 3 catalyst H 2 hydrolysis condensation organically modified silica sol 1. coating onto substrate 2. drying xerogel coating Examples for R and R': R= Methyl, Ethyl R'= C n H n+1, C 6 F 13 CH 2 CH 2 R' Si Si Si Si Si Si R' R' Si Si Si Si R' Si R' Si R' s u r f a c e 12

13 Superhydrophob beschichtetes Gewebe Beschichtetes vs unbeschichtestes Gewebe 13

14 Hydrophobe und Superhydrophobe Eigenschaften Wasserkontaktwinkel

15 Superhydrophob beschichtetes Gewebe Beschichtetes vs unbeschichtetes Gewebe 15

16 Antiadhesive Sol-Gel Beschichtung für den Spritzgussprozess konventionell: Teflon Beschichtung externe Anfertigung kostenintensiv neu: Sol-Gel Beschichtung interne Anfertigung kostengünstig 16

17 Nicht-verkalkende berflächen Beschichtete vs nicht beschichtete berfläche nach Verkalkung Glasplättchen Polyethylenplättchen 17

18 Antifreeze Beschichtung Mikroskopiebild von kristallisiertem Wasser und Wassertropfen bei -10 C 18

19 Antifreeze Beschichtung Testsystem der Eishaftung mit der Zugprüfmaschine 19

20 Antifreeze Beschichtung Enercon E-40 (Andermatt) Höchst gelegene Windenergie Anlage der Welt (2300m) Enteisung über Heissluftgeblässe in Rotorblättern M. Russi 20

21 Silane als Haftvermittler zu Kleb- und Kunststoffen Si R Si R Si Wasser / H + H R Si H R H H Si R H H Si R R R R Glas / Metalloberfläche H Kunststoff / Klebstoff R R R Si Si Si Glas / Metall H Kleb- / Kunststoff- berfläche H R Si R Si Glas / Metall R Si H R= -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 R= -CH 2 -CH 2 -CH 2 -H R= etc... 21

22 Polymere Nano-Beschichtungen als Adhäsionsvermittler zu Silikongummi C H 3 CH 2 CH 3 H CH 3 HC Si Si CH3 + H n m 3 C Si Si CH3 p q CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 + catalyst CH H 3 H Si H Si CH H Si 3 Si CH H H 3 CH 3 Si CH 3 CH Si Si 3 Si CH3 H 3 C berfläche H 3 C CH 3 CH 3 Si Si Si CH 2 CH CH 2 3 Si CH 3 H 3 C Si CH CH 3 3 CH H 3 C 3 Si Si H 3 C H 2 C H 3 C Si CH 3 CH Si H 2 C 3 CH 3 CH 2 H Si H 2 C Si CH H 3 Si Si CH H CH 3 CH 3 3 Si CH 3 CH 3 Si Si Si CH H 3 3 C berfläche 22

23 Polymere Nanobeschichtung als Adhäsionsvermittler zu Silikongummi Silikongummi auf Aluminium mit und ohne Haftvermittler 23

24 Photokatalytisch aktive Sol- Gel Beschichtungen Grafik: NanoX 24

25 Photokatalytisch aktive Sol- Gel Beschichtungen Mehtylenblau Spot unter Tageslichtlampe 25

26 Antimikrobielle Beschichtungen idealisierte Struktur von Silberpartikel eingebettet in amorphem Siliziumoxid Grafik: HeiQ Materials Ag TEM Aufnahme von Silberpartikel eingebettet in amorphem Siliziumoxid 26

structure of cell membrane and cell wall silver ions interact

27 Antimicrobial Silver colloids containing coatings Effect mechanisms of silver colloids 1 2 Silver ions disorganise structure of cell membrane and cell wall silver ions interact with nucleic acids 3 silver ions interact with enzymes and structural proteins 27

28 Sol-Gel Materials Aerogels H Si 2 H H Si 2 Si 2 H H H H H solution of precursors hydrolysis condensation condensation of sol particles sol gelation aging drying wet gel (lyogel) drying xerogel aerogel 28

29 Sol-Gel Materials Drying of aerogels Si 2 particle H H SiR 3 R 3 Si SiR 3 R 3 Si SiR 3 R 3 Si H H SiR 3 R 3 Si SiR 3 R 3 Si SiR 3 R 3 Si H H H H H H H H SiR 3 R 3 Si SiR 3 R 3 Si SiR 3 R 3 Si SiR 3 R 3 Si water organic phase containing R 3 SiR and R 3 SiSiR 3 29

30 Sol-Gel Materials Aerogel 30

31 Kontakt Dr. Toni Schneider Mitarbeiter des Institute of Materials and Process Engineering Tel: Fax: Sekretariat Christine Rhiel Tel: Fax:

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