c Aufbaureaktionen Aufbau von Kolloiden aus einer Lösung Entstehung und Zerstörung von Dispersionen

c Aufbaureaktionen Aufbau von Kolloiden aus einer Lösung Entstehung und Zerstörung von Dispersionen OSTWALD Reifung: größere Partikel wachsen auf Kosten kleinerer

c Aufbaureaktionen Aufbaureaktionen von Kolloiden in Lösung Ausfällung aus Lösung durch Zugabe eines Nichtlösemittels - Fällung von kolloidalem S aus Ethanol durch H 2 O-Zusatz - kolloid. Carotenoid (Lebensmittelfarbstoff) durch H 2 O- Zusatz zu in Aceton gelöstem Carotenoid Ionische Fällungsreaktion - Überschreitung des Löslichkeitsproduktes - zunehmende Oberflächenenergie bei sinkender Teilchengröße Hydrolyse von Organometall-Verbindungen - Herstellung von Silica-Sol nach Stöber-Prozess - Herstellung von TiO 2 -Solen Reduktion von Ionen zum Element mit anschließender Zusammenlagerung - Herstellung von Goldpurpur Polymerisation und Polykondensation von Monomeren zu Polymeren

c Aufbaureaktionen Keimbildung Änderung der freien Energie eines Keims mit der Größe; n= Zahl der Bausteine A) geringe Übersättigung B) hohe Übersättigung n c = kritische Größe, ab der die Keime wachsen Voraussetzung monodisperser Kolloide A) Löslichkeit grobdisperser Teilchen B) Keimbildungskonzentration C) maximale Übersättigung I) keine Keimbildung II) Bereich der Keimbildung III) Wachstum der Teilchen, keine weitere (La Mer-Diagramm) Keimbildung Gegenteil gut filtrierbare Niederschläge (wenige Keime, Alterung)

c Aufbaureaktionen Weitere Faktoren zur Herstellung monodisperser Systeme - Erzeugte Kolloide dürfen sich nicht zusammenlagern (Stabilisierung über Ladung oder Polymer) Salzkonzentration darf nicht zu hoch sein, verdünnte Lösungen!! - Da kleine Teilchen größere Löslichkeit besitzen, wachsen große Teilchen auf Kosten kleiner (Ostwald-Reifung) - Vorgehensweise zur Erzeugung von Nanokristallen: a) anfangs hohe Übersättigung spontane Bildung vieler Keime b) Absenken der Konzentration keine weitere Keimbildung c) geringe Konzentration aufrecht halten Partikel wachsen weiter

c Aufbaureaktionen Elementarsole z. B. Metallsole (Au, Ag, Pt): Herstellung durch Reduktion von Metallsalzlösungen mit Citrationen, Hyrazin, Hydroxylamin, Formaldehyd etc. Goldsole Erste Goldsole: fest/fest in Glas Goldrubinglas Cassiusscher Goldpurpur: Reduktion von Goldsalzlösungen mit Sn 2+ in saurer Lösung Absorptionsmaximum hängt vom Durchmesser der kolloidalen Teilchen ab Absorptionsmax. von Au- Solen in Abhängigkeit vom Durchmesser Herstellung und Farbe von Goldsolen A) HAuCl 4 -Lösung, 0,01 % B) Trinatriumcitrat-Dihydrat-Lösung, 1,0 %

c Aufbaureaktionen Schwefel-Sole (kolloidaler S als Insektizid und gegen Pilzerkrankung) a) Verdünnung ethanolischer S-Lösungen mit Wasser a) Komproportionierung in Wasser oder Luft SO 2 + 2 H 2 S 3 S + 2 H 2 O b) Zersetzung von Natriumthiosulfat-Lösung (Fixiersalz) mit verd. Säure Na 2 S 2 O 3 1/8 S 8 + Na 2 SO 3

c Aufbaureaktionen Silica-Sol Kondensation von Kieselsäure (Si(OH) 4 ) Herstellung von Silica aus Kieselsäure-Vorstufen Monodisperses Silica

c Aufbaureaktionen Möglichkeiten der Herstellung von SiO2-Nanopartikeln Stöber-Prozess: Hydrolyse von Tetraalkylorthosilicaten (z. B. Tetraethylorthosilicat, TEOS) Flammenpyrolyse von SiCl 4 bei 1000 C (z. B. Aerosil von Degussa) H 2 + O 2 + SiCl 4 SiO 2 + 4 HCl Chemische Reaktionen beim Stöber-Prozess

c Aufbaureaktionen Kolloidales ZnS (Fällung) Kolloidales CdCO 3 (Fällung) Kolloidales TiO 2 (Hydrolyse) Fe 2 O 3 (Fällung) Bariumferrit

c Aufbaureaktionen Polymerdispersionen Kunststoffproduktion 2000 weltweit: ca. 190 Mio. t ca. 200 Mrd. Umsatz Kunststoffproduktion nach Polymerklassen Polymerdispersionen nach Produktklassen

Latex Dispersionen

Latex - Dispersionen CH 2 CH CH 2 CH C O m O C 4 H 9 n CH 2 CH 2 m CH 2 CH O 2 2 C O CH 3 n

Emulsionspolymerisation zur Herstellung von Latex-Dispersion

c Aufbaureaktionen Typen sphärischer Nanopartikel A) Kompakte Kugeln (amorph oder kristallin) B) Kern-Schale-Kugeln C) Hohlkugeln D) Poröses Material

Morphologie von Latex - Teilchen

Verfilmung der Latex Polymer - Teilchen (Koaleszenz)

Verfilmung der Latex Polymer - Teilchen Film formation Minimum film-forming temperature MFT Latex-dispersion Beyond MFT Temperature, a homogeneous polymer film is formed elimination of water close sphere packing Depends on: Polymer composition particle deformation Surfactant (emulsifier) Particle size Particle morphology coalescence Film

Filmbildung (Koaleszenz)

Particle Coalescence (Film Forming Process) Latex particles at beginning of coalescence Starting coalescence (film forming) of anionic dispersion A2

Verfilmung der Latex Polymer - Teilchen

Verklebung Fliese Zementmörtel durch Dispersion

Redispersible Powders in Tile Adhesives only redispersible powders provide: - adhesion of tiles with sintered surface (E 0.5 %) - adhesion after 70 C storage (DIN 18156) Adhesion between sintered tile and mortar

Redispergierbare Pulver

c Aufbaureaktionen Verwendung von Polymerdispersionen : Anstrichstoffe (Kunststoffdispersions-, Latex-, Binderfarben) verhindert Kreiden, verbessert Untergrundhaftung, flexibel (keine Rissbildung), geringe Anschmutzneigung Bauten- u. Korrosionsschutz vermindert Wasserzutritt, Sperrwirkung gegenüber aggressiven Gasen Baustoffe (Fliesenkleber, Dünnbettmörtel, etc.) Haftvermögen, Flexibilität Papierherstellung Bindemittel, Oberflächenverbesserung Lederindustrie Zurichtung (Weichheit, Festigkeit, Hydrophobierung) Textil- u. Teppichbeschichtung Ausrüstung, Verfestigung Latexschaumformteile Klebstoffe etc.