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Autoren: Zhang, Yang
Titel: The fabrication and application of semi-crystalline and thermoset-thermoplastic composite colloidal particles with well-defined microstructures
Online-Publikationsdatum: 14-Feb-2014
Sprache des Dokuments: Englisch
Zusammenfassung/Abstract: Die Zielsetzung der Arbeit besteht darin, neue Ansätze zur Herstellung strukturierter Kompositpartikel in wässrigem Medium zu entwickeln, welche als die Bildung genau definierter heterogener Strukturen in Kolloidsystemen angesehen werden können. Im Allgemeinen wurden zwei verschiedene Herangehensweisen entwickelt, die sich aufgrund des Ursprungs der gebildeten heterogenen Strukturen unterscheiden: Heterogenität oder Homogenität. Der Erste Ansatz basiert auf der Aggregation heterogener Phasen zur Bildung strukturierter Kolloidpartikel mit Heterogenität in der zugrunde liegenden Chemie, während der Zweite Ansatz auf der Bildung heterogener Phasen in Kolloidpartikeln aus homogenen Mischungen heraus durch kontrollierte Phasenseparation beruht.rnIm Detail beschäftigt sich der erste Teil der Dissertation mit einer neuen Herstellungsmethode für teilkristalline Komposit-Kolloidpartikel mit hoher Stabilität basierend auf der Aggregation flüssiger Monomertropfen an teilkristalline Polyacrylnitrilpartikel. Nach der Aggregation wurden hochstabile Dispersionen bestehend aus strukturierten, teilkristallinen Kompositpartikeln durch freie radikalische Polymerisation erhalten, während ein direktes Mischen der PAN Dispersionen mit Methacrylat-Polymerdispersionen zur unmittelbaren Koagulation führte. In Abhängigkeit von der Glastemperatur des Methacrylatpolymers führt die anschließende freie radikalische Polymerisation zur Bildung von Rasberry oder Kern-Schale Partikeln. Die auf diese Weise hergestellten Partikel sind dazu in der Lage, kontinuierliche Filme mit eingebetteten teilkristallinen Phasen zu bilden, welche als Sauerstoffbarriere Anwendung finden können.rnDer zweite Teil der Dissertation beschreibt eine neue Methode zur Herstellung strukturierter Duroplast-Thermoplast Komposit-Kolloidpartikel. Die Bildung eines Duroplastnetzwerks mit einer thermoplastischen Hülle wurde in zwei Schritten durch verschiedene, separate Polymerisationsmechanismen erreicht: Polyaddition und freie radikalische Polymerisation. Es wurden stabile Miniemulsionen erhalten, welche aus Bisphenol-F basiertem Epoxidharz, Phenalkamin-basiertem Härter und Vinlymonomere bestehen. Sie wurden durch Ultraschall mit nachfolgender Härtung bei verschiedenen Temperaturen als sogenannte Seed-Emulsionen hergestellt. Weitere Vinylmonomere wurden hinzugegeben und nachfolgend polymerisiert, was zur Bildung von Kern-Schale, beziehungsweise Duroplast-Thermoplast Kolloidpartikeln führte. Dabei findet in beiden Fällen zwischen der duroplastischen und der thermoplastischen Phase eine chemisch induzierte Phasenseparation statt, welche essenziell für die Bildung heterogener Strukturen ist. Die auf diese Weise hergestellten Kompositpartikel sind dazu in der Lage, transparente Filme zu bilden, welche unter geeigneten Bedingungen deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften im Vergleich zu reinen Duroplastfilmen bereitstellen.rn
The objective of this thesis is the exploration of new approaches to fabricate structured composite particles in aqueous environment, which can be seen as the formation of well-defined heterogeneous structures in colloids. In general, two different routes have been carried out based on the property of the source of colloidal heterogeneous structure: heterogeneity and homogeneity. The first one is based on the assembly of heterogeneous phases to form structured colloidal particles with heterogeneity in chemistry, while the latter one is based on the creation of heterogeneous structures in colloidal particles from homogeneous mixtures through a controlled phase separation process. rnIn detail, the first part of this thesis is about a novel fabrication method of structured semi-crystalline composite colloidal particles with high colloidal stability based on the assembly of liquid monomer droplets with solid semi-crystalline polyacrylonitrile particles. After assmelby, highly stable dispersions with structured semi-crystalline composite particles have been generated through free-radical polymerization, whereas direct blending of PAN dispersion with methacrylic polymer dispersion leads to immediate coagulation. Depending on the Tg of the methacrylic polymer, subsequent free-radical polymerization triggers the formation of raspberry shaped particles or core-shell shaped particles. As-prepared composite particles are able to form continuous films embedded with semi-crystalline domains, which can be used in the application of oxygen barrier. rnThe second part of this thesis is about a new preparation method of structured thermoset-thermoplastic composite colloidal particles. The formation of thermoset network and thermoplastic shell has been achieved in two steps through two different polymerization mechanisms separately: polyaddition and free radical polymerization. Stable miniemulsion containing bisphenol F based epoxy resin, phenalkamine based curing agent and vinyl monomers has been prepared by ultrasonication and cured at various temperatures to obtain seed emulsions. More vinyl monomers have been added afterwards and polymerized, which leads to the formation of core-shell shaped thermoset-thermoplastic composite particles. Chemically induced phase separation between thermoset phase and thermoplastic phase takes place in both steps, which is the essence for the creation of heterogeneous structures. As-prepared composite particles can form transparent films under proper conditions, which possess much better mechanical properties compared to pure thermoplastic films.rn
DDC-Sachgruppe: 540 Chemie
540 Chemistry and allied sciences
Veröffentlichende Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Organisationseinheit: Externe Einrichtungen
Veröffentlichungsort: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3695
Version: Original work
Publikationstyp: Dissertation
Nutzungsrechte: in Copyright
Informationen zu den Nutzungsrechten: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Umfang: 129 S.
Enthalten in den Sammlungen:JGU-Publikationen

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