Synthese von modifizierten anorganischen Nanopartikeln für polymere Nanokomposite

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Hydrophobisierung anorganischer Nanopartikel für die Herstellung von Nanokompositen. Aufgrund der großen, reaktiven Oberfläche neigen Nanopartikel zur Aggregation, besonders in hydrophoben Medien. Literaturbekannte Verfahren der nachträglichen Modifizierung bereits existierender Partikeln führen nur teilweise zu gut redispergierbaren Partikeln in hydrophoben Medien. Da die Hülle erst nach der Partikelbildung erzeugt wird, läßt sich die Entstehung von Primäraggregaten nicht vermeiden. Die Neuheit der in dieser Arbeit angewandten Methode ist die Bildung der Partikelhülle vor der Entstehung der Partikel. Die Fällung der Nanopartikel innerhalb wäßriger Emulsionströpfchen schließt eine vorzeitige Aggregation der Partikel aus. Eine große Anzahl unterschiedlicher anorganischer Nanopartikel wurde hergestellt, deren Größe durch Variation der Syntheseparameter beeinflußt werden konnte. Ferner war es möglich, eine breite Variationsmöglichkeit der Art der Partikelhülle darzustellen, die sich als maßgeblich für die Kompatibilität zu einer Polymermatrix herausstellte. Die Kompatibilität zur Matrix ermöglichte eine einwandfreie Dispergierung von unterschiedlichen anorganischen Nanopartikeln im Kompositmaterial. Je nach Auswahl des anorganischen Materials können verschiedene Kompositeigenschaften, wie beispielsweise optische, elektrische, magnetische oder mechanische, beeinflußt werden. In dieser Arbeit wurde der Schwerpunkt auf eine erhöhte UV-Absorption gelegt, wobei sich auch eine verbesserte Schlagzähigkeit der Nanokomposite zeigte. Durch die hervorragende Dispergierung der Nanopartikel in der Matrix waren diese Nanokomposite hochtransparent.

The topic of this thesis is the hydrophobization of inorganic nanoparticles for the production of nanocomposites. Because of their large and reactive surface, nanoparticles tend to aggregate, especially in hydrophobic media. Procedures described in the literature are only partially successful in producing easily dispersable nanoparticles in hydrophobic media. The formation of primary particles cannot be suppressed as the shell is created only after particle generation. The novelty of the procedure investigated in this work is the production of the particle shell before particle formation. The precipitation of the nanoparticles inside aqueous emulsion droplets avoids aggregation of the particles. A large number of different inorganic nanoparticles were produced; their size can be controlled via the variation of the synthesis parameters. In addition, it was possible to produce a variety of compositions of the particle shell, which could increase compatibility with the polymer matrix. Properties of the composite, such as optical, electrical, magnetic, or mechanical ones, can be controlled through the selection of different inorganic materials. In this work, the focus is put on increased UV-absorption, through which the impact toughness of the nanocomposites was also improved. Due to the perfect dispersion of the nanoparticles in the matrix, these nanocomposites are highly transparent.