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

Zürcher FachhochschuleZürcher Fachhochschule 1

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


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

Zürcher Fachhochschule 3

IMPE Homepage


IMPE Homepage


Polymeric Nanocomposites

• Layered silicates as nano-sized fillers

layered silicate polymer

separated phases(microcomposite)

intercalation(nanocomposite) exfoliation

(nanocomposite)

+



• Montmorillonit, a layered silicate (nanoclay)



• Modification of layered silicates with ion exchange

layered silicate organic cation modified hydrophobic

e.g. alkylammonium layered silicate


Polymeric Nanocomposites• Polymer/layered silicate nanocomposites

as barrier materials

d‘

polymer

filler

diffusion path - - - - - - - -transmission electron microscopy (TEM): polymer with layered silicate



• 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



• Sol-gel coating filled with SiO2-nanoparticles

unmodified nanoparticles surface modified nanoparticles


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


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


Superhydrophob beschichtetes Gewebe

Beschichtetes vs unbeschichtestes Gewebe


Hydrophobe und Superhydrophobe EigenschaftenWasserkontaktwinkel

104° 153°


Superhydrophob beschichtetes Gewebe

Beschichtetes vs unbeschichtetes Gewebe


Antiadhesive Sol-Gel Beschichtung für den Spritzgussprozess

neu: Sol-Gel Beschichtung• interne Anfertigung• kostengünstig

konventionell: Teflon Beschichtung• externe Anfertigung• kostenintensiv


Nicht-verkalkende Oberflächen

Beschichtete vs nicht beschichtete Oberfläche nach Verkalkung

Glasplättchen Polyethylenplättchen


Antifreeze Beschichtung

Mikroskopiebild von kristallisiertem Wasser

und Wassertropfen bei -10°C



Testsystem

der Eishaftung

mit der Zugprüfmaschine



Enercon E-40 (Andermatt)

Höchst gelegene WindenergieAnlage der Welt (2300m)

Enteisung über Heissluft-geblässe in Rotorblättern

M. Russi


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


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


Polymere Nanobeschichtung als Adhäsionsvermittler zu SilikongummiSilikongummi auf Aluminium mit und ohne Haftvermittler


Photokatalytisch aktive Sol-Gel Beschichtungen

Grafik: NanoX


Photokatalytisch aktive Sol-Gel Beschichtungen

Mehtylenblau Spot unter Tageslichtlampe


Antimikrobielle Beschichtungen

TEM Aufnahme vonSilberpartikel eingebettetin amorphem Siliziumoxid

idealisierte Struktur von Silberpartikel eingebettetin amorphem Siliziumoxid

Grafik: HeiQ Materials Ag


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


„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


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


Sol-Gel Materials

• Aerogel


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]

http://www.impe.zhaw.ch

Documents

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