Nanopartikel und Nanokomposite

Die Eigenschaften von Nanokompositen hängen stark von der Verteilung und der Einbindung der Nanopartikel in ihre umgebende Polymermatrix ab. Da dies von der Wechselwirkung zwischen den Partikeln und ihrer Umgebung abhängt, ist eine genaue Untersuchung der entsprechenden Grenzflächen notwendig, um Vorhersagen über die Eigenschaften der resultierenden Produkte zu treffen.

Im Rahmen des Projektes „Nanokomp“ wird aus diesem Grund die Funktionalisierung von kommerziell erhältlichen Nanopartikeln untersucht. Von regionalen Firmen verwendete Polymersysteme sollen dabei in den Anwendungsbereichen „Strukturen“, „Schichten“ und „Klebestoffe“ auf die Integration von Nanopartikeln untersucht werden. Jedes Polymersystem ist dabei verschieden und die Art der Nanopartikel jedoch vor allem ihre Funktionalisierung muss dem entsprechenden System angepasst werden. Dazu ist es notwendig, die Partikel im ersten Schritt in einem entsprechenden Lösungsmittel zu stabilisieren, bevor eine möglichst allgemeine Art der Anbindung von verschiedenen Liganden an die Partikel gefunden werden soll.
Ziel dabei ist es, für die Anwendungsgebiete mit ihren entsprechenden Polymeren spezifische Funktionalisierungen zu erarbeiten, welche die erwünschten Eigenschaften tragen, möglichst großtechnisch umsetzbar sind und allgemeine Rückschlüsse über die zugrunde liegenden Mechanismen erlauben.

Mit den entsprechenden Kenntnissen können so weitere zukünftige Funktionalisierungen generiert werden, um Eigenschaften gezielt einstellen zu können.

Um diese Ziele zu erreichen, werden potentielle Nanopartikel und ihre Interaktion mit möglichst kovalent an sie bindenden Liganden unter verschiedenen Reaktionsbedingungen untersucht. Dabei ist vor allem das verwendete Lösungsmittelsystem von großem Interesse, da selbst Rückstände großen Einfluss auf das Polymersystem ausüben.

Bei geeigneter Anbindung der Liganden an die Nanopartikel und deren Stabilisierung werden multifunktionale Liganden mit polymerisierbaren (Vinyl-, Acryl-, Glycid-, etc) oder Initiator-Gruppen in den Liganden verwendet, um für das jeweilige Polymer eine Vernetzung mit den Partikeln zu erreichen. Diese Vernetzung ist ein wichtiger Faktor für viele zu generierende Eigenschaften.
Produkte, für die auf diese Weise die Grundlage geschaffen werden soll, sind unter anderem risszähe Kunststoffe für den Auto- und Flugzeugbau. Durch den Einbau von harten Nanopartikeln soll erreicht werden, dass sich eventuelle Risse nicht weiter ausbreiten können.

Eine andere Art von beabsichtigten Produkten sind leitfähige Nanokompositkleber zur Vermeidung von elektrostatischen Entladungen. Dies soll durch die Perkolation von eingebrachten, leitenden Nanopartikeln ermöglicht werden.

Als dritte Produktgruppe sollen schmutzabweisende Nanokompositoberflächen dargestellt werden. Die abweisende Wirkung soll dabei durch eine Minimierung der Oberflächenenergie durch gezieltes Einbringen von entsprechend funktionalisierten Partikeln in die oberen Werkstoffschichten erreicht werden.


Forschungsgruppenleiter: Jun. Prof. Dr. Georg Garnweitner
Technische Universität Braunschweig - Institut für Partikeltechnik (iPAT)