@phdthesis{Gigant2005,
  author    = {Gigant, Karine},
  title     = {Raman-Spektroskopie hybridpolymerer Sol-Gel-Materialien : vom Sol bis zur Schicht},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-14994},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden durch den Sol-Gel-Prozeß hergestellte hybride Sole, Xerogele und Schichten mit Hilfe der Raman-Spektroskopie untersucht. Dazu wurden zun{\"a}chst die schwingungsspektroskopischen Zuordnungen f{\"u}r verschiedene Alkoxysilanen erg{\"a}nzt und zusammengefasst. Anschließend wurde die Hydrolyse vom Vinyltriethoxysilan (VTES) durch FT-Raman-Spektroskopie vom Sol bis zum Xerogel verfolgt. Weitere Untersuchungen an verschiedenen Xerogelen lieferten neue Erkenntnisse {\"u}ber charakteristische Raman-Banden des anorganischen Netzwerkes. Der zweite Teil dieser Arbeit richtete sich auf konfokale Raman-mikrospektroskopische Untersuchungen hybrider Schichten bez{\"u}glich der anorganischen und organischen Vernetzung. Zun{\"a}chst wurden Polymersubstrate untersucht. Es wurde experimentell festgestellt, dass die axiale Aufl{\"o}sung eines konfokalen Raman-Mikrospektrometers tats{\"a}chlich niedriger ist als bisher in der Literatur angenommen wurde. Bei Mikro-Raman-Untersuchungen an verschiedenen Schichtsystemen hat sich herausgestellt, dass die Schwingungsmoden des anorganischen Netzwerks im niederfrequenten Raman-Bereich leicht detektierbar sind. Die Lage der charakteristischen sogenannten T3/Q3-Bande im Raman-Spektrum der UV-geh{\"a}rteten Probe deutet allerdings auf einen niedrigeren Kondensationsgrad hin, als beim langsam luftgetrockneten Xerogel, was mit Hilfe von 29Si-Festk{\"o}rper-NMR-Messungen best{\"a}tigt wurde. Dar{\"u}ber hinaus konnte festgestellt werden, dass die Schichten einen h{\"o}heren Kondensationsgrad als die gleich behandelten Volumenproben aufweisen. Es wurde gezeigt, dass die gewonnenen Raman-spektroskopischen Erkenntnisse f{\"u}r die Erforschung und die L{\"o}sung von Vernetzungsproblemen hilfreich sein k{\"o}nnen. Nach einem kurzen {\"U}berblick der Mechanismen der organischen Vernetzung wurden zun{\"a}chst thermisch-hartbaren Schichtsysteme auf Glycidyloxypropyltrimethoxysilan-Basis durch Raman-Mikrospektroskopie untersucht. Die quantitative Auswertung des Umsetzungsgrades erfolgte nach einer Bandenanalyse der Ringatmungsschwingung des Epoxidrings. Es stellte sich heraus, dass die Polyadditionsreaktion nur sehr begrenzt stattfindet. Dagegen ist die Anhydridh{\"a}rtung unter den gleichen Bedingungen deutlich effizienter. Daneben wurde gezeigt, dass die an Volumenproben erhaltenen Ergebnisse, in Bezug auf die organische Vernetzung, nicht auf die entsprechenden Schichten {\"u}bertragen werden k{\"o}nnen. Bei den untersuchten UV-h{\"a}rtbaren Schichtsystemen konnte der Umsetzungsgrad mittels einer Bandenanalyse der reaktiven Gruppen erfolgreich ermittelt werden. Die Reaktivit{\"a}t der unges{\"a}ttigten Gruppen, wenn sie einer radikalischen Polymerisation ausgesetzt sind, folgt der Reihe: Allyl < Vinyl < Acrylat. Die Thiol-En-Addition bei den VTES / Mercaptopropyltrimethoxysilan-Schichtsystemen f{\"u}hrt zu h{\"o}heren Umsetzungsgraden der Vinylgruppen bei gleichen Bedingungen. Die Kinetik der Polymerisationsreaktion spielt also eine entscheidende Rolle bei der Vollst{\"a}ndigkeit der organischen Vernetzung. Ein weiterer Teil dieser Arbeit richtete sich auf die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von hybriden Schichten und deren Korrelation mit spektroskopischen Daten. In allen untersuchten Schichtsysteme demonstrierte die chemische Variation der beteiligten Komponenten, dass die organische Vernetzung und das anorganische Netzwerk stark miteinander wechselwirken. Somit ensteht ein Synergieeffekt, welcher der hybridpolymeren Schicht ihre mechanische Best{\"a}ndigkeit verleiht. Schließlich stellte sich heraus, dass die Mikroh{\"a}rte mit den spektroskopischen Daten verkn{\"u}pft werden kann. Bei allen Schichtsystemen zeigte sich eine starke Abh{\"a}ngigkeit von Mikroh{\"a}rte und H{\"a}rtungsdauer. Alle thermisch geh{\"a}rteten Schichten weisen eine sehr hohe Abriebfestigkeit sowie eine sehr gute Adh{\"a}sion auf Glas und Kunststoff auf, was ihren Einsatz als kratzfeste Schichten nahelegt. Die UV-h{\"a}rtbaren Schichtsysteme weisen zwar eine hohe Abriebfestigkeit auf, haften aber schlecht auf Polycarbonaten (PC). Die haftungs- / enthaftungsrelevanten Vorg{\"a}nge spielen sich an der Grenzfl{\"a}chen oder einer Interphase geringer Ausdehnung statt und k{\"o}nnen daher Raman-miskrospektroskopisch nicht erfasst werden. TEM-Aufnahmen zeigten deutlich, dass die schlechte Haftung auf PC auf die unzureichende Benetzung der Schicht auf dem Substrat zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass der Zusatz von einem Acrylat als Additiv zur Bildung einer Interdiffusionsschicht f{\"u}hrt, die die Haftung auf PC verbessert. Die Untersuchungen der Bewitterungsbest{\"a}ndigkeit beschr{\"a}nkten sich auf zwei UV-h{\"a}rtbare Schichtsysteme. Die Mikro-Raman-Spektren zeigten, dass zun{\"a}chst die organischen Komponenten der hybriden Schicht angegriffen und gesch{\"a}digt werden. Der Schutzeffekt von Lichtstabilisatoren und UV-Absorbern auf die organischen Komponenten des hybriden Netzwerks konnte ebenfalls spektroskopisch best{\"a}tigt werden.},
  subject      = {Sol-Gel-Verfahren},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Strohm2005,
  author    = {Strohm, Holger},
  title     = {Fl{\"u}ssigphasenabscheidung von Titandioxid auf Polymerlatex-Templaten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15767},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Es wurde der Einfluss einer Substratfunktionalisierung auf die Fl{\"u}ssigphasenabscheidung von TiO2 auf dispersen Polymerlatexpartikeln in w{\"a}ssriger L{\"o}sung untersucht. Als Partikelsubstrate wurden zwei verschiedene Polystyrol-Latizes verwendet: Ein Latex mit einer geringen negativen Oberfl{\"a}chenladungsdichte (PS-Latex) und ein carboxylatfunktionalisierter Latex (PSC-Latex) mit einer hohen Dichte oberfl{\"a}chengebundener Ladungen. Durch die Adsorption von Polyelektrolyten aus w{\"a}ssriger L{\"o}sung konnte eine systematische Variation der Oberfl{\"a}chenfunktionalisierung erreicht werden. Dazu war bereits die Adsorption eines einzelnen kationischen Layers bzw. eines Polyelektrolytionenkomplexes durch die sequentielle Adsorption eines kationischen und eines anionischen Polyelektrolyten ausreichend, um eine effektive Kontrolle der TiO2-Abscheidung erzielen. Die Adsorption der kationischen Polymere PDADMAC und PAH sowie der anionischen Polymere PAA und PSS wurde mittels Zetapotentialmessungen untersucht. Bei der Adsorption von PDADMAC bzw. PAH auf dem schwach negativ geladenen PS-Latex konnte die in der Literatur beschriebene {\"U}berkompensation der Oberfl{\"a}chenladung, die einen Vorzeichenwechsel des Zetapotentials zur Folge hat, nicht beobachtet werden. Ebenso f{\"u}hrte die zus{\"a}tzliche Adsorption von PAA nicht zu einer signifikanten {\"A}nderung des Zetapotentials. Dagegen war die Adsorption von PSS durch ein deutlich negatives Zetapotential nachweisbar. Die erfolgreiche Adsorption von PDADMAC und PAH auf den unfunktionalisierten PS-Partikeln konnte mit Hilfe des Fluoreszenzmarkers 4-PSA direkt nachgewiesen werden. Die Adsorption der Polyelektrolyte auf dem Carboxylatlatex war durch deutliche Verschiebungen im pH-Profil des Zetapotentials nachweisbar. Mit der Adsorption entgegengesetzt geladener Polyelektrolyte konnte eine Umladung der Partikel erreicht werden, die allerdings nur in begrenzten pH-Bereichen zu beobachten war. Voraussetzung f{\"u}r die Abscheidung geschlossener TiO2-Schichten auf den jeweiligen Latexpartikeln war eine geeignete Oberfl{\"a}chenmodifikation. Die TiO2-Abscheidung auf dem PS-Latex war stark von der Art der Polyelektrolytlayer und dem pH-Wert der LPD-L{\"o}sung abh{\"a}ngig. Durch die Adsorption von PDADMAC bzw. PAH wurde eine deutliche Erh{\"o}hung der Keimdichte auf der Oberfl{\"a}che erreicht. Die zus{\"a}tzliche Adsorption von PAA war notwendig, um geschlossene Schichten zu erhalten. Auf PSC-Partikeln wurde mit allen untersuchten Polyelektrolytmodifikationen die Abscheidung dicht geschlossene Schichten erreicht, so dass eine Beteiligung der oberfl{\"a}chengebundenen Carboxylatgruppen an der Schichtbildung nahe liegt. Dabei war die Morphologie der LPD-Schichten weitgehend unabh{\"a}ngig vom Zetapotential der Latexpartikel und es konnte kein einfacher Zusammenhang zwischen der Oberfl{\"a}chenladung des Substrats und der TiO2-Abscheidung herausgearbeitet werden. Es wurden deutliche Unterschiede in den TiO2-Abscheidungsraten auf den verschiedenen Polyelektrolytlayern gefunden. Die Abscheidung von glatten, gleichm{\"a}ßigen Schichten erfolgte dabei deutlich langsamer als die Bildung ungleichm{\"a}ßiger Schichten. Glatte Schichten wiesen in zu Beginn der Abscheidung eine hohe Keimdichte auf. Schichten mit ungleichm{\"a}ßiger Dicke entstanden durch schnelles, inselartiges Wachstum der Schicht ausgehend von einer niedrigen Keimdichte. Auf der Grundlage der Unterschiede in den Wachstumsgeschwindigkeiten der Schichten und dem Auftreten von homogenen Pr{\"a}zipitaten wurde ein Abscheidungsmechanismus durch Aggregation kolloidaler TiO2-Partikel aus homogener Nukleation in der L{\"o}sung diskutiert. Durch die Selbstorganisation einer Monolage von polyelektrolytfunktionalisierten Latexpartikeln an der Phasengrenze einer Octanolemulsion in Wasser konnten sph{\"a}rische Template mit einer geordneten Oberfl{\"a}chenstruktur f{\"u}r die Mineralisation von Hohlkapseln erzeugt werden. Durch die TiO2-Abscheidung auf den Latexpartikeln und in den Zwickeln der Monolage wurden Kompositkapseln in einem Gr{\"o}ßenbereich von 50-150 µm mit einer hierarchisch strukturierten Oberfl{\"a}che erhalten. Durch Aufl{\"o}sen des Polymertemplats in Toluol und Kalzinieren der Kompositkapseln wurden Hohlkugeln aus einem por{\"o}sen anorganische Ger{\"u}st erzeugt. Die Mikrostruktur der auf den selbstorganisierten Templaten abgeschiedenen TiO2-Schicht in Abh{\"a}ngigkeit von der Kalzinierungstemperatur wurde durch Stickstoffsorptionsmessungen sowie R{\"o}ntgendiffraktometrie charakterisiert und die photokatalytische Aktivit{\"a}t der getemperten Kapseln wurde anhand des UV-induzierten Abbaus von Dichloressigs{\"a}ure untersucht.},
  subject      = {Fl{\"u}ssiger Zustand},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Baumann2005,
  author    = {Baumann, Mario},
  title     = {Polymerbasierende elektrorheologische Fl{\"u}ssigkeiten und ihre haptische Wirkung in einem Modellaktorsystem},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-18237},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Herstellung von ER-Fluiden sowie deren Wirkung in einem Modellaktor. Bei den ER-Fluiden handelt es sich um partikelhaltige Fluide auf Basis von Polyacrylat, sulfonierten Polystyrolcopolymeren und Naphthalin-2-sulfons{\"a}ure. Da die Partikel f{\"u}r die ER-Fluide kommerziell nicht zur Verf{\"u}gung standen, wurden diese hergestellt und zu ER-Fluiden verarbeitet. Da es zu diesen Fluiden in der Literatur keine Informationen {\"u}ber die Materialeigenschaften gibt, war es notwendig, die Fluide in einem f{\"u}r die Elektrorheologie gebauten Rheometer zu charakterisieren. F{\"u}r das Elektrorheometer wurde eine Software eingesetzt, die eine standardisierte Vorgabe der Messbedingungen zul{\"a}sst und gleichzeitig die erhaltenen Messwerte erfasst. Neben der Charakterisierung im Rheometer erfolgt die Spezifizierung der haptischen Wirkung an einem Modellaktor (Plattenaktor). F{\"u}r die Tests mit diesem Plattenaktor wurde ein Kraftmesssystem konstruiert und die dazugeh{\"o}rige Software entwickelt und optimiert. F{\"u}r die Herstellung der ER-Fluide werden Partikel in der Gr{\"o}ßenordnung von 10 bis 40 µm ben{\"o}tigt. Die Partikel auf Polyacrylat- und Napthalin-2-sulfons{\"a}urebasis lassen sich wegen der Wasserl{\"o}slichkeit der Polymere durch Spr{\"u}htrocknen aus ihren Polymerl{\"o}sungen gewinnen. Bei den Fluiden mit Poly(natriumacrylat) konnte durch Variation des Wassergehalts der Partikel und deren Konzentration im Fluid die Gr{\"o}ße des ER-Schubmodul gesteigert werden. Die im elektrischen Feld auftretenden Stromdichten sind sehr klein und stellen somit kein Problem f{\"u}r eine Vielzahl von baugleichen Mikroaktoren dar. Das mittels Formaldehyd kondensierte Naphthalin-2-sulfons{\"a}ure Natriumsalz zeigt mit steigender Polymerkonzentration im Fluid den erwarteten Anstieg des ER-Effekts. Problematisch f{\"u}r die technische Anwendung dieses Materials als ER-Fluid ist die hohe Stromdichte, die erh{\"o}hte Sicherheitsmaßnahmen erforderlich macht. Bei den ER-Fluiden auf Basis von sulfonierten Polystyrolcopolymeren werden die Partikel durch Suspensionspolymerisation aus Styrol und Divinylbenzol hergestellt. Bei der Herstellung der Polymerpartikel wurden Parameter wie die Art der Kationen, die Sulfonierungsart, der Vernetzungsgrad und die chemische Zusammensetzung systematisch ge{\"a}ndert. So konnte gezeigt werden, dass durch den Einsatz von unterschiedlichen Kationen bei gleicher Polymerzusammensetzung und Sulfonierungsmethode der ER-Effekt bei den Natriumkationen f{\"u}r die geplante Anwendung am gr{\"o}ßten ist. Durch geeignete Wahl der Sulfonierungsmethode f{\"u}r das Polymer l{\"a}sst sich eine Steigerung des ER-Effekts bei gleicher Partikelgr{\"o}ße und gleichen Kationen erreichen. Schließlich hat auch die H{\"a}rte des Polymers einen Einfluss auf den ER-Effekt. Durch geeignete Wahl der H{\"a}rte des Polymers, der Sulfonierungsmethode und der Art der Kationen l{\"a}sst sich ein Maximum beim ER-Effekt erreichen. Dieses Maximum l{\"a}sst sich durch die Ver{\"a}nderung der Monomerzusammensetzung, wie der Substitution von Styrol durch trans-Stilben, steigern. Auch hier steigt mit zunehmender Partikelkonzentration im Fluid die Gr{\"o}ße des ER-Effekts. Bei der Betrachtung der Wirkung der Fluide im Plattenaktor zeigte sich, dass die Gr{\"o}ße des ER-Effekts im Schermodus, bestimmt im Elektrorheometer, z.T. verifiziert werden konnte. Die erreichte Kraftwirkung im Plattenaktor ist somit direkt proportional zur Gr{\"o}ße des ER-Effekts. F{\"u}r die Anwendung im Aktorsystem l{\"a}sst sich Poly(natriumacrylat)-ERF verwenden. Das ER-Fluid besitzt ein hohes zeitlich stabiles ER-Schermodul bei gleichzeitig niedriger Stromdichte. Einen zeitlich stabilen ER-Effekt weisen auch die sulfonierten Polystyrolcopolymere auf, jedoch ist die Stromdichte f{\"u}r die Anwendung deutlich zu hoch. Aus diesem Grund und wegen des kleineren ER-Effekts ist eine Verwendung des ER-Fluids auf Basis von Naphthalin-2-sulfons{\"a}ure nicht von Vorteil. Da die von mir verwendeten partikelhaltigen Fluide aufgrund des Dichteunterschieds zwischen den Partikeln und dem Fluid nicht sedimentationsstabil sind, ist eine Stabilisierung der Fluide durch bessere Dichteanpassung f{\"u}r die technische Anwendung im Aktor empfehlenswert. Aus den Versuchen ergibt sich, dass mit den ER-Fluiden Kr{\"a}fte bis 2,3 N bei 3 kV/mm (Gleichspannung) im Plattenaktor erreicht werden konnten. Daraus l{\"a}sst sich schlussfolgern, dass diese hergestellten ER-Fluide in einem miniaturisierten Aktorsystem Wirkung zeigen, sofern nur die Wirkfl{\"a}che, nicht aber die Elektrodengeometrie ge{\"a}ndert wird. Das Mikroaktorarray, welches auf dem Plattenaktor basiert, soll zur Darstellung von Festigkeitsverteilungen von Ultraschallelastogrammen dienen. Als weitere Anwendungsfelder f{\"u}r ein solches Array lassen sich technische Bereiche nennen, bei denen der Mensch durch die Umgebungen Gefahren ausgesetzt ist. In diese Rubrik fallen z.B. die Raumfahrt. Auch Bereiche, bei denen große Entfernungen {\"u}berbr{\"u}ckt werden sollen, wie Tele-Instandhaltung, Telemedizin und Teleshopping, w{\"a}ren zu nennen.},
  subject      = {Elektrorheologie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Katschorek2005,
  author    = {Katschorek, Haymo},
  title     = {Optimierung der Barriereeigenschaften hybridpolymerer Beschichtungssysteme},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16356},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Quellf{\"a}hige nat{\"u}rliche Schichtsilicate k{\"o}nnen nach vorheriger Modifizierung als nanoskalige Barrieref{\"u}llstoffe f{\"u}r hybridpolymere Beschichtungen eingesetzt werden. Durch Ionenaustausch nach der „Onium-Methode" wurden aus nat{\"u}rlichem Montmorillonit unterschiedlich modifizierte organophile Schichtsilicate hergestellt, die mit thermisch oder strahlenh{\"a}rtenden Barrierelacken vertr{\"a}glich sind. Als Modifizierungsreagenzien kamen neben aliphatischen auch olefinische und alkoxysilylfunktionelle Ammonium-Verbindungen zum Einsatz. Beschichtungen aus den modifizierten Barrierelacken zeigten teilweise deutlich verbesserte Sauerstoffbarriereeigenschaften. Ein signifikanter Einfluß auf die Wasserdampfbarriere war bei diesem F{\"u}llstoffanteil nicht festellbar. Die optische Transparenz der hybridpolymeren Barriereschichten wird auch durch Anteile von bis zu 5 Gew. \% an Schichtsilicat nicht nennenswert beeinflusst. Dies belegen UV-VIS-Spektren.Aufgrund der deutlichen Steigerung der Sauerstoffbarrierewirkung unter Beibehaltung der optischen Transparenz der Beschichtung stellt die Kombination von modifizierten Schichtsilicaten mit hybridpolymeren Barrierelacken daher eine interessante Alternative zu den bisher eingesetzten Barrieresystemen ohne F{\"u}llstoff dar. Der Einfluss von Lacklagerung, Lackkomponenten und H{\"a}rtungsbedingungen im Hinblick auf die Struktur und Sperrwirkung von Hybridpolymerschichten wurde im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht. Dabei wurden die Ergebnisse struktureller Untersuchungen durch 29Si, 13C- und 27Al-NMR-Spektroskopie mit Barrieremessungen korreliert. Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit der Optimierung von Migrationsschutzschichten. Hybridpolymere bieten neben einer Barrierewirkung gegen{\"u}ber Gasen und D{\"a}mpfen auch einen wirksamen Schutz gegen die Migration weiterer chemischer Substanzen, wie z.B. Weichmachern. Am Beispiel eines strahlenh{\"a}rtenden hybridpolymeren Lackes wurde {\"u}ber die Formulierung des Lackes eine Korrelation zwischen Migrations- und Sauerstoffbarrierewirkung hergestellt.},
  subject      = {Metallorganische Polymere},
  language  = {de}
}