title: Untersuchungen zu superhydrophobem und elastischem Verhalten von Poly(para-xylylen)en aus der Gasphase
Creators: name: Moss, Tobias
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2021
Subjects: subject: Poly(para-xylylen)
subject: Chemical Vapour Deposition
subject: Superhydrophobe Oberflächen
subject: 540

description: Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene neue Anwendungen für Poly(para-xylylen)-Polymere gezeigt. Dabei spielte neben der gezielten Strukturierung auf der makroskopischen Ebene auch die chemische Modifizierung im molekularen Bereich eine Rolle. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden die neuen Eigenschaften und Anwendungen hauptsächlich durch Modifikationen auf der makroskopische Ebene erzielt. Die Beschichtung von Partikeln, mit zum Teil komplexen Strukturen, erlaubte die Erzeugung von superhydrophoben PPX-Ober¬flächen. Hierbei hatte die Beschichtungsdicke einen enormen Einfluss auf die erzeugte Rauigkeit und damit auch auf das Benetzungsverhalten. So sind bei Beschichtungen im Nano-meterbereich sphärische Partikel von etwa 50 – 100 Nanometer Durchmesser ausreichend für die Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung. Für Schichtdicken über einem Mikrometer mussten jedoch komplexe Partikel wie Silberphosphat-Tetrapoden verwendet werden. Bei allen verwendeten Partikeln war deren Verteilung auf dem Substrat ein kritischer Parameter und entscheidend für die wasserabweisende Wirkung. Die Herstellung einer stabilen Dispersion, welche das gleichmäßige Aufbringen der Partikel auf dem Substrat ermöglichen würde, gelang aufgrund der Größe der Partikel noch nicht und weitere Versuche zur kontrollierten Verteilung der Partikel müssen folgen. Ein anderer Ansatz zur Erzeugung superhydrophober PPX-Oberflächen war das Elektrospinnen von löslichen Alkyl-PPXen. Dazu wurden diese bei einer sehr hohen relativen Luftfeuchtigkeit von über 70% versponnen, wodurch sich Poren auf den Fasern bildeten und die so erzeugte Rauigkeit führte zu Kontaktwinkeln von über 150°. Es konnte gezeigt werden, dass die wasser¬abweisenden Faser¬vliese sehr stabil waren. Proben zeigten nach zwei Jahren Lagerung bei Standard¬bedingungen keine Veränderungen und auch eine thermische Behandlung, welche die Alterung der Proben simulierte, führte zu keinen Veränderungen bei der Kontaktwinkel¬analyse oder der REM-Untersuchung. Durch die Verwendung eines elastischen Substrates wurde die mechanische Stabilität der Vliese nachgewiesen. Die Dehnung der Proben um 100% hatte keinerlei Auswirkung auf deren superhydrophobes Verhalten. Die einzigartige Herstellungsmethode von PPX nach der Gorham-Methode erlaubte die Beschichtung von komplexen Strukturen wie Schäumen. Dabei zeigte sich, dass die Monomer¬gasmoleküle in das Innere von Partikelschäumen diffundieren können. Das Entfernen des Matrixpolymers führte so zur inversen Schaumstruktur und erlaubte die Sichtbarmachung der Hohlräume und Defekte des Schaumes. Der Transfer dieses Konzeptes auf andere poröse Template wie Zuckerwürfel erlaubte schließlich die Herstellung von ultraleichten PPX-Schäumen mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Diese Schäume zeigten mit Wärmeleit-fähigkeiten von 28 mW/m K Isolationseigenschaften wie kommerziell erhältliche Dämm-materialien. Außerdem nahmen die Schäume selektiv große Mengen organischer Lösungs-mittel auf, sodass sie für die Trennung von wässrigen und organischen Flüssigkeiten geeignet waren. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden PPX-Polymere mit verbesserten mechanischen Eigen-schaften hergestellt. Diese wurde erreicht, indem Alkyl-PPXe mit Glasübergangstemperaturen unter der Gebrauchstemperatur mit Hilfe eines Vinyl-funktionalisierten PPX-Derivates quervernetzt wurden. Dabei zeigten die Butyl-Copolymer erst durch eine thermische Nachbehandlung, welche niedermolekulare Verbindungen entfernte, zu einer erhöhten Vernetzungsdichte und einer verringerten Kristallinität führte, hohe Bruch¬dehnungswerte von über 300%. Die wiederholte Dehnung der Proben um 100% führte zu einer Formveränderung von etwa 45%. Anders verhielten sich die Propyl-Copolymere. Hier wurden sehr hohe Bruch¬dehnungen von 300% auch ohne das Tempern der Proben erreicht. Die thermische Behandlung zeigte hier sogar den gegenteiligen Effekt und die mechanischen Eigenschaften verschlechterten sich. Das Pentyl-Copolymer brach bereits bei Dehnungen von 50%, sodass keine zyklischen Belastungstest möglich waren und keine weiteren Experimente mit diesem PPX-Derivat durchgeführt wurden. Die Hypothese die Kristallinität der Copolymere durch die Verwendung unterschiedlich langer Alkyl-Ketten zu reduzieren, konnte in einem ersten Versuch nicht bestätigt werden. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde ein Konzept für die Oberflächenmodifikation von PPX untersucht. Durch die Behandlung mit UV-Licht oder Plasma konnte das PPX oxidiert werden, sodass hydrophile Gruppen eingebaut wurden. Diese ließen sich in ATRP-Initiatoren über-führen, sodass PNIPAM auf die PPX-Oberfläche gegraftet werden konnte. Diese Modifikation führte aufgrund der LCST des PNIPAM zu einem temperaturabhängigen Benetzungsverhalten der PPX Oberfläche. Bei niedrigen Temperaturen lagen die Kontaktwinkel bei 77° während bei Temperaturen über der LCST Kontaktwinkel von 106° erhalten wurden. Die Kontrolle des Benetzungsverhaltens ist für viele Anwendungen wie der Arzneimittelfreisetzung oder der Medizintechnik von großem Interesse, weshalb dieses Konzept weiter ausgearbeitet werden sollte.