Prozesskette-Eigenschafts-Beziehungen einer nanopartikulären Beschichtung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel des Projektes war es im Rahmen der ersten und zweiten Förderperiode Zusammenhänge entlang der Herstellungsprozesskette von nanopartikulären Beschichtungen zu identifizieren, um anhand der gewonnen Erkenntnisse Beschichtungen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften gestalten zu können. Innerhalb der ersten Förderperiode wurden dafür vor allem die dispersen Eigenschaften, wie beispielsweise der Partikelherstellungsprozess und somit unter anderem die Kritallitgrößen, die Partikelgrößenverteilungen sowie die Partikelstabilität variiert. Aus den Ergebnissen konnten erfolgreich Beziehungen hinsichtlich der Strukturbildung und –eigenschaften abgeleitet werden. Aufbauend auf den daraus gewonnenen Erkenntnissen wurde in der zweiten Förderperiode der Einfluss von vor grenzflächenabhängigen Formulierungsparametern auf die Eigenschaften der Beschichtungen näher betrachtet. Neben der Untersuchung des Lösungsmitteleinflusses, lag der Fokus vor allem auf der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, indem Partikel modifiziert und mit einem organischen Additiven über unterschiedliche Strategien chemisch vernetzt wurden. Mechanische Eigenschaften wie die Härte, die Haftkraft zum Substrat und die Abriebbeständigkeit konnten verbessert. Durch die Weiterentwicklung von bestehenden Methoden und Etablierung neuer Methoden sowie die Variation unterschiedlicher Formulierungsparameter wie Additivkonzentration, Additivmolekülstruktur und Ligandenkonzentration konnten detaillierte Zusammenhänge entlang der gesamten Prozesskette erfolgreich identifiziert und systematisch untersucht werden. Unabhängig von der Vernetzungsstrategie zeigte sich für die Härte als Maß für die Anzahl an Partikel-Partikel-Vernetzungen in Abhängigkeit der eingesetzten Additivkonzentration ein Optimum. Für Vernetzungsadditivkonzentrationen unterhalb dieses Optimums (cAdditiv > cAdditiv,Optimum) sinken die Vernetzungsstellen aufgrund einer Überbelegung der Aminogruppen mit Vernetzungsadditiv, welches untereinander nicht mehr in der Lage ist zu vernetzten. Für eine bessere Anbindung an das Substrat und folglich höheren Haftfestigkeit, konnten Substrate erfolgreich oberflächenmodifiziert und ebenfalls über ein Additiv mit der partikulären Struktur vernetzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012): Einfluss von Prozessparametern auf die mechanischen Eigenschaften von nanopartikulären Beschichtungen. In: Chem. Ing. Tech. 84 (3), S. 328–334
Barth, N.; Schilde, C.; Kwade, A.
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(2013): Influence of particle size distribution on micromechanical properties of thin nanoparticulate coatings. In: Phys. Proc. 40, S. 9-18
Barth, N.; Schilde, C.; Kwade, A.
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(2014): Influence of electrostatic particle interactions on the properties of particulate coatings of titanium dioxide. In: J. Colloid Interf. Sci. 420, S. 80–87
Barth, N.; Schilde, C.; Kwade, A.
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(2015): Facile surface tailoring of metal oxide nanoparticles via a two-step modification approach. In: RSC Adv. 5 (75), S. 60993–60999
Kockmann, A.; Hesselbach, J.; Zellmer, S.; Kwade, A.; Garnweitner, G.
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(2015): Influence of TiO2 nanoparticle synthesis on the properties of thin coatings. In: Thin Solid Films 574, S. 20–27
Barth, N.; Zimmermann, M.; Becker, A. E.; Graumann, T.; Garnweitner, G.; Kwade, A.
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Nanopartikuläre Beschichtungen. Herstellung, Charakterisierung und Anwendung. Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2015. 1. Aufl. Göttingen: Sierke (IPAT-Schriftenreihe, 15)
Barth, N.
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2016): Verbesserung von Kunstharzbeschichtungen durch Nanopartikel mit maßgeschneiderter Oberflächenmodifizierung. In: Chem. Ing. Tech. 88, S. 958-966
Kockmann, A.; Hesselbach, J.; Schilde, C.; Kwade, A.; Garnweitner, G.
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(2017): Enhancement of the Mechanical Properties of Nanoparticulate Thin Coatings via Surface Modification and Cross-Linking Additive. In: Chem. Eng. Technol. 40 (9), S. 1561–1568
Hesselbach, J.; Kockmann, A.; Lüke, S.; Overbeck, A.; Garnweitner, G.; Schilde, C.; Kwade, A.
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(2018): Chemical Cross-Linking of Anatase Nanoparticle Thin Films for Enhanced Mechanical Properties. In: Langmuir 34 (21), S. 6109–6116
Salmatonidis, A.; Hesselbach, J.; Lilienkamp, G.; Graumann, T.; Daum, W.; Kwade, A.; Garnweitner, G.
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(2018): Process and Formulation Strategies to Improve Adhesion of Nanoparticulate Coatings on Stainless Steel. In: Coatings 8 (5), S. 156
Hesselbach, J.; Böttcher, A.-C.; Kampen, I.; Garnweitner, G.; Schilde, C.; Kwade, A.
