Seminar Flashcards
Silikonisierung
Verwendung von Silikon:
- Vielseitiges Material mit breitem Anwendungsbereich
- In der Elektronikindustrie für Dichtungen, Kabelisolierung und Schutzbeschichtungen
- In der Bauindustrie für Abdichtungen, Fugen und Dichtungen
- In der Medizintechnik für Implantate, Prothesen und medizinische Geräte
- In der Kosmetikindustrie für Hautpflegeprodukte und Make-up
Verwendung von Silikonisierung:
- Oberflächenbeschichtung mit Silikon für verschiedene Materialien
- Verbesserung der Gleitfähigkeit und Antihaft-Eigenschaften
- Anwendung in der Textilindustrie für wasserabweisende und atmungsaktive Eigenschaften
- In der Lebensmittelindustrie für Antihaft-Beschichtungen von Kochgeschirr
Herstellung (Polymerisationsreaktion) von Silikon:
- Ausgangsstoffe: Silicium (Silizium) und organische Verbindungen (z. B. Methylchlorid)
- Polymerisationsreaktion: Kondensationsreaktion zwischen Silanolgruppen (Si-OH) und Alkoxygruppen (R-O-) der organischen Verbindungen
- Katalysatoren und Beschleuniger können die Reaktion beeinflussen
- Prozesse: Kaltvernetzung (RTV-Silikon), Heißvernetzung (HTV-Silikon) und Additionsreaktion (LSR-Silikon)
- Ergebnis: Elastomere mit unterschiedlichen Härtegraden, je nach Anwendungsbereich.
Sekundenkleber
Was ist Sekundenkleber:
- Adhäsiver Klebstoff, der schnell aushärtet und starke Verbindungen erzeugt
- Wird auch als Cyanoacrylat-Klebstoff bezeichnet
Herstellung von Sekundenkleber:
- Hergestellt durch die anionische Polymerisation von Cyanoacrylaten
- Cyanoacrylate sind monomere Verbindungen, die zu Polymerketten reagieren
- Katalysatoren können die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen
- Der Prozess erfordert oft eine feuchtigkeitsreiche Umgebung: Haut wegen Amidgruppe oder Luftfeuchtigkeit
Verwendung von Sekundenkleber:
- Haushalt, Industrie, Medizin, Kriminalistik
+Raue, poröse Oberflächen
+z.B. auf Holz, Metall, Gummi, Porzellan etc
Worauf sollte man achten, wenn man diesen verwendet:
- Klebeflächen gründlich reinigen
- von Staub, Öl und Schmutz befreien
- Weniger ist mehr: Ansonsten verlängerte Trocknungszeit und Erschwerte Haftung
- auf ausreichende Trocknungszeit achten
- Hautkontakt vermeiden
Polylactid
Eigenschaften von Polylactid (auch Polylactid oder PLA genannt):
- Hohe Kratzfestigkeit, Transparenz, Glanzfaktor
- Biologisch abbaubares Polymer
- Hergestellt aus erneuerbaren Ressourcen wie Maisstärke oder Zuckerrohr
- Transparent, ähnlich zu Polystyrol
- Gute Festigkeit und Steifheit, beständig gegenüber Fett, Öl, Alkohol und Wasser
- Biokompatibel, häufig in medizinischen Anwendungen verwendet
- Niedriger Schmelzpunkt, was die Verarbeitung erleichtert
- Zugelassen für Lebensmittel
Verwendung von Polylactid:
- Einweggeschirr und -besteck, Trinkhalme, Verpackungsmaterial
- Lebensmittelverpackungen, da es lebensmittelecht ist
- Mulchfolie (Landwirtschaft)
- Medizinische Implantate und resorbierbare Nahtmaterialien
- 3D-Druck von Prototypen und umweltfreundlichen Produkten
Reaktionsmechanismus zur Herstellung von Polylactid:
- Polylactid wird durch die Polymerisation von Lactid-Monomeren hergestellt: Polykondensation
- Lactid ist ein cyclisches Dimer der Milchsäure (2-Hydroxypropansäure)
- Polymerisation kann durch Ringöffnungspolymerisation (ROP) erfolgen
- ROP erfolgt in Gegenwart von Katalysatoren, meist Metallverbindungen (z. B. Zinn(II)-octanoat)
- Während der Polymerisation öffnen sich die Ringe des Lactids, um lange Polymerketten zu bilden
Hinweis: Polylactid hat eine wichtige Rolle als umweltfreundliches Material und wird häufig als Ersatz für herkömmliche Kunststoffe verwendet, insbesondere wenn Biokompatibilität und biologische Abbaubarkeit gefragt sind.
Chitosan
Chitosan - Chitosan-Folie:
Eigenschaften:
- Biopolymer aus Chitin, gewonnen aus Schalen von Krebstieren (z.B. Krabben, Garnelen, Krebse)
- Biologisch abbaubar und umweltfreundlich
- Biokompatibel und antimikrobiell
- Hochgradig wasserabsorbierend
- Gute Film- und Barrierebildungseigenschaften
Vorkommen:
- Natürlich in den Exoskeletten von Krebstieren und Insekten
- Auch in einigen Pilzen und Pilzgeweben
Verwendung:
- Als Biomaterial in Medizin und Pharmazie (z.B. Wundheilung, Arzneimittelabgabe)
- In der Lebensmittelindustrie (Filmbildung, Beschichtung, Verpackung)
- In der Landwirtschaft (Pflanzenschutz, Düngemittel)
- In der Wasserreinigung und Abwasserbehandlung
Herstellung der Chitosan-Folie:
- Hauptsächlich durch Polymerisationsreaktion der Chitosanlösung
- Die Polymerisation kann durch chemische oder physikalische Methoden erfolgen
- Eine gängige Methode ist die Verwendung von Essigsäure als Lösungsmittel und Natriumhydroxid als Initiator
- Die Lösung wird zu einem Film ausgegossen und getrocknet, um die Chitosan-Folie zu erhalten.
Kupferkunstseide
Kupferkunstseide:
Eigenschaften:
- Leichtes und geschmeidiges Material
- Glänzende metallische Oberfläche
- Gute elektrische Leitfähigkeit
- Flexibel und formbar
- Anfällig für Oxidation und Verschleiß
Herstellung:
- Aus einem dünnen Kupferfilm wird Kupferdraht gezogen und zu einem Faden gesponnen
- Durch spezielle Beschichtungsverfahren wird die Kunstseide hergestellt
- Gebleichte Baumwolle wird in Cuoxam (Schweizer Reagenz) gelöst: Kupfersulfat + wasser + Ammoniak + Natronlauge
- Erspinnen der Filamente durch Trichterspinnverfahren
Färbung der Kupferseide:
- Bleichen in schwach alkalischen Hypochloritlösungen
- Neocarmin W→ dunkelblau
- Mischung von Rhodamin B extra und Alizarinreinblau FF → blau
- Mischung von Rhodamin B extra und Chrysophenin → orange
Anwendung
- Kleidung (Hemd, Jacke, Hose etc.)
- Unterwäsche
- Futterstoffe
- Accessoires
→ textiler Einsatz nur noch in Japan
Synthetische Klebstoffe bspw. Glyptalharz
Synthetische Harze:
● Untergruppe der Kunststoffe und organisch Natur
● meist durch Polykondensation hergestellt
Wichtige Vertreter:
● Polyesterharz = härtbare synthetische Harze
● Alkydharze (= synthetische Harze und sind Polyester
Glyptalharz
- Gehört zur Gruppe der Alkydharze
● Herstellung durch Polykondensation mehrwertiger Alkohole (z. B. Glycerin) mit Dicarbonsäure (z.B. Phthalsäure)
● Gehört zu den Duromeren = stark vernetzt
Eigenschaften:
● Polyesterharz resistent gegenüber z. B. schwachen Säuren und Laugen
● Alkydharze werden häufig modifiziert
● Glyptalharz sehr spröde und schlechte Löslichkeit
Verwendung:
● Glyptalharze heutzutage nur noch in geringen Mengen produziert
● Alkydharze stellen in ca. 30 % aller Beschichtungsstoffe das Bindemittel dar
● Polyesterharz: Griff beim Bügeleisen
● Glasfaserverstärkte Polyester z. B. Karosserieteile bei Fahrzeugen
Kunststoff aus Zitronensäure
Vorkommen und Gewinnung:
- Zitronensäure ist eine natürlich vorkommende organische Säure, die in vielen Früchten, insbesondere in Zitrusfrüchten wie Zitronen und Limetten, vorkommt.
- Sie kann durch Fermentation von Zucker oder Stärke mithilfe von Mikroorganismen wie Aspergillus niger gewonnen werden.
EIgenschaften und Verwendung von Zitronensäure:
- Zitronensäure ist eine farblose, kristalline Substanz, die gut in Wasser löslich ist.
- Zitronensäure hat auch Anwendungen in der pharmazeutischen Industrie, in Reinigungsmitteln und in Kosmetika.
Polykondensation:
- Die Polykondensation ist ein Prozess, bei dem Moleküle mit funktionellen Gruppen miteinander reagieren und Wasser abspalten, um eine polymerartige Struktur zu bilden.
- Bei der Herstellung von Kunststoffen aus Zitronensäure wird die Polykondensation eingesetzt, um die Zitronensäuremoleküle miteinander zu verknüpfen und einen Kunststoff zu erzeugen.
- Vernetzung = Viskosität nimmt zu , bis er ganz aushärtet
- Veresterung dieser Reaktion = Polykondensation –> Polyester / Polycitrat
*
OR = Struktur geht weiter
Hot Injection Methode
Hot-Injection-Methode:
Was ist das?
- Eine Synthesemethode zur Herstellung von Nanopartikeln in Lösung.
- Die Reaktion findet bei hoher Temperatur statt.
Verfahren:
- Eine Vorläuferlösung aus Metall- und Chalkogenidverbindungen wird erhitzt.
- Ein reaktives Lösungsmittel wird hinzugefügt, um die Bildung von Nanopartikeln zu fördern.
Cadmiumselenid (CdSe):
- Ein Halbleitermaterial, das aus Cadmium- und Selenidionen besteht.
- Bei Nanopartikelgrößen zeigt es Quanteneffekte, die seine optischen Eigenschaften beeinflussen.
Verwendung und was wird hergestellt?
- CdSe-Nanopartikel werden in der Optoelektronik und Photovoltaik eingesetzt.
- Die Hot-Injection-Methode stellt CdSe-Nanopartikel her, die in Größe und Form kontrolliert werden können.
Anwendung:
- CdSe-Nanopartikel werden für leuchtende Displays, Solarzellen und in der medizinischen Bildgebung verwendet.
- Die Methode ermöglicht die Synthese von maßgeschneiderten Nanopartikeln mit spezifischen Eigenschaften für verschiedene Anwendungen.
Gasphasensynthese von Nanopartikeln
Gasphasensynthese von Nanopartikeln:
Nanopartikel:
- Nanopartikel sind winzige Partikel mit Abmessungen im Nanometerbereich (1 bis 100 Nanometer).
- Sie können verschiedene Materialien umfassen, einschließlich Metalle, Oxide oder organische Verbindungen.
Herstellung von Nanopartikeln:
- Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von Nanopartikeln, einschließlich Gasphasensynthese.
- Gasphasensynthese ist eine Technik, bei der Partikel aus gasförmigen Vorläufermaterialien hergestellt werden.
Gasphasensynthese:
- Gasförmige Ausgangsstoffe werden in einem Reaktionsraum erhitzt, um chemische Reaktionen auszulösen und Nanopartikel zu bilden.
- Die Partikel wachsen, kühlen ab und werden schließlich gesammelt.
Nutzen in der Medizin:
- Nanopartikel haben ein enormes Potenzial in der Medizin, z. B. für gezielte Arzneimittelabgabe, Bildgebung und Diagnostik.
- Sie können in biokompatible Materialien eingebettet werden und so spezifische Zellen oder Gewebe gezielt ansprechen.
Nutzen und Gefahren von Nanopartikeln:
- Nutzen: Verbesserte Eigenschaften in verschiedenen Anwendungen, wie Elektronik, Katalyse, Medizin und Umweltschutz.
- Gefahren: Mögliche Toxizität und Umweltauswirkungen müssen untersucht und berücksichtigt werden. Der sichere Umgang mit Nanopartikeln ist wichtig, um potenzielle Risiken zu minimieren.
Solvothermal-Synthese
Solvothermal-Synthese:
Allgemeines:
- Eine chemische Reaktion, die in einer Lösung bei erhöhten Temperaturen und Druck stattfindet.
- Durch die Kontrolle von Lösungsmittel, Temperatur und Druck können gezielte Materialien synthetisiert werden.
Verwendung:
- Herstellung von Nanopartikeln, dünnen Schichten, Pulvern und komplexen Materialien.
- Häufig in der Materialwissenschaft, Nanotechnologie und Katalyse.
Züchtung von Kristallen:
- Die Solvothermal-Synthese ermöglicht die gezielte Züchtung von Einzelkristallen durch die präzise Steuerung der Reaktionsbedingungen.
Vorteile:
- Hohe Reinheit und Homogenität der synthetisierten Materialien.
- Kontrollierte Größe und Form der Partikel und Kristalle.
- Möglichkeiten zur Synthese von Materialien mit einzigartigen Eigenschaften: ZEolithe
Synthese anorganisch-organischer Hybridmaterialien
Synthese anorganisch-organischer Hybridmaterialien:
Hybridmaterialien:
- Kombination von anorganischen und organischen Komponenten in einem Material.
- Synergie der Eigenschaften beider Komponenten.
Zweck und Anwendungsgebiete:
- Hybridmaterialien können verbesserte mechanische, elektrische oder optische Eigenschaften haben.
- Anwendungen in der Katalyse, Elektronik, Medizin, Umweltschutz, und mehr: Flugzeug, Automobilindustrie
Synthese:
- Verschiedene Methoden wie Sol-Gel-Synthese, Hydrothermal-Synthese, In-situ-Polymerisation.
- Gezielte Kontrolle der Struktur und Eigenschaften durch die Wahl der Vorläufermaterialien und Reaktionsbedingungen.
Synthese von Zeolithen:
Struktur:
- Zeolithe sind kristalline, poröse Aluminosilikate mit einer regelmäßigen, dreidimensionalen Gitterstruktur.
- Ihre Struktur besteht aus Tetraeder- und Oktaeder-Einheiten, die Hohlräume und Kanäle bilden.
Eigenschaften:
- Hohe Oberfläche und Porenvolumen, wodurch sie große Moleküle adsorbieren können.
- Sie sind katalytisch aktiv und haben hohe thermische Stabilität.
- acide Zentren und hohe elektrostatische Kräfte innerhalb der Hohlräume
Synthese:
- Hydrothermal- oder Sol-Gel-Synthese sind gängige Verfahren zur Herstellung von Zeolithen.
- In der Hydrothermal-Synthese werden Silikat- und Aluminatquellen bei hohen Temperaturen und Druck in Wasser umgesetzt.
- In der Sol-Gel-Synthese erfolgt die Reaktion in einer Lösung bei Raumtemperatur.
Anwendungen:
- Katalyse in der petrochemischen Industrie zur Umwandlung von Rohölprodukten.
- Entfernung von Schadstoffen und Schwermetallen aus Wasser.
- Ionenaustausch in Wasserenthärtungssystemen.
- Molekularsieb in der Adsorption und Trennung von Gasen und Flüssigkeiten.
Chemische Gasphasenabscheidung
Chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD):
Funktionsweise (Reaktionskammer):
- Gasförmige Vorläuferverbindungen (Precursor) werden in die Reaktionskammer geleitet.
- Durch Zufuhr von Wärme oder Energie werden die Vorläuferverbindungen dissoziiert und reagieren miteinander auf der Oberfläche des Substrats.
- Dadurch bildet sich eine dünne Schicht des abgeschiedenen Materials auf dem Substrat.
Chemische/Physikalische Gasphasenabscheidung:
- Chemische CVD: Reaktion der Vorläuferverbindungen an der Oberfläche des Substrats (chemische Reaktionen).
- Physikalische CVD: Direkte Abscheidung durch Kondensation der Vorläuferverbindungen auf der Oberfläche (physische Prozesse).
Anwendungen:
- Herstellung von dünnen Schichten und Beschichtungen für Halbleiterbauelemente und Mikroelektronik.
- Fertigung von Diamantschichten, Metallschichten, Keramischen Schichten und mehr.
- Anwendung in der Solarzellen-, Optik- und Beschichtungsindustrie.
Vor- und Nachteile:
- Vorteile: Hohe Schichtqualität, präzise Steuerung der Schichtdicken und Zusammensetzungen, große Skalierbarkeit.
- Nachteile: Komplexes Anlagendesign und teure Ausrüstung, mögliche Kontaminationsprobleme, begrenzte Abscheidungsrate bei einigen Materialien.
Synthese keramischer Materialien
Synthese keramischer Materialien:
Definition:
- Keramische Materialien sind anorganische, nichtmetallische Verbindungen, die durch Sintern bei hoher Temperatur verdichtet werden.
Eigenschaften:
- Hohe Härte, Temperaturbeständigkeit und chemische Stabilität.
- Isolierende Eigenschaften (elektrisch und thermisch).
Keramische Rohstoffe:
- Natürliche Rohstoffe wie Ton, Feldspat, Quarz.
- Technische Keramik verwendet hochreine Metalloxide, Carbide, Nitride.
Anwendungsbereiche:
- Klassische Keramik: Geschirr, Fliesen, Sanitärprodukte.
- Technische Keramik: Hochleistungskomponenten in der Elektronik, Maschinenbau, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt.
Synthesemethoden - Grünkörper:
- Herstellung einer porösen, unfertigen keramischen Form.
- Pulverkompaktierung, Spritzguss oder Extrusion werden verwendet, um eine bestimmte Form zu erzeugen.
Sintern:
- Die Grünkörper werden in einem Ofen erhitzt, wodurch die Partikel verschmelzen und die Porosität reduziert wird, um eine dichte Keramik zu erhalten.
Polymer-Pyrolyse-Technik:
- Polymer wird mit keramischen Partikeln vermischt und zu einem Grünkörper geformt.
- Durch Erhitzen wird das Polymer abgebaut und es bleiben keramische Partikel zurück, die durch Sintern verdichtet werden.
Carbon Nanotubes
Carbon Nanotubes (CNTs):
Entdeckung:
- 1991 entdeckt von Sumio Iijima.
- Als längliche Hohlröhrenstruktur aus Kohlenstoffatomen, die in sich geschlossen oder offen sein kann.
Struktur und Eigenschaften:
- Bestehen aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten von Kohlenstoffatomen in einer sechseckigen Gitteranordnung.
- Außergewöhnliche mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften.
- Hohes Verhältnis von Länge zu Durchmesser, große spezifische Oberfläche.
Herstellung und Verwendung:
- Herstellung durch Arc-Entladung, Laser-Ablation oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
- Verwendung in der Elektronik, Nanotechnologie, Verstärkung von Verbundwerkstoffen und in der Medizin.
- nanostrukturierte elektronische Bauelemente wie Nanodioden,
- Biochemische Sensoren
- Feldemission
- künstliche Muskeln
Vorteile:
- Hohe Festigkeit und Steifigkeit.
- Ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit.
- Leicht und chemisch stabil.
Nachteile:
- Herstellung ist oft teuer und aufwendig.
- Schwierigkeiten bei der gezielten Funktionalisierung.
- Mögliche Toxizität und Umweltprobleme.
