Herstellung von Nanohybridlatizes durch Miniemulsionspolymerisation

Abstract

In der heutigen Gesellschaft nehmen Polymere als Materialien mit vielseitigen maßgeschneiderten Anwendungseigenschaften im Alltag einen zentralen Stellenwert ein. Das in der Natur vorkommende Polymer, der Kautschuk, welcher als eine milchige Polymerdispersion vorliegt, galt als Vorbild für die Entwicklung der synthetischen Polymere. Die Herstellung eines Styrol-Butadien-Copolymeres durch eine Emulsionspolymerisation im Jahr 1927 legte den ersten Meilenstein in der Geschichte des Synthesekautschuks und zeugt noch heute vom großen Interesse auf dem Forschungsgebiet. In den letzten Jahren verschob sich der Schwerpunkt der Forschung im Bereich der Emulsionspolymerisation vermehrt in Richtung der Nanotechnologie und der Funktionalisierung von nanoskaligen Polymerpartikeln. Nanohybridpartikel, die aus einer anorganischen und einer organischen Polymer-Komponente bestehen, zeichnen sich im Allgemeinen durch besondere, verbesserte Materialeigenschaften aus. Die Materialien weisen die Charakteristika eines polymeren Materials auf, beispielsweise Zähigkeit oder Flexibilität, und verfügen zudem über die Eigenschaften eines anorganischen Feststoffs, wie Festigkeit, thermische Stabilität und Feuerbeständigkeit. Die Aufgabe dieser Dissertation besteht in der Herstellung von Polymerlatizes über eine Miniemulsionspolymerisation. Bei den Polymerlatizes handelt es sich um Hybridnanopartikel, die durch Verkapselung von nanoskaligen Böhmit-Teilchen in eine Polymermatrix aus Poly(Styrol-Butylacrylat-Acrylsäure) realisiert werden sollen. Es sollen zudem Untersuchungen zur Ermittlung der optimalen Prozesseinstellungen und Rezepturparameter, mit denen die Stabilität von Präemulsionen und Polymerdispersionen sichergestellt wird, durchgeführt werden. Des Weiteren soll die maximal zu verkapselnde Böhmit-Konzentration bei einer gleichzeitig möglichst effizienten und homogenen Verteilung des nanoskaligen Feststoffs evaluiert werden.

In today's society, polymers as materials with versatile, tailor-made application properties assume a central role in everydays life. The naturally occurring polymer, the rubber, which is present as a milky polymer dispersion, was regarded as a prototype for the development of synthetic polymers. The production of styrene-butadiene copolymer by emulsion polymerization in 1927 set the first milestone in the history of synthetic rubber and still bears witness today to the great interest in this field of research. In recent years, the focus of research in the area of emulsion polymerization has increasingly shifted toward nanotechnology and the functionalization of nanoscale polymer particles. Nanohybrid particles, which consist of an inorganic as well as an organic polymer component, are generally characterized by special, improved material properties. The materials exhibit the characteristics of a polymeric material, such as toughness or flexibility, and also have the properties of an inorganic solid, such as strength, thermal stability and fire resistance. The aim of this dissertation is the preparation of polymer latices by miniemulsion polymerization. The polymer latices are hybrid nanoparticles to be realized by encapsulating nanoscale boehmite particles in a polymer matrix of poly(styrene-butyl acrylate-acrylic acid). Investigations are also to be carried out to determine the optimal process settings and formulation parameters which ensure the stability of pre-emulsions and polymer dispersions. In addition, the maximum boehmite concentration to be encapsulated while simultaneously providing the most efficient and homogeneous distribution of the nanoscale solid is to be evaluated.