Kolloid-basierte Polymertemplate zur Herstellung hybrider und anorganischer poröser Architekturen

Ziel dieser Arbeit war die maßgeschneiderte Synthese hybrider und nanokompositärer Kern-Schale Polymerkolloide zur Herstellung poröser Architekturen. Die Grundlage hierfür bietet zum einen die starved-feed Emulsionspolymerisation als bewährte Methode zur Herstellung monodisperser Kern-Schale-Partikel mit gezielt einstellbarer Polymerzusammensetzung und definierten Kern-Schale-Verhältnissen. Zum anderen wurde das Verfahren der Schmelze-Scher-Organisation zur effizienten Herstellung freitragender kolloidal kristalliner Strukturen eingesetzt. Während der Schmelze-Scher-Organisation kommt es, durch Anlegen von Druck und Temperatur, zu einem radialen Fluss der Polymermasse und die Kern-Partikel bilden einen kolloidalen Kristall in einer Matrix des Schalenmaterials. Anschließend konnten durch eine selektive Entfernung des kolloidalen Kristalls als Templat hybride und anorganische poröse Architekturen generiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diese Strategie auf drei unterschiedliche Materialsysteme angewendet. Einerseits wurden selbstvernetzende kolloidal kristalline Filme auf Basis bifunktioneller Alkoxysilane hergestellt, welche anschließend durch eine thermische Behandlung in ein poröses Hybridmaterial überführt werden konnten. Andererseits wurden poröse Kohlenstoffmaterialien ausgehend von polyacrylnitril-haltigen Kern-Schale Partikeln hergestellt. Abschließend konnten poröse Siliciumcarbid Keramiken ausgehend von Allylhydridopolycarbosilanen mittels der eingesetzten Templat-Strategie hergestellt werden.

Scope of this work was the synthesis of hybrid and nanocomposite core-shell polymer colloids for the preparation of porous architectures. The foundation of this work is the starved-feed emulsion polymerization as a reliable method for the preparation of core-shell particles with a tailor-made polymer composition and distinct core-shell ratios. Furthermore, the melt-shear organization was applied for the preparation of self-supporting colloidal crystal structures. During melt-shearing which comprises an increase in temperature under application of moderate pressures, a radial flow profile for the polymer mass is induced and the core particles form a colloidal crystal structure inside the viscous polymeric shell material. Afterwards, the colloidal crystal as a template was removed selectively in order to obtain hybrid and inorganic porous architectures. Within the context of this work this strategy was applied to three different material systems. On the one hand self-crosslinking colloidal crystal films based on bifunctional alkoxysilanes were prepared and afterwards converted into a porous hybrid material by a thermal treatment. On the other hand porous carbon materials were prepared from polyacrylonitrile-containing core-shell particles. Finally, porous silicon carbide ceramics starting from allylhydridopolycarbosilanes were prepared by the established templating strategy.