Photochemisch induzierte Veränderung der Festigkeit von orangischen Nano-Agglomeraten und deren Messung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Submikropartikel organischer Substrate wurden mittels verschiedener Techniken in eine Gasphase definierter Zusammensetzung verteilt und mittels VUV-Strahlung oxidiert. Dabei entstehen bei guter Wahl der Substrate an der Oberfläche funktionalisierte Partikel, die sich für vielfältige Anwendungen eignen und zu neuen Produktformen und Produktionsprozessen führen können. Das Konzept dieses Vorhabens sah in einer ersten Vorbereitungsphase eine Zweiteilung der Forschungsarbeiten vor, in denen zum einen Aerosole organischer Kristallisate zur oxidativen Funktionalisierung verwendet wurden, zum andern an Polymerfilmen grundlegende mechanistische Fragen und analytische Probleme bearbeitet wurden. Die Verwendung von z.B. Anthracen-Kristallisaten ermöglichte es, geeignete Methoden der Aerosolpräparation auszuwählen und zu optimieren. Die Oxidation der Kristallisate führte zu den erwarteten primären Oxidationsprodukten und zur Eliminierung der Partikel durch Produktion gasförmiger Oxidationsprodukte. Die VUV-photochemisch initiierte Oxidation von Polystyrrol-Filmen führte zur Fragmentierung der Makromoleküle und zur Einführung Sauerstoff-haltiger funktioneller Gruppen, und die dabei auftretenden Mechanismen wurden im Rahmen einer Doktorarbeit untersucht und beschrieben. Wie erwartet, konnten die unter erleich2 terten experimentellen Bedingungen erzielten Ergebnisse weitgehend in den zweiten Teil des Projekts übertragen werden, in dem die Forschungsarbeiten auf die VUVphotochemisch initialisierte Funktionalisierung von Polystyrrol-Aerosolen konzentriert wurden. Die VUV-photochemisch initiierte partielle Oxidation von Polystyrrol-Partikeln in der Gasphase führt zur Hyroxyl-, Carbonyl- und Carboxyl-Funktionalisierung dieser Partikel, bei gleichzeitiger Verkleinerung der Partikeldurchmesser bzw. der Partikeldichte. Das Ausmass der Oberflächenoxidation ist erwartungsgemäss von der Strahlungsdosis abhängig, und kann damit sowohl über die Strahlungsdichte als auch über die Aufenthaltsdauer der Partikel im bestrahlten Reaktorvolumen gesteuert werden. Auf Grund der in der ersten Projektphase ausgeführten mechanistischen Untersuchungen, war auch bekannt, dass der Zusammensetzung der Gasphase bei der Funktionalisierung eine primäre Rolle zukommt. Für technische Entwicklungen ist diese Art der Oxidation aber zu wenig effizient, und der Oxidations-Prozess wurde auf der Basis einer Oxychlorierung ausgearbeitet. Funktionalisierte Polymerpartikel können zur Fixierung einer Vielzahl von Wirkstoffen durch kovalente Bindung verwendet werden. Erste Versuche zur sekundären Funktionalisierung wurden mit Erfolg durchgeführt. Carboxylierte Partikel können auch leicht in protischen Medien gelöst oder zumindest stabil dispergiert werden. Damit können neue Produktformen für farbgebende, agrochemische und pharmazeutische Produkte gefunden werden. Nächste Entwicklungsschritte betreffen die VUV-photochemisch initiierte Polymerisierung gasförmiger monomerer Substrate, die UVA-initialisierte radikalische Polymerisierung von an nanoskaligen Aerosolpartikeln oder Tröpfchen kondensierten Monomeren, sowie die Anwendung dieser Techniken auf dem Gebiet des Life Science- Engineering und der Nahrungsmitteltechnologie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- J. López Gejo, Dissertation, Fakultät für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik, Universität Karlsruhe (TH), Karlsruhe, 2005 APPLICATIONS OF THE VUV-PHOTOCHEMICALLY INITIATED OXIDATION FOR WASTE GAS TREATMENT AND SURFACE FUNCTIONALIZATION
- J. López Gejo, N.P. Manoj, S. Sumalekshmy, H. Gliemann, T. Schimmel, M. Wörner, A.M. Braun, Photochem.Photbiol.Sci. 5, 948-954 (2006) VACUUM-ULTRAVIOLET PHOTOCHEMICALLY INITIATED MODIFICATION OF POLYSTYRENE SURFACES: MORPHOLOGICAL CHANGES AND MECHANISTIC INVESTIGATIONS
- J. López-Gejo, H. Glieman, T. Schimmel, A.M. Braun, Photochem.Photobiol., 81, 777¿782 (2005) VACUUM-ULTRAVIOLET PHOTOCHEMICALLY INITIATED MODIFICATION OF POLYSTYRENE SURFACES: CHEMICAL CHANGES
- J. Salas Vicente. tesis doctoral, Universidad Politécnica de Valencia (Experimental work: Lehrstuhl für Umweltmesstechnik, Universität Karlsruhe (TH)), Valencia, 2006 MODIFICACIÓN FOTOQUÍMICA DE SUBMICROPARTÍCULAS EN AEROSOLES
- K Lee, J. Kunjappu, S. Jockusch, N.J. Turro, T. Widerschpan, J. Zhou, B.W. Smith, P. Zimmerman, W. Conley, Adv. Resist Technol. Proces. XXII, J.L. Sturtevant, ed., SPIE Vol. 5753 (SPIE, Bellingham, WA, 2005) AMPLIFICATION OF THE INDEX OF REFRACTION OF AQUEOUS IMMERSION FLUIDS BY IONIC SURFACTANTS
- K. Lee, S. Jokusch, N.J. Turro, R.H. French, R.C. Wheland, M.F. Lemon, A.M. Braun, T. Widerschpan, D.A. Dixon, J. Li, M. Ivan, P. Zimmerman, J.Amer.Chem.Soc., 127, 8320-8327 (2005) 157 NM .PELLICLES (THIN FILMS) FOR PHOTOLITHOGRAPHY. MECHANISTIC INVESTIGATION OF THE VUV AND UC-C PHOTOLYSIS OF FLUOROCARBONS
- N. Kockmann, S. Dreher, P. Woias, R. Wengeler, H. Nirschl, M. Heim, G. Kasper, A.M. Braun, S. Mall-Gleissle, K. Schaber, mstnews (1) 13-15 (2007) INTEGRATED PROCESS DEVELOPMENT IN MICRO PROCESS ENGINEERING
- S. Froeschke, A.P. Weber, G. Kasper, J. Salas Vicente, J. López Gejo, S.H. Bossmann, A.M. Braun, in "Handling of highly dispersed powders", E. Müller, C. Oestreich, eds., Shaker Verlab, Aachen, (2004), 201-208. MEASUREMENT AND MANIPULATION OF NANOAGGLOMERATE-STRENGTH BY PHOTOCHEMISTRY
