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Kontinuierliche Mikromischer-Synthese von größenkontrollierten Silicananopartikeln aus Natriummetasilikat

 
: Bendix, Andrea

:
Frontpage (PDF; )

Mainz, 2018, viii, 162 Seiten
Zugl.: Mainz, Univ., Diss., 2018
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000023639
German
Dissertation, Electronic Publication
Fraunhofer IMM ()
Mikromischer; Synthese; silica nanoparticles; nanoparticle; Nanopartikel

Abstract
Silicananopartikel sind in fast allen Bereichen des täglichen Lebens von Farben
bis hin zur Biomedizin zu finden. Sie lassen sich über einen Sol-Gel-Prozess
herstellen, der großtechnisch über einen Gelierungsprozess unter Verwendung
von Schewefelsäure und Natriummetasilikat abläuft.
Die so hergestellten Partikel liegen oft nicht als freie Partikel sondern als
Aggregate vor, wodurch nur die Eigenschaften der außen liegenden Partikel
vollständig genutzt werden können und es zu einer „Verschwendung“ von Ma-
terial kommt. Beim großtechnischen Prozess handelt es sich um einen dis-
kontinuierlichen Prozess. Die bekannten Probleme dieser Methode sind eine
unzureichende Vermischung der Reaktionslösung und die daraus resultierende
inhomogene Verteilung der Reaktanden und der Temperatur in der Lösung.
Um einen kontinuierlichen Prozess zu erhalten, wurde in dieser Arbeit ein
Trennschichtmikromischer speziell für die Reaktion von Natriummetasilikat
und Schwefelsäure entwickelt und angepasst. Dieser ermöglicht die Synthese
von unterschiedlich großen Silicananopartikeln. Um die erhaltenen Partikel in
Lösung zu stabilisieren, wurden zwei PEG-Silane unterschiedlicher Polymer-
kettenlänge verwendet. Bei Verwendung des längeren PEG-Silans entstanden
größere Partikel als bei Verwendung der selben Menge an PEG-Silan mit kür-
zerer Kettenlänge. Die stabilisierte Gesamtoberfläche skaliert mit der einge-
setzten PEG-Silan-Menge.

 

In nearly every part of daily life silica nanoparticles can be found. They can
be synthesized by the sol-gel process. For industrial synthesis the gelation of
sulfuric acid and sodium metasilicate is used.
Particles obtained by this process are mostly not free particles but bound in
aggregates. This leads to a dissipation of material as only the properties of
particles on the surface of the aggregate can be fully utilized. The industrial
synthesis is a discontinuous process with known disadvantage of mixing in
huge vessels leading to nonhomogeneous distribution of reactants and tempe-
rature.
In this thesis a micromixer with seperated layers was specially adapted for the
reaction of sulfuric acid and sodium metasilicate which could be executed as
continuous process. Different sized nanoparticles were obtained. To stabilize
the nanoparticles in solution two PEG silanes with different chain length were
employed. Using the same amount of PEG silane, particles with larger size
were obtained utilizing the silane with longer polymer chain. The stabilized
total surface scales with the amount of PEG silane applied.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-541034.html