Neue Techniken in der Funktionalisierung von elektrogesponnenen Fäden

Abstract

Nanostrukturen sind seit Anfang des Jahrhunderts deutlich stärker in den Fokus der Forschung gerückt und werden in Zukunft die Funktionalität von Materialien immer stärker dominieren. In dieser Arbeit werden zwei neue Methoden vorgestellt, um durch Elektrospinning erzeugte Fäden weiter zu verbessern. Im ersten Teil der Arbeit wird die Möglichkeit der Funktionalisierung von Polymethylmethacrylatfasern vorgestellt, die durch ersetzen der Methoxy-Gruppe durch Diaminopropan oder Ethyldiamin erreicht wird. Im zweiten Teil der Arbeit wird eine neue Synthese von keramischen Hohlfasern präsentiert, die aus einer Lösung und einer Kanüle erzeugt werden. Die Funktionalisierung von Polymethylmethacrylat basiert auf einem zweischrittigem Mechanismus, bei dem zunächst die Methoxygruppe des Esters durch ein Diamin ersetzt wird, um eine Verknüpfung zu den koordinierenden Gruppen zu ermöglichen. Durch Röntgenanalysen bestätigt sich, dass das bei etwa 10-20% aller Polymereinheiten eine Anbindung erfolgt. Nach der Bildung der Eisenkomplexe werden die Verbindungen in Lösung gebracht und nach dem gängigen Prinzip versponnen. Dabei zeigt sich, dass diese funktionalisierten Polymere bei der richtigen Wahl des Lösungsmittels verspinnbar bleiben. Durch Mößbauerspektroskopie lässt sich zeigen, dass der Einfluss auf die Kernumgebung gering ist und somit die Eigenschaften der Eisenionen grundsätzlich erhalten bleiben. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Synthese von keramischen Hohlfasern aus einer homogenen Polymer/Precursor-Lösung vorgestellt. Sie basiert auf der reaktionsgesteuerten Trennung der Reagenzien, die durch die Bildung von Siliziumdioxid aus Tetrachlorsilan und Luftfeuchtigkeit entsteht. Im anschließenden Kalzinierungsschritt kann nicht nur das Polymer entfernt werden, sondern auch die Oberflächenmorphologie beeinflusst werden und der Fadenradius verringert werden. Die Hohlfasern werden zusätzlich auf den Einfluss der Versuchsparameter geprüft, um den Prozess zu optimieren.