Trotz vielseitiger ökologischer und wirtschaftlicher Vorteile von Wasser werden beim keramischen Nassformgebungsprozess Foliengießen auf Grund von Problemen bei der Herstellung homogener Schlicker industriell vorwiegend noch organische Lösungsmittel verwendet. Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung wässriger Schlickerzusammensetzungen, wobei ein grundlegendes Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen den Schlickerkomponenten (Lösungsmittel Wasser, keramisches Pulver, Dispergiermittel, Bindersystem) sowie deren Auswirkungen auf die Fließeigenschaften der Schlicker und die Grünfolieneigenschaften gewonnen werden sollte. Als keramisches Pulver wurde Bariumtitanat (BaTiO3) ausgewählt, da es eine Basiskomponente für die Herstellung keramischer Vielschichtkondensatoren, einem wichtigen Einsatzgebiet des Foliengießprozesses, darstellt. Grundlegende Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die BaTiO3-Partikel in Wasser nicht inert verhalten und es zur Freisetzung von Ba2+-Ionen sowie zu einem Anstieg des pH-Wertes ins Basische kommt. Auf Grund der Readsorption der Ba2+-Ionen auf den Pulveroberflächen weisen die Partikel auch im Basischen ein positives Zeta-Potenzial auf, dessen Größe aber nicht ausreicht, um eine elektrostatische Dispergierung der Pulverpartikel zu gewährleisten. Mit einem Polymethacrylat sowie einem Block-Copolymer konnten jedoch zwei Dispergiermittel ermittelt werden, die über einen elektrosterischen bzw. einen überwiegend sterischen Mechanismus eine gute Dispergierung des BaTiO3-Pulvers in wässrigen Suspensionen ermöglichen. Durch die Kombination der Dispergiermittel mit drei verschiedenen Bindertypen (je ein teil- bzw. voll-hydrolysierter Polyvinylalkohol als Lösungsbinder sowie ein Latex-Dispersionsbinder) sind vier wässrige Schlickersysteme mit sehr unterschiedlichen Fließeigenschaften (Newtonsch bis stark strukturviskos) entwickelt worden. Als Ursache der Fließcharakteristika konnten von der Additivkombination (Dispergiermittel – Binder) abhängige, spezifische "innere" Strukturen der jeweiligen Schlicker abgeleitet werden, die auf Wechselwirkungen zwischen den organischen Additiven, ausgelaugten Ba2+-Ionen und BaTiO3-Partikeln beruhen. Diese erhöhen die Viskosität der Schlicker bei kleiner bis mittlerer Scherbelastung und bestimmen somit deren Strukturviskosität. Die Strukturen konnten im Weiteren auch mit mikrostrukturellen Grünfolieneigenschaften korreliert werden, wobei eine starke "innere" Struktur die Verdichtung der Schlicker beim Trocknen behindert und dadurch zu einer geringen Pulverpackungs- und Gründichte sowie zu einer hohen Porosität und starken Oberflächenrauigkeit führt. Für den bei der Schlickerentwicklung wichtigen Einfluss des Binder- und BaTiO3-Gehaltes auf das Viskositätsniveau ist bei den Schlickern mit PVA-Binder eine exponentielle Abhängigkeit ermittelt worden, die im untersuchten Konzentrationsbereich in beiden Fällen primär durch die absolute Konzentration des auf den BaTiO3-Gehalt bezogenen Binderanteils im Schlicker bestimmt wird. Der Einfluss des Feststoffgehaltes ist dagegen im Vergleich zu dem des Binders gering. Da die Binderpolymere auch den Aufbau der Schlickerstrukturen mitbestimmen, wird durch deren Konzentration außerdem die Strukturviskosität der Schlicker beeinflusst, während diese von der Feststoffkonzentration nicht verändert wird. Bei Schlickern mit Latex-Binder zeigte sich, dass für die Abhängigkeit der Schlickerviskosität vom Binder- und Feststoffgehalt die Latexpartikel ebenfalls als Feststoff zu betrachten sind. Eine gute funktionelle Beschreibung konnte über eine Krieger-Dougherty-Gleichung erreicht werden. Die im Vergleich zu den PVA-Bindern geringere Viskosität des Latex-Binders ermöglichte dabei Schlicker mit deutlich höheren BaTiO3-Gehalten (~ 40-45 Vol.%) als bei Schlickern mit PVA-Binder (~ 25-30 Vol.%). Mit den in dieser Arbeit entwickelten Additivkombinationen stehen somit Schlickerzusammensetzungen mit spezifischen Fließeigenschaften für das wässrige Foliengießen zur Verfügung. Diese können auf der Basis der ermittelten Zusammenhänge zwischen Viskositätsniveau und Binder- bzw. Feststoffgehalt optimal und gezielt an die Anforderungen eines Gießverfahrens und der Grünfolien angepasst werden. Das über die abgeleiteten Schlickerstrukturen erhaltene, grundlegende Verständnis für die Einflüsse und Wechselwirkungen der Schlickerkomponenten ermöglicht im Weiteren, Probleme sowie spezifische Anforderungen eines Foliengießprozesses zu lösen. / Due to problems with the homogenization of water based slurries, organic solvents are still commonly used in industrial tape casting processes. In order to profit from the various economic and ecological advantages of water it was therefore the aim of this investigation to develop and characterize water based slurry compositions. Hereby a basic understanding of the interactions among the slurry components (water as solvent, ceramic powder, dispersant, binder system) and their influences on the flow properties of the slurries and the characteristics of the dried green tapes was to be gained. Barium titanate (BaTiO3) was chosen as ceramic powder, as it is the base component for most ceramic multi-layer capacitors, which are usually prepared by tape casting. Basic investigations have shown that the BaTiO3-powder is not stable in water. High amounts of Ba2+-ions are dissolved and the pH-value of the solution increases above 10. Because of the re-adsorption of the dissolved Ba2+-ions on the powder surface, the particles show a positive surface potential even under basic conditions. However, the potential is not high enough to guarantee an electrostatic dispersion of the particles. Good powder dispersion could be achieved with two polymeric dispersants, an electrosterically effective polymethacrylate and a predominantly sterically effective block-copolymer. The diverse combinations of the dispersants with three binders (a partially and a fully hydrolyzed polyvinyl-alcohol (PVA) as dissolved binders and a dispersion latex binder) enabled four slurry compositions with quite different flow properties (Newtonian to strong shear thinning). Specific "internal" structures of the slurries, which are based on attractive interactions among the organic additives, dissolved Ba2+-ions and the BaTiO3-particles, could be identified as the origin for the typical flow characteristics. The structures increase the viscosity of the slurries at low to moderate shear conditions and thus determine their shear thinning characteristics. Furthermore the structures could be correlated with microstructural green tape properties. A stronger structure impedes the gliding of the particles during the green tape densification of the drying process more thoroughly, therefore leading to green tapes with lower particle packing densities, a lower green density, higher porosity and a high surface roughness. Regarding the influence of both the binder and the particle concentration on the viscosity of the slurry, an exponential relationship could be determined for the slurries with PVA as binder. In both cases has the total amount of binder in the slurry, which was related to the amount of BaTiO3, been identified as the major factor of influence, while the influence of the particle concentration itself was comparatively small in the investigated range of slurry compositions. As the binder molecules also determine the makeup of the slurry structure, an influence of the binder concentration on the shear thinning characteristics was identified, whereas no influence of the particle concentration could be found. With the slurries containing the latex binder it has been shown that the binder particles have to be regarded as an addition to the solid loading. Accordingly, a modified Krieger-Dougherty-equation has been used to describe the relationship between the composition and the viscosity of the slurries. The much lower viscosity of the latex binder, compared to that of the PVA-binders, enabled slurries with much higher BaTiO3-contents (~ 40-45 vol.%) than in the slurries with PVA-binder (~ 25-30 vol.%). To sum up, the new slurry compositions provide a set of water based tape casting slurries with different flow characteristics. With the help of the relationships between the composition and the viscosity of the slurries, the slurry compositions can easily be adapted to the specific needs of a tape casting process and the required green tape properties. The derived "internal" structures of the slurries provide a basic understanding of the influences and interactions of the respective slurry components and help to meet the requirements of a tape casting process and to solve problems more stringently.

Mixed association of calix[4]resorcinarene with ethyl sulfonate groups on the lower rim and dimethylaminomethyl groups on the upper rim (CR) and cationic surfactant 4-aza-1-hexadecyl-azoniabicyclo[2.2.2]octane bromide (DABCO-16) is studied by methods of tensiometry, conductometry, potentiometry and NMR spectroscopy at fixed CR concentration and varied surfactant concentration. Beyond ca. 0.4 mM of DABCO-16, mixed aggregates enriched by CR are proved to be formed due to electrostatic forces, while beyond ca. 5 mM, aggregates enriched by surfactant occur due to the hydrophobic effect. Spectrophotometry monitoring of the solubilization of a hydrophobic dye, Orange OT, demonstrated that only the second type of mixed aggregate enriched by DABCO-16 is capable of binding the organic probe, while the mixed system where the surfactant is a minor component shows no binding capacity towards Orange OT. This finding can be used for the design of nanocontainers with controllable binding/release properties. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung von amphiphilen Polyurethanen mit Emulgatoreigenschaften für die Polymerisation hydrophober Monomere in wässriger Phase. Der Emulgator wurde mit kolloid- und polymerchemischen Methoden hinsichtlich seiner grenzflächenaktiven Eigenschaften sowie einer Strukturbildung in wässriger Phase charakterisiert. Die Emulsionspolymerisation mit dem polymeren PU-Emulgator am Beispiel von Styrol ist untersucht worden. Dabei sind die Partikelgrössen und deren Verteilung in Abhängigkeit von Reaktionsparametern mittels Photonen-Korrelations-Spektroskopie und durch Fluss-Feldfluss-Fraktionierung (F-FFF) bestimmt worden. Weiterhin wurde mittels Dilatometrie und Reaktionskalometrie die Polymerisationskinetik untersucht. Die Partikelmorphologie konnte durch Festkörper-NMR modelliert werden. Durch Atomic Force Microscopy (AFM) im Tapping mode konnte die Oberfläche und die Phasenseparation der polymeren Phasen charakterisiert werden. / This paper describes the synthesis of a reactive amphiphilic polyurethane, and its use as an emulsifier for the emulsion polymerization of styrene. The colloid properties and the structure of the emulsifier in the aqueous phase have been investigated. When the acrylic polymerization is carried out with hydrophobic monomers, we obtain a composite particle structure. The variation of particle size and particle size distribution as a function of the reaction parameters was measured by light scattering methods and Flow-fieldflow-fractionation (F-FFF) . Through investigation by dilatometry and reaction calorimetry it was possible to compare the polymerization process with that of common emulsion polymerization. Solid State NMR analysis allowed us to develop a core-shell model for the composite particle structure, and to determine the presence of an interphase layer between core and shell. Atomic Force Microscopy (AFM) methods were used to characterize the surface of the films, and tapping mode AFM was used to characterize the polymer phase separation on the micro scale.

I present an experimental study on the formation and dissociation characteristics of carbon dioxide (CO2) gas hydrates using Raman spectroscopy. The CO2 hydrates were formed from aqueous salt solutions with salinities ranging from 0-11 wt-%, and the salts used were sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), magnesium chloride (MgCl2) and calcium chloride (CaCl2). The experiments were conducted in a high-pressure vessel, in which the aqueous solution was pressurized with liquid CO2 to 6 MPa. First, I investigated how the addition of salts to a CO2-hydrate forming system inhibits the hydrate formation thermodynamically. For this purpose, the molar enthalpy of reaction between strongly and weakly hydrogen bonded water molecules was determined. I observed a decrease in the molar reaction enthalpy of up to 30 % for the highest salt concentration investigated. In addition, the influence of the salts on the solubility of CO2 in water was studied, which was reduced up to 40 %. The results showed that both properties could be well correlated with the effective mole fraction of salt in solution. Furthermore, the decrease in molar reaction enthalpy could be directly correlated with the equilibrium temperature of gas hydrates. This showed that the shift in equilibrium temperature induced by thermodynamic inhibitors was a direct result from the weakened hydrogen bonded network in the water-rich liquid phase before the onset of gas hydrate formation. Additionally, the growth mechanisms of CO2 hydrates were investigated by determining the amount of solid hydrate formed and the respective reaction constant. The reaction constant was not affected by the addition of salts, whereas the maximum amount of solid hydrate formed also showed a good correlation with the effective mole fraction. This finding leads to the assumption that salt does not affect the intrinsic growth mechanisms of hydrate formation, but that the weakened hydrogen bonded network leads to a decrease in the conversion of liquid water to hydrate and more water molecules stay in a liquid in the form of inclusions between the hydrate cages. Lastly, I analyzed the ratio of CO2 and water and the development of hydrogen bonds after the complete dissociation of hydrate. I observed a supersaturation of CO2 in the water-rich phase and found evidence that the excess CO2 exists as dispersed micro- or nanoscale liquid droplets in the liquid water-rich phase. The development of hydrogen bonds in the liquid water-rich phase was the same as before the hydrate formation. These results could be a possible explanation for the memory effect originating from residual nano- and mircodroplets. With this study, I aim to provide a better understanding of the mode of action of thermodynamic inhibitors and to contribute further insights to the controversially debated phenomenon of the memory effect.

Mixed association of calix[4]resorcinarene with ethyl sulfonate groups on the lower rim and dimethylaminomethyl groups on the upper rim (CR) and cationic surfactant 4-aza-1-hexadecyl-azoniabicyclo[2.2.2]octane bromide (DABCO-16) is studied by methods of tensiometry, conductometry, potentiometry and NMR spectroscopy at fixed CR concentration and varied surfactant concentration. Beyond ca. 0.4 mM of DABCO-16, mixed aggregates enriched by CR are proved to be formed due to electrostatic forces, while beyond ca. 5 mM, aggregates enriched by surfactant occur due to the hydrophobic effect. Spectrophotometry monitoring of the solubilization of a hydrophobic dye, Orange OT, demonstrated that only the second type of mixed aggregate enriched by DABCO-16 is capable of binding the organic probe, while the mixed system where the surfactant is a minor component shows no binding capacity towards Orange OT. This finding can be used for the design of nanocontainers with controllable binding/release properties. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung von amphiphilen Polyurethanen mit Emulgatoreigenschaften für die Polymerisation hydrophober Monomere in wässriger Phase. Der Emulgator wurde mit kolloid- und polymerchemischen Methoden hinsichtlich seiner grenzflächenaktiven Eigenschaften sowie einer Strukturbildung in wässriger Phase charakterisiert. Die Emulsionspolymerisation mit dem polymeren PU-Emulgator am Beispiel von Styrol ist untersucht worden. Dabei sind die Partikelgrössen und deren Verteilung in Abhängigkeit von Reaktionsparametern mittels Photonen-Korrelations-Spektroskopie und durch Fluss-Feldfluss-Fraktionierung (F-FFF) bestimmt worden. Weiterhin wurde mittels Dilatometrie und Reaktionskalometrie die Polymerisationskinetik untersucht. Die Partikelmorphologie konnte durch Festkörper-NMR modelliert werden. Durch Atomic Force Microscopy (AFM) im Tapping mode konnte die Oberfläche und die Phasenseparation der polymeren Phasen charakterisiert werden. / This paper describes the synthesis of a reactive amphiphilic polyurethane, and its use as an emulsifier for the emulsion polymerization of styrene. The colloid properties and the structure of the emulsifier in the aqueous phase have been investigated. When the acrylic polymerization is carried out with hydrophobic monomers, we obtain a composite particle structure. The variation of particle size and particle size distribution as a function of the reaction parameters was measured by light scattering methods and Flow-fieldflow-fractionation (F-FFF) . Through investigation by dilatometry and reaction calorimetry it was possible to compare the polymerization process with that of common emulsion polymerization. Solid State NMR analysis allowed us to develop a core-shell model for the composite particle structure, and to determine the presence of an interphase layer between core and shell. Atomic Force Microscopy (AFM) methods were used to characterize the surface of the films, and tapping mode AFM was used to characterize the polymer phase separation on the micro scale.

This report documents the selection of thermodynamic data for lead and lead compounds. Except for elemental lead, it is restricted to lead in the oxidation state +II (plumbous lead). Besides formation constants and, in part, enthalpies of formation and standard entropies, interaction coefficients for the correction of activity coefficients following the Pitzer formalism are provided. Aqueous complexes of lead with chloride, sulphate, and hydroxide are explicitly accounted for in the Pitzer model. Wherever possible, the validity of selected data is tested by recalculating experimental data. The presented data set is valid for 298.15K only.