Schwerpunkte

Kolloidchemie
Kolloidchemie umfasst die Synthese, Charakterisierung und Modifizierung kolloiddisperser Systeme. Sie bestehen aus fein verteilten festen Stoffen (Kolloiden) mit Teilchen im Größenbereich von einem Nanometer bis in den niedrigen Mikrometer-Bereich. Dabei sind die Teilchen als disperse Phase (Dispersion) verteilt. Thermodynamisch gesehen sollten kolloidale Lösungen mit vielen kleinen Teilchen zu energetisch günstigeren, größeren Teilchen koagulieren (ausflocken). Der gegenseitigen Annäherung der Kolloidteilchen können verschiedene Kräfte wie z.B. elektrostatische Abstoßung, sterische Hinderung oder das Vorhandensein großer Hydrathüllen (hydrophile Kolloide) entgegenwirken.
Ein Ziel der aktuellen Forschung besteht darin, über kollodiale Systeme neue Materialien mit interessanten Eigenschaften aufzubauen. Hierfür seien zwei Beispiele erwähnt, welche am Lehrstuhl für Bauchemie untersucht werden. Wässrige Dispersionen organischer Partikel können als kolloidales System betrachtet werden. Solche Dispersionen finden z.B. in Fliesenklebern ("Flexkleber") oder für Beschichtungen vielfältiger Art Verwendung. Durch geeignete Zusammensetzung der chemischen Komponenten bei der Synthese lassen sich die makroskopischen Materialeigenschaften des Coatings oder des Klebers maßschneidern. Dabei ist vor allem die Kombination anorganischer und organischer Partikel von Interesse. Abbildung 1 zeigt die ESEM (Environmental Scanning Electron Microscopy) - Aufnahme einer Styrol-Butylacrylat-Dispersion, welche durch Wasserentzug im Begriff ist, zu einem Film zu verschmelzen. 


Abb. 1:  Koagulierende Polymerdispersion.
           Abb. 2: Sol-Gel Prozess.

Ein weiteres, viel versprechendes Verfahren für den Aufbau neuer Materialien stellt der Sol-Gel-Prozess dar (Abbildung 2). Hierbei kondensieren reaktive Verbindungen als Sol (Kolloid) langsam zu einem fest vernetzten Gel, welches zunächst noch viel flüssige Phase enthält. Der Sol-Gel-Prozess wird zum Beispiel verwendet, um sehr reine Klinker-Phasen (Zement-Phasen) für die Grundlagen-Forschung herzustellen.
Die Stabilität Kolloiddisperser Systeme lässt sich sehr gut mit Hilfe von Zeta-Potential-Messungen verfolgen. Der Lehrstuhl für Bauchemie verfügt über ein Zeta-Potential-Messgerät, welches die Untersuchung konzentrierter Systeme mit Wasser-Feststoff-Faktoren von bis zu 0,3 erlaubt. Das Gerät arbeitet nach dem elektroakustischen Prinzip.