Selektiv adressierbare Grenzflächen in Papier über Faserpräfunktionalisierung

Mikolei, Joanna Judith (2024)
Selektiv adressierbare Grenzflächen in Papier über Faserpräfunktionalisierung.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026396
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26396

Kurzbeschreibung (Abstract)

Papier besitzt ein großes Potenzial für Spezialanwendungen wie zum Beispiel als Material zur Substitution von Einwegplastik oder im Bereich der Diagnostik sowie Sensorik. Diese Spezialanwendungen benötigen eine gezielte Gestaltung der Papierbenetzbarkeit, der Fluidverteilung, sowie der intrinsischen Papierporosität. Ziel dieser Arbeit war das Verständnis und die Kontrolle der Benetzbarkeit wie auch des Fluidflusses in allen Papierdimensionen, so wie die Papierporosität über die Verwendung von silicabasierten Beschichtungen. Dafür wurden, basierend auf Vorarbeiten, zwei Silicabeschichtungsstrategien optimiert (Dip-Coating) beziehungsweise entwickelt (Stir-Coating), die eine gezielte Silicaverteilung in allen Papierdimensionen und somit die Integration von komplexeren Benetzungsmustern ermöglichen. Das gezielte Einbringen von nanoskaligen Poren und somit die Gestaltung der spezifischen Papieroberfläche sowie Papierporosität erfolgte über mesoporöse Silicabeschichtungen. Basierend auf einem multi-methodalen Analyseansatz konnte, mit zum Teil für Papiere neu entwickelten Methoden, die Silicabeschichtungsbildung verstanden, sowie der Einfluss der Silicabeschichtungen und deren Verteilung im Papier auf die Benetzbarkeit wie auch auf den Fluidfluss auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene untersucht werden. Dadurch ließ sich zum Einen Wasser während Benetzungs- und Trocknungsprozessen im Papier lokalisieren und zum Anderen die wasserdirigierenden Eigenschaften der Silicabeschichtungen verstehen. Es wurden drei unterschiedliche Imbibitionsmechanismen identifiziert und der Einfluss der Silicabeschichtung auf diese analysiert. Die für Papier entwickelten Beschichtungsstrategien zur Kontrolle der Benetzbarkeit wie auch des Fluidtransportes konnten auf Baumwollfäden übertragen werden. Der Transfer auf Baumwollfäden ermöglichte die Integration von unterschiedlichen Funktionalitäten über die einfache Verknüpfung von verschieden funktionalisierten Fäden. Dies erlaubte den Aufbau von komplexen Fädennetzwerken in denen Fluide kontrolliert durchgeleitet werden können, was von Bedeutung für Multisensorik- und Diagnostikanwendung sein kann.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2024

Autor(en):

Mikolei, Joanna Judith

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Selektiv adressierbare Grenzflächen in Papier über Faserpräfunktionalisierung

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Andrieu-Brunsen, Prof. Dr. Annette ; Biesalski, Prof. Dr. Markus

Publikationsjahr:

29 Mai 2024

Ort:

Darmstadt

Kollation:

154, XXVII Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

27 November 2023

DOI:

10.26083/tuprints-00026396

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26396

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Paper has great potential for high-tech applications, for example as a material to replace disposable plastic or in the field of diagnostics and sensor technology. These special applications require a targeted design of the paper wettability, the fluid distribution, and the intrinsic paper porosity. The aim of this work was to understand and control wettability and fluid flow, as well as paper porosity in all paper dimensions. Therefore, silica-based coatings were deposited onto the paper fiber. Based on preliminary work, two silica coating strategies were optimized (dip coating) and developed (stir coating). These enable targeted silica distribution in all paper dimensions and thus the integration of more complex wetting patterns. The targeted introduction of nanoscale pores and thus the design of the specific paper surface and paper porosity was achieved using mesoporous silica coatings. Based on a multi-method analytical approach, it was possible to understand the formation of the silica coating and the influence of the silica coatings and their distribution in the paper on the wettability as well as on the fluid flow on a macroscopic and microscopic level using methods that were in part newly developed for paper. This multi method characterization approach allowed to localize water during wetting and drying processes inside the paper and to determine the water-directing properties of the silica coating. Three different imbibition mechanisms were identified and the influence of the silica coating on these was analyzed. The coating strategies developed for paper to control wettability and fluid transport could be transferred to cotton threads. The transfer to cotton threads made it possible to integrate different functionalities by simply linking differently functionalized threads. This allowed the construction of complex thread networks in which fluids can be passed through in a controlled manner, which can be important for multi-sensor and diagnostic applications.

Englisch

Freie Schlagworte:

Papierfunktionalisierung, Benetzbarkeit, Mikrofluidik, Nanoporen, Sol-Gel-Chemie, keramische Beschichtungen, Papierherstellung

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-263961

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Makromolekulare Chemie

Hinterlegungsdatum: