Beschichtungen aus Partikel-Polymer-Komposit-Filmen sind allgegenwärtig und sind auf den meisten im Alltag gebräuchlichen Gegenständen wiederzufinden. Am häufigsten begegnet man ihnen vermutlich als Farbe auf einer Oberfläche, wo sie nicht nur das Erscheinungsbild, also Farbton, Schimmer, Glanz und Textur verändern sondern auch funktionelle Eigenschaften, wie Wasser-, Wetter- und Schmutzbeständigkeit verleihen. Mindestens genauso wichtig sind Partikelbeschichtungen aber auch da, wo sie dem Auge verborgen sind, aber die Funktion einer Oberfläche grundlegend verändern können, wie z.B. auf Papier, wo sie die Tintenaufnahme ermöglichen oder als Katalysatorbeschichtungen, wo sie Kern der Funktionalität sind. Des Weiteren werden Partikel-Polymer-Beschichtungen auch in Lithium-Ionen-Batterien und Kondensatoren verwendet.
Für all diese Anwendungen ist die Morphologie, also die Art und Weise in welche sich Partikel und Polymer anordnen, von entscheidender Bedeutung für die Funktion der Oberfläche. Je nach Anwendung sind dabei unterschiedlichste Morphologien denkbar und wünschenswert. Dies hängt sowohl vom Verhältnis von Partikel und Polymer ab aber auch von der Partikelbeschaffenheit: Es sind poröse Strukturen, in welchem das Polymer hauptsächlich als Binder fungiert, denkbar oder Strukturen in denen die Partikel in das Polymer eingebettet sind. Die Partikel können hier mit und ohne Gradienten verteilt sein.
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Beispiele für unterschiedliche Morphologien; Links: Partikelfilm aus bimodal verteilten Silicapartikel mit gerimgem Polymeranteil; rechts: Beschichtung aus monodispersen Silicapartikeln mit Polymervolumenanteil von 40% |
Meist werden Partikel-Polymer-Komposit-Filme durch das Trocknen aus einer Dispersion hergestellt, in welcher das Polymer gelöst ist. Hierbei hat der Trocknungsprozess einen großen Einfluss auf die Morphologie des trockenen Films. Der Trocknungsprozess ist äußert komplex, sodass die Morphologieausbildung von vielen Faktoren beeinflusst wird: z.B. Sedimentation und Diffusion der Partikel sowie Diffusion des Polymers, das Phasengleichgewicht, Kapillarkräfte, Kolloidstabilität, sowie lateralen Stofftransportphänomen. Da die für die Funktionalität gewünschte Morphologie je nach Anwendung sehr unterschiedlich ist, ist es notwendig diese Mechanismen und ihr Zusammenspiel genau zu verstehen, sodass es möglich wird die Struktur eines Films -je nach anwendungsfall- genau einstellen zu können um die beste Funktionalität der Beschichtung zu erzielen.
