Responsive Coatings Made from Colloidal Building Blocks

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Dewald, Inna:
Responsive Coatings Made from Colloidal Building Blocks.
Bayreuth , 2017 . - 151 S.
( Dissertation, 2017 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT)

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Abstract

The main scope of this thesis was the investigation of stimuli responsive soft colloidal particles based coating materials. The soft colloids differed in their origin (natural or synthetic), stimulus responsiveness (pH, ionic strength or temperature), and architectural features (patchiness, crosslinking gradient, compartments). The main focus of this study was understanding fundamental aspects of the interplay between the surface, the colloid, and the changes in the environmental conditions, such as pH or ionic strength. Additionally, the collective properties of the coatings with regard to their architectural features were investigated. This work presents a broad range of coatings based on soft colloidal particles. The colloidal building blocks from water-soluble and stimuli-responsive macromolecules represent an interesting class of coating materials. Depending on the choice of the particle’s internal architecture, different aspects in the functionality of the resulting coatings can be enhanced. The coatings developed in this study are water-based systems with a user-friendly handling. Thus, they meet important requirements for an industrial scale processing and represent the first step toward the development of advanced coatings.

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Der Schwerpunkt dieser Doktorarbeit war die Untersuchung von stimuli-responsiven Beschichtungsmaterialen, welche auf weichen kolloidalen Partikeln basieren. Dabei unterscheiden sich die kolloidalen Systeme in ihrer Entstehung (natürlich vorkommend oder synthetisch), ihrer Reaktionsfähigkeit auf einen externen Stimulus (pH, Ionenstärke oder Temperatur) und den, durch ihre interne Architektur bedingten, Besonderheiten (Vernetzungsgradient, Unterteilung in Bereiche bzw. Kompartimente). Im Fokus dieser Untersuchung stand insbesondere das Verständnis fundamentaler Aspekte in Bezug auf die Wechselwirkung zwischen einer Oberfläche und den kolloidalen Partikeln, unter Berücksichtigung der externen Bedingungen wie pH oder Ionenstärke. Zusätzlich wurden die kollektiven Eigenschaften der Oberflächenbeschichtungen hinsichtlich der jeweiligen architektonischen Besonderheiten analysiert. Diese Arbeit präsentiert verschiedene Ansätze zur Beschichtung von Oberflächen, basierend auf weichen kolloidalen Partikeln. Die kolloidalen Bausteine, bestehend aus wasserlöslichen und stimuli-responsiven Makromolekülen, repräsentieren eine interessante Klasse von Beschichtungsmaterialien. Durch eine gezielte Wahl ihrer internen Architektur konnten verschiedene Aspekte der Funktionalität der resultierenden Oberflächen positiv beeinflusst werden. Die hier entwickelten Oberflächenbeschichtungen sind wasserbasierende Systeme mit einer einfachen Handhabung. Damit erfüllen sie wichtige Voraussetzungen für eine umweltfreundliche Implementierung in industriellen Prozessen und sind der erste Schritt auf dem Weg zur Entwicklung intelligenter Beschichtungen.