Quantitative Delaminierung zur Herstellung von Nanoschichten Struktur-inhärenter Dicke

Die quantitative Delaminierung von Schichtverbindungen ist durch repulsive osmotische Quellung in Wasser moglich. Diese Methode liefert Nanoschichten von Struktur-inharenter Dicke in kolloidal stabiler Dispersion. Solche Nanoschichten finden als Gasbarriere-Pigmente in Polymernanokompositen Anwendung. Im Rahmen dieser Arbeit ist es auf Basis synthetischer 2:1 Schichtsilicate gelungen, neue Wege zur Herstellung osmotisch quellfahiger Schichtverbindungen zu finden und den Mechanismus des Einsetzens der osmotischen Quellung verstandlich zu machen. Daruber hinaus wurde eine Untersuchung zur Funktionalisierung der 2:1 Schichten durch isomorphe Substitution durchgefuhrt. Im ersten Teil der Arbeit wird eine osmotisch quellfahige Heterostruktur prasentiert, deren Randphasen nicht delaminieren. Durch partiellen Ionenaustausch von einem 2:1 Schichtsilicat der Summenformel {Na0.6} [Mg2.4Li0.6]okt tetrO10F2 (Schichtladung x = 0.6 pro Formeleinheit Si4O10F2, p.f.u.) mit n-Butylammonium-Ionen (C4) wurde eine Interkalations-Heterostruktur der Form „{Na} [2:1 Schicht] - {C4} [2:1 Schicht]“ (Anordnung in Stapelrichtung) erhalten. Im Gegensatz zu ihren homoionischen Randphasen (reine {Na}- bzw. reine {C4}-Form) ist diese Struktur osmotisch quellfahig. Die Delaminierung lauft vermutlich in zwei Schritten ab: der osmotischen Quellung der {Na}-Zwischenschicht in „Sandwich-Strukturen“ der Form „[2:1 Schicht] - {C4} [2:1 Schicht]“ und dem Zerfall dieser Aggregate in einzelne 2:1 Schichten Struktur-inharenter Dicke. Fur die reine homoionische {Na}-Randphase sind die attraktiven elektrostatischen Wechselwirkungen zu hoch fur repulsive Quellung, dies ware nur fur x 0.65 p.f.u.. Dieses auf den ersten Blick widerspruchliche Quellverhalten der homoionischen Organo-Interkalate wurde im zweiten Teil der Arbeit erklart. Eine systematische Kombination von Organo-Kationen unterschiedlicher Grose und verschiedenen Schichtladungen wurde untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass der „sterische Druck“ der Organo-Kationen entscheidend dazu beitragt, die osmotische Quellung auszulosen. Dieser „sterische Druck“ hangt wiederum von der Schichtladung ab: Die interkalierten Kationen besitzen einen gewissen Platzbedarf pro Ladung im Zwischenschichtraum. Es zeigte sich, dass der Platzbedarf groser oder gleich der Ladungsaquivalentflache des verwendeten Schichtsilicates sein muss. Dies bedeutet, dass eine flachliegende Monolage der Organo-Kationen nicht mehr ausreichend ist, um Elektroneutralitat zu gewahrleisten. Dies gilt insbesondere, wenn erste Wassermolekule aufgenommen werden. Daruber hinaus ist die exzessive Quellung der getrockneten Interkalationsverbindung an feuchter Luft (98 % Luftfeuchte) ein notwendiges Kriterium fur…