Oberflächenanalytische Untersuchungen an nasschemisch, photochemisch und photothermisch modifizierten Titandioxid-Oberflächen

Gutfleisch, Martin; Höcker, Hartwig

doi:25771

Oberflächenanalytische Untersuchungen an nasschemisch, photochemisch und photothermisch modifizierten Titandioxid-Oberflächen

Gutfleisch, Martin (Author)

2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Martin Gutfleisch

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2004

UmfangXIII, 170 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2004-06-22

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-8638
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62067/files/Gutfleisch_Martin.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Titandioxid (Genormte SW) ; Oberfläche (Genormte SW) ; Modifizierung (Genormte SW) ; Benetzung (Genormte SW) ; Oberflächenanalyse (Genormte SW) ; Offsetdruckplatte (Genormte SW) ; Physik (frei) ; TiO2-Oberflächen (frei) ; Oberflächenanalyse (frei) ; Octadecylphosphonsäure (frei) ; FTIR (frei) ; AFM (frei) ; XPS (frei) ; Kontaktwinkel (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Das Ziel der Arbeit war es, die Benetzungseigenschaften von verschieden modifizierten Titandioxid-Oberflächen (TiO2-Oberflächen) zu charakterisieren, um aus den Ergebnissen eine Anwendung für reversibel beschreibbare Offsetdruckformen ableiten zu können. Ausgehend von der makroskopischen Charakterisierung durch Kontakt-winkelmessungen (KW-Messungen) und Berechnung der freien Oberflächenenergien wurden mit Hilfe von Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) und Infrarot-Spektroskopie (IR-Spektroskopie) benetzungsrelevante Molekülspezies für hydrophile und hydrophobe TiO2-Oberflächen detektiert. Untersuchungen mit der Rasterkraftmikroskopie (RKM) und im speziellen mit der Friktionskraftmikroskopie (FKM) lieferten zusätzlich nanoskopische Werte der Adhäsionskraft. Darüber hinaus konnten Adhäsionsunterschiede verschiedener Oberflächenmodifizierungen an hydrophil/hydrophoben Grenzbereichen abgebildet werden. Hydrophil/hydrophobe Grenzflächen von zweidimensional periodischen Mikrometer-Strukturen waren sowohl mit der XP-Elementverteilungsanalyse als auch mit FKM nachweisbar. Für die FKM-Messungen wurden die RKM-Sondenspitzen hydrophob modifiziert. Molekulare Stufen von 1 bis 10 nm konnten in der Topographie für verschiedene TiO2-Oberflächenmodifizierungen mit RKM im Tapping-Modus detektiert werden. Im Laufe der Arbeit entstand mit Hilfe der erzielten Ergebnisse eine Anwendung für reversibel beschreibbare Offsetdruckformen auf Basis modifizierter TiO2-Oberflächen. Die für Benetzung mit Offsetdruckfarbe wichtigen hydrophoben Zustände konnten durch Belegung von ursprünglich hydrophilen TiO2-Oberflächen mit natürlichen Adsorbaten (NA) aus der Luft, durch gezielte Bedeckung der TiO2-Oberflächen mit amphiphilen Octadecylphosphonsäure-Molekülen (OPS, H3C-(CH2)17-PO(OH)2) sowie mit semiperfluorierten Octadecylphosphonsäure-Molekülen (SF-OPS) in 1 mM ethanolischen Lösungen eingestellt werden (10 min Tauchzeit). Die Kontaktwinkel für Wassertropfen QWasser wurden abhängig von der Rauheit der TiO2-Oberflächen zu 50-80° für natürliche Adsorbate der Luft und zu 80-150° für mit amphiphilen Molekülen (AM) belegte Oberflächen bestimmt. Hydrophile, nichtdruckende Zustände auf TiO2-Oberflächen konnten mit Hilfe von Nasschemie, UV-Photochemie sowie durch die Einwirkung von UV- oder IR-Laserstrahlung erzielt werden.

To find an approach for reusable offset printing plates hydrophobic and hydrophilic modified Titanium Dioxide surfaces (TiO2 surfaces) were studied with regard to macroscopic wetting properties and molecules relevant for wettability. The macroscopic wetting behaviour was studied by Contact Angle measurements and calculation of surface free energy Sigma. Surface end groups responsible for the wettability could be detected for hydrophilic and hydrophobic TiO2 surfaces by Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Surface topography and the arrangement of molecules on different modified TiO2 surfaces were measured with an Atomic Force Microscope (AFM). In addition measurements with the Friction Force Mode (FFM) of the AFM led to nanoscopic values of the adhesion force for hydrophobic and hydrophilic TiO2 surfaces. Therefore hydrophobic AFM tips were used and measurements were carried out in water. The changes in adhesion forces on TiO2 surfaces which were two-dimensionally micro-structured in hydrophilic and hydrophobic areas could be imaged as well by FFM. On such structured surfaces the distribution of elements was determined by the two-dimensional mapping of X-Ray Photoelectrons (XP-Mapping). To carry ink in the offset printing process hydrophobic TiO2 surfaces were prepared by covering initially hydrophilic TiO2 surfaces with adsorbates (hydro-carbons) by storage in air or by dipping in 1 mM ethanolic solutions of octadecyl phosphonic acid (OPA) or semiperfluorinated octadecyl phosphonic acid (SF-OPA). The contact angles for such surfaces were in the range of 50-80° for TiO2 surfaces stored in air and in the range of 80-150° for TiO2 surfaces covered with OPA or SF-OPA. Hydrophilic TiO2 surfaces could be generated by wet chemistry (NH4OH:H2O2:H2O) as well as by selective irradiation with IR- or UV-Laser. Hydrophilic areas of an offset printing master represent the non-printing areas in the printing process.

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