@phdthesis{Gabriel2019,
  author    = {Gabriel, Christina},
  title     = {Entwicklung neuer St{\"a}rkederivate f{\"u}r die Anwendung als wasserbasierte Filmbildner in Farben und Lacken},
  doi       = {10.25932/publishup-43294},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-432942},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XVIII, 160, xxxix, x1},
  year      = {2019},
  abstract  = {In den letzten Jahrzehnten fand auch in der Beschichtungsindustrie ein Umdenken hin zu umweltfreundlicheren Farben und Lacken statt. Allerdings basieren auch neue L{\"o}sungen meist nicht auf Biopolymeren und in einem noch geringeren Anteil auf wasserbasierten Beschichtungssystemen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dies stellt den Ankn{\"u}pfungspunkt dieser Arbeit dar, in der untersucht wurde, ob das Biopolymer St{\"a}rke das Potenzial zum wasserbasierten Filmbildner f{\"u}r Farben und Lacke besitzt. Dabei m{\"u}ssen angelehnt an etablierte synthetische Marktprodukte die folgenden Kriterien erf{\"u}llt werden: Die w{\"a}ssrige Dispersion muss mindestens einen 30\%igen Feststoffgehalt haben, bei Raumtemperatur verarbeitet werden k{\"o}nnen und Viskosit{\"a}ten zwischen 10^2-10^3 mPa·s aufweisen. Die finale Beschichtung muss einen geschlossenen Film bilden und sehr gute Haftfestigkeiten zu einer spezifischen Oberfl{\"a}che, in dieser Arbeit Glas, besitzen. Als Grundlage f{\"u}r die Modifizierung der St{\"a}rke wurde eine Kombination von molekularem Abbau und chemischer Funktionalisierung ausgew{\"a}hlt. Da nicht bekannt war, welchen Einfluss die St{\"a}rkeart, die gew{\"a}hlte Abbaureaktion als auch verschiedene Substituenten auf die Dispersionsherstellung und deren Eigenschaften sowie die Beschichtungseigenschaften aus{\"u}ben k{\"o}nnten, wurden die strukturellen Parameter getrennt voneinander untersucht. Das erste Themengebiet beinhaltete den oxidativen Abbau von Kartoffel- und Palerbsenst{\"a}rke mittels des Hypochlorit-Abbaus (OCl-) und des ManOx-Abbaus (H2O2, KMnO4). Mit beiden Abbaureaktionen konnten vergleichbare gewichtsmittlere Molmassen (Mw) von 2·10^5-10^6 g/mol (GPC-MALS) hergestellt werden. Allerdings f{\"u}hrten die gew{\"a}hlten Reaktionsbedingungen beim ManOx-Abbau zur Bildung von Gelpartikeln. Diese lagen im µm-Bereich (DLS und Kryo-REM-Messungen) und hatten zur Folge, dass die ManOx-Proben deutlich erh{\"o}hte Viskosit{\"a}ten (c: 7,5 \%; 9-260 mPa·s) im Vergleich zu den OCl--Proben (4-10 mPa·s) bei scherverd{\"u}nnendem Verhalten besaßen und die Eigenschaften von viskoelastischen Gelen (G' > G'') zeigten. Des Weiteren wiesen sie reduzierte Heißwasserl{\"o}slichkeiten (95 °C, vorrangig: 70-99 \%) auf. Der OCl--Abbau f{\"u}hrte zu hydrophileren (Carboxylgruppengehalt bis zu 6,1 \%; ManOx: bis zu 3,1 \%), nach 95 °C-Behandlung vollst{\"a}ndig wasserl{\"o}slichen abgebauten St{\"a}rken, die ein Newtonsches Fließverhalten mit Eigenschaften einer viskoelastischen Fl{\"u}ssigkeit (G'' > G') hatten. Die OCl--Proben konnten im Vergleich zu den ManOx-Produkten (10-20 \%) zu konzentrierteren Dispersionen (20-40 \%) verarbeitet werden, die gleichzeitig die Einschr{\"a}nkung von anwendungsrelevanten Mw auf < 7·10^5 g/mol zuließen (Konzentration sollte > 30 \% sein). Außerdem f{\"u}hrten nur die OCl--Proben der Kartoffelst{\"a}rke zu transparenten (alle anderen waren opak) geschlossenen Beschichtungsfilmen. Somit hebt sich die Kombination von OCl--Abbau und Kartoffelst{\"a}rke mit Hinblick auf die Endanwendung ab. Das zweite Themengebiet umfasste Untersuchungen zum Einfluss von Ester- und Hydroxyalkylether-Substituenten auf Basis einer industriell abgebauten Kartoffelst{\"a}rke (Mw: 1,2·10^5 g/mol) vor allem auf die Dispersionsherstellung, die rheologischen Eigenschaften der Dispersionen und die Beschichtungseigenschaften in Kombination mit Glassubstraten. Dazu wurden Ester und Ether mit DS/MS-Werten von 0,07-0,91 synthetisiert. Die Derivate konnten zu wasserbasierten Dispersionen mit Konzentrationen von 30-45 \% verarbeitet werden, wobei bei hydrophoberen Modifikaten ein Co-L{\"o}semittel, Diethylenglycolmonobutylether (DEGBE), eingesetzt werden musste. Die Feststoffgehalte sanken dabei f{\"u}r beide Derivatklassen vor allem mit zunehmender Alkylkettenl{\"a}nge. Die anwendungsrelevanten Viskosit{\"a}ten (323-1240 mPa·s) stiegen auf Grund von Wechselwirkungen tendenziell mit DS/MS und Alkylkettenl{\"a}nge an. Hinsichtlich der Beschichtungseigenschaften erwiesen sich die Ester vergleichend zu den Ethern als die bevorzugte Substituentenklasse, da nur die Ester geschlossene, defektfreie und mehrheitlich transparente Beschichtungsfilme bildeten, die exzellente bis sehr gute Haftfestigkeiten (ISO Klasse: 0 und 1) auf Glas besaßen. Die Ether bildeten mehrheitlich br{\"u}chige Filme. Basierend auf der Kombination der Ergebnisse aus L{\"o}semittelaustausch, den rheologischen Untersuchungen und zus{\"a}tzlichen Oberfl{\"a}chenspannungsmessungen (30-61 mN/m) konnte geschlossen werden, dass wahrscheinlich fehlende oder schlechte Haftfestigkeiten vorrangig akkumuliertem Wasser in den Beschichtungsfilmen (visuell: tr{\"u}b oder weiß) geschuldet sind, w{\"a}hrend die Br{\"u}chigkeit vermutlich auf Wechselwirkungen (H-Br{\"u}cken Wechselwirkungen, hydrophobe Wechselwirkungen) zwischen den Polymeren zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden kann. Insgesamt scheint die Kombination aus Kartoffelst{\"a}rke basierend auf dem OCl--Abbau mit Mw < 7·10^5 g/mol und einem Estersubstituenten eine gute Wahl f{\"u}r wasserbasierte Dispersionen mit hohen Feststoffkonzentrationen (> 30 \%), guter Filmbildung und exzellenten Haftungen auf Glas zu sein.},
  language  = {de}
}