Einleitung: Nanomaterialien – „1 % Zugabemenge verändert 100 % der Beschichtungseigenschaften“
Nanomaterialien (Partikelgröße 100 m²/g) zeichnen sich in Beschichtungen dadurch aus, dass bereits eine sehr geringe Zugabemenge (<1–5 %) die mechanischen, optischen, elektrischen und antibakteriellen Eigenschaften der Schicht drastisch verändern kann. Nano = „mit Wenig viel erreichen“. Doch die Dispergierung von Nanomaterialien ist das größte Hindernis auf dem Weg vom Labor in die industrielle Produktion. Die enormen Van-der-Waals-Kräfte der Nanopartikel führen dazu, dass sie sich spontan zu mikrometergroßen Agglomeraten zusammenlagern und dabei ihre Nanoeigenschaften verlieren. Dispergierung = die „Erfolgsgrenze“ für Nanobeschichtungen.
Nanomaterialien für Beschichtungen sind ein Spezialbeschichtungssystem, das durch den Zusatz von nanoskaligen (1–100 nm) Funktionsfüllstoffen – unter Ausnutzung ihrer enormen spezifischen Oberfläche und des Quantengrößeneffekts – der Beschichtung Funktionen wie Verstärkung (Nano-SiO2/Härte↑/Abriebfestigkeit↑), Selbstreinigung (Nano-TiO2/photokatalytische Zersetzung organischer Stoffe), Leitfähigkeit (Graphen/Kohlenstoffnanoröhren/Perkolationsschwelle <0,5–3 Vol%) und antibakterielle Wirkung (Nano-Ag/Ag+-kontrollierte Freisetzung) verleiht. Kernherausforderung: die Dispergierung der Nanopartikel (Überwindung von Agglomeration – Oberflächenmodifizierung – Abstimmung der Dispergiermittel) und die langfristige Stabilität in der Beschichtungsrezeptur (keine Flockung).
Häufig gestellte Fragen
Q1: Graphenbeschichtungen – Laborwerte beeindruckend – warum ist die Industrialisierung so schwierig?Graphen (einfache Schicht sp2-Kohlenstoff / theoretischer spezifischer Widerstand 10⁻⁶Ω·cm / spezifische Oberfläche >2600m2/g) zeigt im Labor ”0,1–0,5 % – Graphen – Beschichtung – leitfähig / – korrosionsbeständig – Daten – erstaunlich” aber – Industrialisierung – drei große – Hindernisse: (1) – Dispergierung ”Graphen – Schichten – zwischen – π-π – Wechselwirkung – extrem – stark” ”normale – Dispergier – Geräte – können – Agglomerate – nicht – aufbrechen” (2) – Preis ”> – 2000 – Yuan – /kg” obwohl – bereits – stark – gesunken – aber – immer noch – weit – höher – als – andere – Kohlenstoff – Materialien – (Ruß – < – 10 – Yuan – /kg) – (3) – Chargen – Stabilität"verschiedene – Chargen – Graphen – Schichtanzahl / – Defekte / – Oxidations – grad – große – Unterschiede" Beschichtungs – Leistung – schwankt""Zukunft – von – Graphen – Beschichtungen – ="Synergie – Füllstoff"(wenig – Graphen – + – traditionelle – Füllstoffe) – statt"Ersatz".
Q2: Nanoskaliges TiO2-Photokatalyse-Selbstreinigung – warum wirkt es nur unter UV-Licht – innen nicht nutzbar?Nanoskaliges TiO2 (Anatas / – Bandlücke – 3,2 – e – V) – benötigt – UV-Licht – ( – 400 – nm) – hat – unzureichende – Photonenenergie” Innenfensterglas” – blockiert – den – Großteil – des – UV” Innen – = – keine – Photokatalyse”. Wissenschaftler – arbeiten – derzeit – durch – Dotierung – (N – / – C – / – Metalle) – daran – die – Bandlücke – zu – verringern”” sichtbarlicht-empfindliches – nanoskaliges – TiO2″ – ist – ein – aktuelles – Forschungsthema”.
Zusammenfassung
Nanobeschichtungen – bei den vier Nanofüllstoffen (SiO2-Verstärkung/TiO2-Selbstreinigung/Graphen-Leitfähigkeit/ZnO-Antibakteriell) ist die Dispergierung die „Trennschärfe zwischen Leben und Tod“. Graphen wird als „Synergiefüllstoff“ positioniert, nicht als „Ersatz für Traditionelles“. Kexin New Materials verfolgt die Fronttechnologie der Nanobeschichtungen und bietet Kunden technische Unterstützung bei der Nanodispergierung.