Beschichtungen mit funktionellen Eigenschaften durch Nanotechnologie

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1 Beschichtungen mit funktionellen Eigenschaften durch Nanotechnologie Urheberrechtsvermerk: Diese Präsentation überlässt der Ersteller dem Empfänger nur zum eigenen persönlichen Gebrauch. Die darüber hinaus gehende Verwendung der nicht mit einer Quellenangabe bezeichneten Inhalte ist mit dem Autor schriftlich zu vereinbaren. Die weitere Verwendung der mit ihrer Herkunft bezeichneten Daten, Fotos etc. ist mit den jeweiligen Urhebern zu vereinbaren. Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks, Allmandring 37, Stuttgart, Tel.: (0711) Vorstellung der neuen Internetplattform zum betrieblichen Umweltschutz Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg Haus der Wirtschaft, Stuttgart, 12. Juli Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 1

2 Funktionen von Beschichtungen Traditionell: ästhetisch Farbe, Glanz, Effekt schützend v. a. vor Feuchtigkeit, Licht, Verschmutzung Zusätzliche aktuelle Funktionalitäten: ästhetisch selbstreinigend, easy to clean mechanisch Kratzresistenz, Abriebfestigkeit, Schlagzähigkeit thermisch infrarotreflektierend, wärmespeichernd biologisch insektizid, bewuchsverhindernd hygienisch antibakteriell, Luftreinigung rot = Einsatz neuer Nanotechnologien 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 3

3 Nanotechnologie 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 4

4 Neue Wege in der Produktentwicklung Nanotechnologie von nano (griech.) = Zwerg Nanopartikel sind Teilchen (z.b. Kristalle) im Nanometerbereich, d. h. mit Durchmessern von 5 bis 100 nm. Besondere Eigenschaften: (1 nm = 1/1000 µm) - Farbe in Abhängigkeit der Teilchengröße - außergewöhnliche Härte - große spezifische Oberfläche (Beispiel: 50 kg Teilchen mit 1 mm Ø 120 m², 50 kg Teilchen mit 1 µm Ø m² - selbsttätige Anordnung der Teilchen (Selbstorganisation) 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 5

5 Vorstoß in bisher unsichtbare Welten Lichtmikroskop, Auflösung bis ca. 200 nm: seit 1847 Rasterelektronenmikroskop, Auflösung bis ca. 3 nm: seit ca Rastertunnelmikroskop, Auflösung bis ca. 0,01 nm: erst seit etwa 1985! 1,2,5-Benzoltricabonsäure Quelle: MPI für Festkörperforschung, Stg., Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 6

6 Manipulation: Einzelne Atome anordnen 1990: 35 Xenon-Atome auf einer Nickel-Einkristall-Oberfläche Eigler/Schweizer, IBM Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 7

7 Beispiel Silica: Vakuumisolationspaneele (VIP) VIP (2 cm) und konventioneller Schaumstoff (20 cm) bei gleicher Dämmwirkung im Dickenvergleich; auch im Bild: DM-Münze Quelle: Fa. va-q-tec AG/VIP.PPT 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 8

8 Beschichtungen mit Nanoteilchen Beschichtung Nanolack Nanokomposit Nanoteilchen dispergiert in einer Flüssigkeit Nanoteilchen als funktionelle Komponente in herkömmlicher Beschichtung z. B. Entspiegelungsbeschichtung auf Brillengläsern oder optischen Linsen z. B. zur Verbesserung der Kratzresistenz der Lackoberfläche 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 9

9 Verbesserung der Kratzresistenz von Lacken 2K CeramiClear Klarlack (Topcoat) als Nanokomposit mit Keramik-Nanoteilchen (Silica) in der Oberflächenschicht (< 100 nm Dicke): konv. 2K PUR-Topcoat Transmissions-Elektronen- Mikroskopie (TEM): Nano-Keramikteilchen an der Grenzfläche Klarlack / Luft Homogene Verteilung in der Klarlackschicht 100 nm Quelle: PPG Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 10

10 Verschmutzung vermindern durch Hydrophobie? hier: Lotus-Effekt (Easy to clean) Doppelstruktur: grob zw. 10 und 50 µm, Feinsturktur zw. 200 nm u. 5 µm. Balken = 20 µm 4 Voraussetzungen: Grobstruktur (Noppen) Feinstruktur Wachs nachwachsend bisher nicht vollständig künstlich reproduzierbar! andere Lösung: Antihaftschichten auf Fluorpolymerbasis Abb:: Univ. Bonn 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 11

11 Selbstreinigende Beschichtungen Selbstreinigung ist nicht easy to clean! Kreidung ist Selbstreinigung Photokatalytische Wirkung ist Selbstreinigung Titandioxidpigmente absorbieren kurzwellige Lichtstrahlung, insbesondere mikronisierte, also Nano-Teilchen! 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 12

12 Titandioxid 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 13

13 Beispiel: Nano-Titandioxid als Lichtschutzfaktor fürs Holz 300 Stunden QUV-Bewitterung wasserverdünnbarer Klarlack - beschichtete TiO 2 -Partikel Abb. Kemira 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 14

14 Unbeschichtete Titandioxidpartikel (ohne Coating) Mineralische Pigmente sind witterungsbeständig Titandioxid ist außerdem fotoreaktiv! unbewittert unbewittert bewittert Bewiiterungszeit; h bewittert h Abb. H. G. Völz 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 15

15 Photokatalyse mit Titandioxid - unbeschichtete TiO 2 -Partikel 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 16

16 Nano-Titandioxid für die Selbstreinigung von Außenoberflächen Weitere Anwendungen: Fensterscheiben Fassadenfarben Putze (n. n.) Kunststoff-Fensterprofile? Anim.: Fa. Erlus 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 17

17 Innenraumproblem Geruchs- und Schadstoffe Umwelt-Survey 1985/86 organische Anzahl Konzentration (µg/m³) Verbindung(en) der 10 % der 50 % der 90 % der 98 % der maximaler Mittel- Messungen Messwerte Messwerte Messwerte Messwerte Messwert wert kleiner als kleiner als kleiner als kleiner als Summe n-alkane ,0 Summe Isoalkane ,9 Summe Cycloalkane ,1 Summe Aromaten ,7 Summe Terpene ,2 Summe Carbonyle ,9 Summe Alkohole ,1 Summe chlorierte KW ,7 Summe aller VOC Formaldehyd ,6 In 11 von 329 Haushalten (4,8 %) war der Richtwert für Formaldehyd von 0,1 ppm (125 µg/m³) überschritten. bestimmt wurden als: n-alkane: n-hexan, n-heptan, n-octan, n-nonan, n-decan, n-undecan, n-dodecan, n-tridecan Isoalkane: Isohexane, Isoheptane, Isooctane, Isononane Cycloalkane: Methylcyclopentan, Cyclohexan, Methylcyclohexan Aromaten: Benzol, Toluol, Ethylbenzol, m- und p-xylol, o-xylol. Iso- und n-propylbenzol, Styrol, 2-Ethyltoluol, Ethyltoluol, 1,2,3-Trimethylbenzol, 1,2,4- Trimethylbenzol, 1,3,5-Trimethylbenzol, Naphthalin Terpene: α -Pinen, β -Pinen, α -Terpinen, Limonen Carbonyle: Ethylacetat, n-butylacetat, Isobutylacetat, Methylethylketon, 4-Methyl-2-Pentanon, Hexanal Alkohole: n-butanol. Isobutanol, Isoamylalkohol, 2-Ethylhexanol chlorierte Kohlenwasserstoffe (KW): 1,1,1-Trichlorethan, Trichlorethen, Tetrachlorethen, 1,4-Dichlorbenzol 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 18

18 (Nano-)Titandioxid als Katalysator für die Luft- und Oberflächenreinigung in Innenräumen? Weitere Anwendungen: Textilien (z. B. Drapilux) Putze (z. B. maxit airfresh) Tapeten (n. n.) Innenwandfarben (z. B. Climasan, Capasan)? Abb.: Vtan Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 19

19 Prüfkammerversuche mit Nano-Titandioxidvergütetem Papier (EIN Co. Ltd., Japan, 2001) Ammoniak Schwefelwasserstoff Formaldehyd 500 ppm alle 24 h 100 ppm alle 24 h 20 ppm alle 24 h Photokatalytisches Papier Mit UV-Bestrahlung Normales Japanpapier Ohne UV-Bestrahlung Nur Gas Ohne UV-Bestrahlung 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 20

20 Hygiene: Schutz vor Bakterien und Pilzen mit silberhaltigen Nanopartikeln (TiO 2, Glas, Zeolithe) antibakterielle Lackierungen (Desinfektionslack, Küchengeräte) antibakterielle Dispersions-Wandbeschichtungsstoffe (z. B. Medicolor) 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 21

21 Vermeidung der Rissbildung bei schlagartiger Einwirkung 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 22

22 Verbesserung der Schlagzähigkeit Nanoskalige Siliconpartikel in Polymethacrylat- Schale = Core-Shell-Partikel hier: Gonioperl Abb.: Wacker 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 23

23 Innovation oder Altlast von morgen? Haftlappen der Schwebfliege Mechanische oder toxische Wirkung? Lindan!! Endosulfan! Abb.: MPI-Stuttg., Artilin 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 24

24 Fliegenfänger EcoBot II Applied Sciences Faculty, Universitiy of the West of England 22 cm 2005 Technische Informationsstelle des deutschen Maler- und Lackiererhandwerks Nano-Bs.PPT/Seite: 25