Nanotechnologien richtig kommunizieren. Dr. Michael Berkei, Leiter Nanotechnologie, BYK

Transkript

1 Nanotechnologien richtig kommunizieren Dr. Michael Berkei, Leiter Nanotechnologie, BYK

2 Definition von Nanotechnologie Viele Definitionen sind noch in ihrer Entstehung und werden zum Teil ausgiebig diskutiert Einteilung von Materialien gemäß Größe, Oberfläche, Eigenschaften, etc. möglich? Momentan noch Entscheidungen von Fall zu Fall nötig aber Es gibt bereits ein Grundverständnis über Nanotechnologie und mindestens das kann man zur Beschreibung nutzen

3 Definition von Nanotechnologie The EU Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR) has in an opinion issued in spring 2008, based on an analysis of existing definitions, provided the following suggestions for definitions: Nanoscale: a feature characterised by dimensions of the order of 100 nm or less. Nanostructure: Any structure that is composed of discrete functional parts, either internally or at the surface, many of which have one or more dimensions of the order of 100 nm or less. Nanomaterial: Any form of a material that is composed of discrete functional parts, many of which have one or more dimensions of the order of 100 nm or less. In their 2009 opinion SCENIHR further proposes considering extending the current definition based on physical size by the addition of: "a limit of the specific surface area to be above 60 m²/g of material volume (the value of 60 m²/g corresponds to the specific surface area of 100 nm solid spheres of unit density)"

4 Definition von Nanotechnologie ISO/TC 229 is still working on their definitions and it is the expectation that a complete package of the core terms for the field of nanotechnology, including the main nanomaterials definitions, will be adopted before the end of Of the 8 nano-terms that have been agreed and released so far by ISO/TC 229, the most prominent are: Nano-object material with one, two or three external dimensions in the nanoscale NOTE: Generic term for all discrete nanoscale objects. Nanoscale size range from approximately 1 nm to 100 nm NOTE 1: Properties that are not extrapolations from a larger size will typically, but not exclusively, be exhibited in this size range. For such properties the size limits are considered approximate. NOTE 2: The lower limit in this definition (approximately 1 nm) is introduced to avoid single and small groups of atoms from being designated as nano-objects or elements of nanostructures, which might be implied by the absence of a lower limit. Definitions of the other 6 nano-terms from document EN ISO/TS 27687, as well as the definitions of a number of nano-terms from the field of workplace atmospheres, can be freely consulted on-line in the recently released ISO Concepts Database (

5 Definition von Nanotechnologie Vorschlag des VCI zur Definition von Nanomaterialien : Nanomaterials are defined as intentionally manufactured, solid, particulate substances, either in powder form or as dispersions or as aerosols, consisting of nano-objects and their aggregates and agglomerates, (i) which contain, when measured by standardized and recognized methods, at least 10 wt.-% of nano-objects, (ii) or which have, when measured by appropriate methods, a volume specific surface area larger than 6 x 1/100 nm. Nano-objects are discrete particles with one, two or three external dimensions between approximately 1 nm and 100 nm.

6 Nanotechnologie bei BYK 2001 startete BYK mit der Entwicklung Nanopartikel enthaltender Additive für Farben, Lacke und Kunststoffe 2004 wurden erste Produkte eingeführt und kommerzialisiert. Die Vermarktung erfolgt unter dem Produktnamen NANOBYK Mittlerweile gibt es 15 NANOBYK Produkte für Anwendungen als UV-Absorber oder Additiv zur Verbesserung der Kratzfestigkeit von Oberflächen Eingesetzt werden anorganische Nanopartikel mit einer mittleren Teilchengröße (D50) von 10nm bis 60nm

7 Nanotechnologie bei BYK In den Produktbroschüren und Datenblättern werden Informationen gegeben bezüglich: Nanopartikelgröße Nanopartikelgehalt Chemische Identität der Nanopartikel Bei allen Produkten handelt es sich um dispergierte Nanopartikel in unterschiedlichen Medien Offene und ehrliche Kommunikation ist unser Selbstverständnis. Wir nennen das Kind beim Namen..

8 Vorteile von Nanopartikeln kommunizieren Welche Materialien verwenden Sie? Ihre Datenblätter und produktbegleitenden Informationen sollten hierüber Aufschluss geben. Warum setzen Sie Nanopartikel ein? Benennen Sie die spezifischen Vorteile, die man nur mit den jeweiligen Nanopartikeln erreichen kann. Gibt es etwas bei der Verwendung von Nanopartikeln zu beachten? Informieren Sie Ihre Kunden über Sicherheitsratschläge, die es zu beachten gibt. Responsible Product Stewardship

9 Beispiel: Einsatzen von Nanopartikeln in Beschichtungen

10 Lebenszyklus von Beschichtungen Entwicklung Produktion Rohmaterial Nachhaltig Umweltfreundlich Ungiftig Versand Verwitterung Applikation

11 Erwartungen an Nanotechnologie in Beschichtungen Kratzfestigkeit Abriebfestigkeit Mechanische Eigenschaften UV-Schutz Anti-Mikrobiell Selbst-Reinigung Wasserabweisend Leitfähigkeit / Anti-Statik IR-Absorption / IR-Reflektion Fluoreszenz Gas Barriere Flammschutz Magnetische Eigenschaften 45% 6% Scratch Weitere resistance UV Kratzfestigkeit Protection Antimicrobial Selbstreinigung 25% 6% 6% 12% Water-repellence Anti-Mikrobiell Self Wasserabweisend cleaning Others UV-Schutz Quelle: IRL

12 Definition von Nanotechnologie Größenabhängige Änderung von Materialeigenschaften Leitfähigkeit von Metallen Fluoreszenz von Quantum Dots Transparenz von Keramiken Farbe von Metallen Zähigkeit von Metallen Duktilität von Keramiken 2 nm 10 nm 20 nm 50 nm 250 nm 500 nm

13 Wie kann Nanotechnologie die Lebenszeit von Beschichtungen verlängern? 1) Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (z.b. Kratzfestigkeit) 2) Gesteigerte Haftung auf Substraten und Lackschichten 3) Bessere Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen (Regen, Wind, etc.) 4) Anti-Mikrobielle Ausrüstung 5) Schutz gegen UV-Strahlung 6) Geringere Anschmutzbarkeit / Einfachere Reinigung Besserer Schutz für Lackfilm und Substrat! Längere Zeit vor dem Neuanstrich! Einsparung von Energie, Rohstoffen und Ausgaben!

14 Lack Anwendung Kratzfestigkeit

15 NanoAdditive for lösemittelhaltige Klarlacke NB-3650 / 20 nm Silika

16 Kratzfestigkeit in einer 2-Komponenten Möbellackierung 1 bis 2 Prozent Nanopartikel bewirken eine 40 bis 80 fach bessere Kratzfestigkeit Control 1 Control 2 Nanobyk % 120 Nanobyk % 105 Glanzgrad (60 ) Anzahl der Crockmeterzyklen

17 Mechanismen zur Steigerung von Kratzfestigkeit

18 Nanoadditive für Beschichtungen Ohne NANOBYK Mit NANOBYK II III

19 Lack Anwendung UV Schutz

20 UV-Strahlung zerstört Oberflächen und Substrate Auswirkungen von UV-Strahlung auf Beschichtungen und hölzerne Substrate Abbau des Lignins und anderer Holzbestandteile Zerstörung der Zellstruktur Filmriß Vermehrte Wasseraufnahme Mikrobieller Angriff Verfärbung

21 Der ideale UV Absorber UV-C UV-B UV-A Transm ittance [% ] UV Sichtbarer Bereich Wavelength [nm]

22 NanoAdditive für UV Schutz Einfluss von Partikelgröße und Verteilung auf die Schutzeigenschaften nm > 100 nm > 1µm

23 NanoAdditive für UV Schutz Dünnschicht System (Bayhydrol 2342 wässrig aliphatisch) 750 Stunden QUV-B Trockenbewitterung Bewitterte Fläche Unbewitterte Fläche 0-Probe 2,5% 40 nm ZnO 2,5% 20 nm ZnO

24 Fazit Nanotechnologie kann dazu beitragen, die Lebenszeit von Beschichtungen zu verlängern Nanotechnologie trägt dazu bei, Energie, Ressourcen und Kosten einzusparen und Was passiert mit Nano-Lacken während Ihres Lebenszyklus?

25 Lebenszyklusanalyse von Nanopartikel enthaltenden Lacken Studie des VdL 2007 startete der VdL eine dreigeteilte Studie mit dem Thema: Was passiert mit Nanopartikel enthaltenden Lacken während Ihres Lebenszyklus? Können bei der täglichen Nutzung oder beim Entfernen durch Schleif- oder Verwitterungsprozessen freie Nanopartikel freigesetzt werden? Die Studie war in drei Teile unterteilt: 1) Abrieb 2) Schleifprozesse 3) UV-Bewitterung

26 Lebenszyklusanalyse von Nanopartikel enthaltenden Lacken Studie des VdL 1. Teil Abrieb Erste Ergebnisse sind bereits veröffentlicht

27 Lebenszyklusanalyse von Nanopartikel enthaltenden Lacken Studie des VdL 1. Teil Abrieb

28 Lebenszyklusanalyse von Nanopartikel enthaltenden Lacken Studie des VdL 2. Teil Schleifprozess Erste Ergebnisse: Es wurden keine freien Nanopartikel im Abrieb gefunden. Sowohl REM-Aufnahmen, als auch TEM-Aufnahmen zeigen fest eingebundene NPA in den Abriebpartikeln. Ein durchgeführter Vergleich mit den Ergebnissen der VdL-Studie 2008 (Abrieb) zeigte eine gute Übereinstimmung.

29 Zusammenfassung Nanopartikel werden seit Jahrhunderten in Farben und Lacken eingesetzt Gutes Wissen über Vorteile und Wirkungsweise Nanotechnologie verbessert die Funktion von Farben und Lacken Innovative Funktionalitäten sind möglich um steigende Anforderungen zu bewältigen Nanotechnologie hilft bei der nachhaltigen Einsparung von Ressourcen Verlängert die Lebenszeit von Beschichtungen Studien belegen einen sicheren Umgang mit Nanopartikeln in Lacken Nanopartikel sind fest in der Lackmatrix eingebettet

30 Durch Ihre Forschung helfen Sie mit, die großen Aufgaben unserer Zeit zu bewältigen. Also sprechen Sie offen und ehrlich darüber und helfen Sie mit, Wissen zugenerieren und den Austausch zwischen Industrie, NGOs und Wissenschaften zu fördern. Bleiben Sie Ihrer Linie in der Kommunikation treu, nur dann erhalten Sie das Vertrauen Ihrer Kunden und Verbraucher. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit