Geschüttelt, nicht gerührt!? Europäisches Zentrum für Dispergiertechnologien. Dr.-Ing. Felipe Wolff-Fabris 10. Mai 2012

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1 Geschüttelt, nicht gerührt!? Europäisches Zentrum für Dispergiertechnologien Dr.-Ing. Felipe Wolff-Fabris 10. Mai 2012

2 Gliederung Dispersionen Herstellungsprozesse Das Europäische Zentrum für Dispergiertechnologien (EZD) - Ziele, Aktivitäten und Ausstattung 2

3 Dispersionen im alltäglichen Leben 3

4 Geschüttelt, nicht gerührt? Wodka Martini: 6 cl Gin, 2 cl Wodka, 1 cl trockener Wermut und Eis. 4

5 Geschüttelt, nicht gerührt? Das Schütteln des Martinis - bringt zusätzlich Sauerstoff ins Glas und - führt zu schneller Kühlung. geschüttelt gerührt Das Dispergieren spielt damit eine wesentliche Rolle für die Endeigenschaften. 5

6 Dispersionen im technischen Bereich Interferenzlack Keramisches Hüftimplantat Selbstreinigende Kunststoffoberfläche 6

7 Gliederung Dispersionen Herstellungsprozesse Das Europäische Zentrum für Dispergiertechnologien (EZD) - Ziele, Aktivitäten und Ausstattung 7

8 Dispersionsherstellung Dispersionsmittel (Matrix) Additivherstellung und -funktionalisierung Dispergierprozess Charakterisierung 8

9 Additivherstellung Top-Down-Verfahren (z.b. Kugelmühle) Bottom-up-Verfahren (z.b. chemische Ausfällung) 9

10 Additivfunktionalisierung Reaktive Oberflächenmodifizierung - Nasschemisches oder Plasma-Verfahren Nichtreaktive Haftvermittler (z.b. Block-Copolymere) 10

11 Dispergierprozess Ziel: Agglomeratzerstörung und Additivverteilung - Druck / Zusammenstöße - Scherkräfte 11

12 Beispiele für Dispergierprozesse Rührwerk Quelle: IKA Kneter Quelle: Mikrons Ultraschall-Homogenisator Quelle: Reichmann 3-Walz-Werk Quelle: EXAKT 12

13 Charakterisierung von Additiven Partikelgröße Dyn. Lichtstreuung Scheibenzentrifuge Laserbeugung Optische Mikroskopie 1 nm 1 µm 1 mm Chemische Beschaffenheit (z.b. REM-EDX, FT-IR-Spektrometrie) Die Schwingungen des Kohlendioxid-Moleküls 13

14 Charakterisierung von Dispersionen Stabilität, Dispergiergüte und Endeigenschaften (thermisch, optisch, mechanisch, rheologisch, etc.) Dispersionsstabilität Quelle: Quantachrome Zetapotenzial Quelle: Quantachrome Oszillationsrheometer Quelle: Anton Paar 14

15 Dispersionsherstellung Dispersionsmittel (Matrix) Additivherstellung und -funktionalisierung Dispergierprozess Charakterisierung Die gesamte Kette beinhaltet anspruchsvolle interdisziplinäre Gebiete, die von den meisten Unternehmen nicht komplett abgedeckt werden können. 15

16 Gliederung Dispersionen Herstellungsprozess Das Europäische Zentrum für Dispergiertechnologien (EZD) - Ziele, Aktivitäten und Ausstattung 16

17 Das EZD Ziel: Aufbau eines Technologietransferzentrums, um die industrielle Dispersionsherstellung und -entwicklung signifikant zu verbessern Dispersionsmittel (Matrix) Additivherstellung und -funktionalisierung Dispergierprozess Charakterisierung 17

18 Das EZD Ziel: Aufbau eines Technologietransferzentrums, um die industrielle Dispersionsherstellung und -entwicklung signifikant zu verbessern Applikationslabor Material Dispersionsmittel (Matrix) Additivherstellung und -funktionalisierung Applikationslabor Verfahrenstechnik Dispergierprozess Analytik-Labor Charakterisierung Weiterbildung 18

19 I) Applikationslabor Material Ziel: Modifizierung und Optimierung funktioneller Füllstoffe Stabilisierung von Mikro- und Nano-Suspensionen Block-Copolymere als nichtreaktiver Haftvermittler Partikeloberflächenaktivierung mittels Plasmatechnik... 19

20 I) Applikationslabor Material Nasschemisches Verfahren Plasma-Anlage Hochtemperatur Vakuumofen Vibrationssiebe Klima- und Vakuumschränke Gefriertrocknungsanlage Glovebox 20

21 II) Applikationslabor Verfahrenstechnik Ziel: Optimierung der Herstellung von funktionellen Dispersionen Tribochemische Reaktionen Energieeffiziente Prozesse Upscaling von Dispergierprozessen... Quelle: EXAKT Quelle: Netzsch 21

22 II) Applikationslabor Verfahrenstechnik Rührwerkskugel-, Planetenkugel- und Kryomühle Dissolver / Rührwerk Ultraschall-Homogenisatoren Laborkneter Dreiwalzwerk Hochdruckhomogenisator Simulationssoftware und -hardware 22

23 III) Analytik-Labor Ziel: Bewertung der hergestellten Dispersionen mit Hilfe moderner analytischer Methoden und Entwicklung neuer praxistauglicher Methoden zur schnellen und ggf. zerstörungsfreien Charakterisierung von Dispersionen Quelle: Sympatec Quelle: Zeiss Quelle: Netzsch 23

24 III) Analytik-Labor Partikelgröße: Dyn. Lichtstreuung, Scheibezentrifuge, Laserbeugungsspektrometer, REM und Optisches Mikroskop Chemische Beschaffenheit: FT-IR-Spektrometer und RFA/EDX Partikeloberfläche: BET-Messgerät Benetzbarkeit: Tensiometer (Kontaktwinkel) Dispersionsstabilität: Zetapotenzial-Messgerät Dispersionsgüte: Akustischer Rheometer, Viskosimeter und Mikroskop Thermische Analyse: DSC, TGA, Rheometer und DEA 24

25 IV) Weiterbildung Ziel: Schulung von Mitarbeitern zu Themenstellungen rund um das Dispergieren Praktisch orientierte Lehrgänge Theoretisch konzipierte Seminare und Tagungen 25

26 Geplanter Standort: Selb Im Bereich Oberfranken und den angrenzenden Regionen sind eine ganze Reihe von kleinen und mittelständischen Unternehmen angesiedelt, für die die genannten Fragestellungen außerordentlich relevant sind. Selb Bayreuth Würzburg Nürnberg 26

27 Gebäude Geplant ist eine kompakte Gebäudekubatur (ca. 650 m 2 ), die stockwerksweise alle vier Funktionsbereiche aufnimmt. Analytik Aufzug 7.81 m² Seminar 1 Aufzug 7.81 m² Seminar 2 Applikationslabor Material Applikationslabor Verfahren Büro Büro Büro Büro Laborebene (EG) Büro- und Seminarebene (1. OG) 27

28 Zeitplan Bauplanung (inkl. Ausstattung) Grundsteinlegung Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Bau des EZD Inbetriebnahme 28

29 Danksagung Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie Regierung von Oberfranken und Stadt Selb EZD-Unterstützer 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ihr Ansprechpartner bei Fragen Dr.-Ing. Felipe Wolff-Fabris Standortleiter Europäisches Zentrum für Dispergiertechnologien (EZD) Friedrich-Bergius-Ring Würzburg Tel: Fax: