Funktionale Lacke und Beschichtungen durch Verwendung Nanopartikel-enthaltender Additive Dr. Michael Berkei, Leiter Nanotechnologie, BYK
Lebenszyklus von Beschichtungen Entwicklung Produktion Rohmaterial Nachhaltig Umweltfreundlich Ungiftig Versand Verwitterung Applikation
Erwartungen an Nanotechnology 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
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
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!
Lack Anwendung Kratzfestigkeit
NanoAdditive for lösemittelhaltige Klarlacke NB-3650 / 20 nm Silika
Kratzfestigkeit in einer 2-Komponenten Möbellackierung 1 bis 2 Prozent Nanopartikel bewirken eine 40 bis 80 fach bessere Kratzfestigkeit Control 1 Control 2 Nanobyk 3652-1% 120 Nanobyk 3652-2% 105 Glanzgrad (60 ) 90 75 60 45 30 15 0 0 10 20 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 Anzahl der Crockmeterzyklen
Mechanismen zur Steigerung von Kratzfestigkeit
Nanoadditive für Beschichtungen Ohne NANOBYK Mit NANOBYK II III
Lack Anwendung UV Schutz
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
Der ideale UV Absorber UV-C UV-B UV-A 100 90 80 Transmittance [%] 70 60 50 40 30 UV Sichtbarer Bereich 20 10 0 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 Wavelength [nm]
NanoAdditive für UV Schutz Einfluss von Partikelgröße und Verteilung auf die Schuzteigenschaften 20-60 nm > 100 nm > 1µm
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
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?
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
Lebenszyklusanalyse von Nanopartikel enthaltenden Lacken Studie des VdL 1. Teil Abrieb Erste Ergebnisse sind bereits veröffentlicht
Lebenszyklusanalyse von Nanopartikel enthaltenden Lacken Studie des VdL 1. Teil Abrieb
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.
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