Netzwerk NanoCarbon

Internationales Netzwerk
zur Entwicklung von Nanokohlenstoffprodukten

Technologien

Herstellungsbedingt liegen die Nanokohlenstoffe überwiegend als Agglomerate oder Aggregate vor. Damit sie ihre herausragenden Eigenschaften höchst effizient entfalten können, ist es erforderlich, sie möglichst schonend in dem einzusetzenden Medium oder in einer seiner Komponenten homogen zu dispergieren. Je nach Viskosität und Beschaffenheit des Mediums kommen verschiedene Technologien zum Einsatz.

Carbon-based nanomaterials have existed for a long time in nature. They are frequently formed during combustion processes, and small amounts are also contained in soot and ash. They are also released in volcanic eruptions. The fine craftsmanship of Arab swordsmiths led nanostructures of this kind to occur in Damascus blades, bestowing the blades with their unique strength and elasticity. Graphene layers scraped off from pencils have been used for marking and writing since the late Middle Ages. Despite this, the existence of nanocarbons was not proven until recently.

The carbon nanostructures known today are essentially derived from the layered structure of graphite. Individual graphite layers are the simplest form of nanocarbon, with one nanoscale dimension. Rolled-up graphene layers, so-called nanotubes, have two nanoscale dimensions, while in fullerenes all three dimensions are nanoscale.

Hochdruckscherdispergierung

Bei der Hochdruckscherdispergierung, die insbesondere für wässrige und niederviskose Medien gut geeignet ist, wird die Mischung unter hohem Druck durch eine enge Düse gepumpt. Die dabei auftretenden Scherkräfte ziehen die Agglomerate quasi auseinander, weswegen die Methode oft für MWCNT-Agglomerate eingesetzt wird.

Ultraschalldispergierung

Für wässrige und niederviskose Medien ist auch die Ultraschalldispergierung gut geeignet, insbesondere für aggregierte Nanopartikel. Hier brechen die Kräfte bei der Kavitation der Gasblasen die Aggregate auf. Bei stark verknäuelten Agglomeraten wie z.B. MWCNTs ist die Methode allein oft nicht ausreichend.

Kugelmühle

Gut geeignet für niederviskose Medien ist auch die Kugelmühle, sofern entsprechend kleine Kugeln eingesetzt werden. Da mit steigender Dispergierung die Viskosität stark ansteigt, sind hierbei gewisse Grenzen hinsichtlich der Konzentration vorgegeben. Da mittels Kugelmühlen relativ große Energien eingetragen werden können, ist darauf zu achten, dass eine mögliche Materialschädigung nicht zu groß ausfällt.

Dreiwalzwerk

Zur Dispergierung von Nanokohlenstoffen, insbesondere MWCNTs, in nieder- bis mittelviskosen Medien und auch in hochviskosen Pasten hat sich das Dreiwalzwerk gut bewährt. Da sich die Endpartikelgröße über den Walzenabstand sehr genau vorgeben lässt, lassen sich mit der Methode besonders enge Partikelgrößenverteilungen ohne oftmals störende Restagglomerate einstellen. In der Praxis wird es hauptsächlich eingesetzt zur Dispergierung von Nanokohlenstoffen in Reaktionsharzkomponenten.

Zweiwellenschnecke

Für die Dispergierung von Nanokohlenstoffen in Thermoplastschmelzen besonders gut geeignet haben sich Zweiwellenextruder erwiesen. Um einen möglichst hohen Scherenergieeintrag zu gewährleisten, wie er für die Dispergierung von MWCNT-Agglomeraten erforderlich ist, empfiehlt es sich, die Nanopartikel direkt zusammen mit dem Granulat am Anfang der Schnecke mit einzuspeisen.

Zweiwellenkneter

Zur Herstellung und Untersuchung von Mischungen v. a. aus Elastomeren, aber auch aus Thermoplasten, Duroplasten oder keramischen Formmassen mit Füllstoffen, Pigmenten und vielen anderen plastischen und plastifizierbaren Stoffen unter praxisnahen Bedingungen hat sich der Zweiwellenkneter sehr bewährt. Mittels tangential ineinander greifender Rotoren wird eine homogene Masse durch optimale Durchmischung erzielt.

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