Dispergierverfahren

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.