Universität Paderborn Chemie und Technologie der Beschichtungsstoffe

Nanotechnologiein Beschichtungen

Wolfgang BremserCoatings Science

University Paderborn

Universität PaderbornChemie und Technologie der Beschichtungsstoffe

Scales

0,10,1nmnm

11nmnm

1010nmnm

0,10,1µmµm

11µmµm

1010µmµm

0,10,1mmmm

11mmmm

11cmcm

0,10,1mm

11mm

NanoNano MicroMicro MacroMacroMaterials

Set Ups

Systems

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The Coatings Industry at the Forefront

Rheology Color

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Nanotechnology in Science

� Scanning Tunnel Microscopy� Scanning Probe Microscopy� Beginning of 80s

Truth in Science

„Only measured phenomena are true“

„Only written things are true“

Truth in Industry

„Only tested phenomena are true“

„Only what I konw is true“

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Nanotechnology in Material Science

�What´s new about it?�Quantum size effects?

� Not used in Coatings�New Physical Properties?

� There is no other or new physics� Described by Colloid and Interface Science

�Everything can be achieved by Nanotechnology?� Deus ex machina

�Nanoparticles offering any desired Solution?� Even more powerfull Deus ex machina

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Nanotechnology in Material Science

�Nanotechnology as a selling argument?� Works in industry� Works in the scientific community� Works in politics

�Nanotechnology as a tool?� Necessary to control materials on the nano scale� Necessary to control all other levels

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Synonyms for Nanotechnology�Coatings�Pigments, Effect Pigments�Fillers, functional Fillers�Colloid and Interface Science�Molecular Control�Hierarchical Materials�Hybrid-Materials�Polymer Science�…�Everything that is not a simple molecule or a crystal

� Real Material�Every New Property

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70 µmKlarlack

Basislack

Füller

KTL

Crosslinking Topologie

Nanoelements in Automotive Coatings

Gradientsystem

Mechanical Properties

Colloidal System

4-Layer System

� Complex Heterophase System with Suprastructures on different lengthscales

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In nature...In nature... ... In ... In technicaltechnical materialsmaterials

Lotus Effect

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Everything is Fine with Nanoparticles?

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Enter your text here 5 % silica

CCside

Verteilung der Nanopartikel

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Patents are Revealing Efforts•Nano Particles

•(Gradient Structure)

•Pentasiloxane

•Melamine Resins

•Isocyanate

•3-4 Levels of Crosslinking

•Suprastrucrure

•Brittle

•Unsufficient Adhesion

•Internal Stress

•Costs

�Marktreife Systeme: 4-5Jahre Entwicklungsarbeit, 20 – 30 MJ

�Verhältnis Forschung zuEntwicklung: 1:10

�Systemverständnis anstattisolierter Lösungen

�Kratzfest, nichtWandalenfest

�Technische Alternativenmöglich

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Nanotechnology Environmental Hazards andToxicity�Nanoparticles�Permanent Association with Asbestos�Covered by existing legislation

�Free Nanoparticles?� Aerosol� Dispersion� Material

�Toxic Effect observed�Defined Conditions?

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Nanolacke - Siloxanbasis

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Siloxan-Lacke, „Nanolacke“

�Organisch-Anorganische Kompositwerkstoffe� „Ormocere“, „Sol-Gel“, „Nanolacke“

�Polysiloxane als Bindemittel anstatt „normaler Polymere“� „Übliche Rezeptierung“: Additive, Füllstoffe usw

OSiSi

O R1

OR1

SiR1O

R1Si

OSi

R1

OR1

SiR1

O

R1

ORSi

OR

R1

OR ORSi

OR

OR

OR

+ H2O

- ROH

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Siloxan Bausteine

Bayer AG

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Siloxan-Lacke - Korrosion

OH

OH

OH

Si OHOH

OH

Si OHOH

OH

OH

SiOH

OSiOH

�Anbindung an OH-Gruppen�Stabil verankerte Oxide notwendig (Aluminium)� „Nanolack“ = Siloxanbindemittel

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„Nanolacke“ im Alltag

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Easy to Clean - Sanitär

*DUSART PLUS Glasbeschichtung auf derInnenseite

Anhaftung von Schmutz und Kalk wird reduziert

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Easy to Clean - Sanitär

�Abperlende Tropfen auf Hydrophober Oberfläche�Abperleffekt�Schmutzform

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Easy to Clean - Dusche

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Anti-Fingerprint

270-Liter-Kühl-/Gefrierkombination Edelstahl

Designgerät. Der Blickfang für Ihre Küche.

Matte Oberfläche mit Anti Fingerprint Beschichtung

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Anti-Fingerprint

Matte Edelstahloberfläche Fingerabdruck

Füllung der Vertiefungen

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Anti-Mikrobiell

Nutzinhalt Kühlraum 346, Gefrierraum 186 l ElektronischeTemperaturreglung Silver Nano: Antibakterielle BeschichtungNo-Frost-Technik Twin Cooling System Superfros & SupercoolAbtau-Automatik Cool Select Zone (für Temperaturen von + 2über 1 5 5 Grad) Abstellflächen im Kühl- und Gefrierteil ausstabilem Sicherheitsglas Wasser- und Eisspender für Würfel und"Crushed Ice" (Frischwassranschluß) Innen liegenderWasserfolter Hausbar, Weinregal Kindersicherung Tür-offen-Warnsystem (akustisch) EEK: A Verbrauch 525 kWh/Jahr Farbesilber

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100 nm

* Uncountable Ag nanoparticles is dispersion in dark field as like galaxy.

Antimikrobielle Wirkung von Silber

� (Fast) unsichtbare Silbernanopartikel�Freisetzung von Spuren an Silberionen�Bakterientoxische Wirkung�Analog: Silber und Kupfergefäße

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Verbessertes Raumklima

Photokatalyse –Wellness-Farben

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Conclusion�Coatings are Nanotechnology�Nanotechnology in Coatings is more than Siloxanes or

Nanoparticles�Nanotechnology is an Enabling Technology, but is No

Innovation by itself�Changing Focus from Molecules to Structure�From Bricks to Architecture

�Hierarchical Structure on all Length Scales�Control and Understanding� Integrated Systems instead of Ísolated Solutions�Properties Instead of Isolated Nano Elemts�Be Inspired, See the Challenge!

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Visionäres

Be Inspired

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Lack als

� Leuchte�Reflektor /Reflektorstreifen�Warnleuchte, Unfallsignal�Display

�Solarzelle

�Sensor

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Lack mit neuen Effekten

�Schaltbarem Farbton� /Nutzer� Reversibel irreversibel� automatisch

– durch Energieeintrag– durch Pigmentausrichtung– durch chem. Reaktion– irreversibel

�Schaltbarer Struktur� Lotuseffekt� Benetzbarkeit� Muster/Maserung� Oberflächenspannung� Glanz

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Lack mit neuen Eigenschaften

� selbst reparierend (Bionik)

� regnerierbar

�Struktur� Lotuseffekt� Benetzbarkeit� Muster/Maserung� Oberflächenspannung� Glanz

»�Korossionsschutz�Härtung

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Bioinspired Materials

Integrated Systems

Hierarchy on all lenth scales

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Human Vertebral Bone

Hierarchy on all lenth scales

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Visionäres

Genießen Sie Ihren Hummer

und

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit