30/07/2014 - Die Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren verbessert die Eigenschaften von Beschichtungen

Menéame

Eine Untersuchung der UPV/EHU, die innerhalb der Europäisches OPCO-Projekt, verwendet Kohlenstoffnanoröhren zur Verbesserung der Eigenschaften von Harzbeschichtungen, diese Beschichtungen sind sehr bei der Herstellung von strukturellen Teilen für Sektoren wie die Fahrzeug y Luftfahrt.

Mit dieser Forschung soll eine bessere Verbreitung von Kohlenstoffnanoröhren in verschiedenen Polymeren erreicht werden, da Nanoröhren die Leitfähigkeit von Beschichtungen verbessern und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweisen, die sie widerstandsfähiger und steifer machen und sie als Leiter von Elektrizität nutzen. "Um diese Eigenschaften zu übertragen oder zu verbessern, müssen die Kohlenstoffnanoröhren gut über das gesamte Material verbreitet werden," sagt Galder Kortaberria, UPV/EHU-Chemiker.

Verbreitungsstrategie

Epoxidharze, die Isoliermaterialien sind, werden mit dem Einbau von Kohlenstoffnanoröhren zu Leitern. Diese Verbesserung kann zu einem Problem für Nanoröhren werden, die dazu neigen, miteinander zu schmelzen und sich oft zusammenschließen. Sie verursachen daher Schwierigkeiten bei der Erweiterung in einer Matrix. Deshalb sind Strategien oder Methoden erforderlich, die zu einer möglichst breiten Verbreitung von Kohlenstoffnanoröhren in der Polymermatrix beitragen.

Es gibt verschiedene Formeln für die Verbreitung von Kohlenstoffnanoröhren in der Polymermatrix. Die Kohlenstoff-Nanoröhren, die leitfähig sind, richten sich in die gewünschte Richtung, wenn sie sich vor einem elektrischen Feld befinden, und die Oberfläche dieser Nanoröhren kann durch chemische Behandlungen so umgewandelt werden, dass eine gewisse Affinität oder Kompatibilität mit dem Epoxid erreicht wird.

Verwendung von Copolymeren

Um diesen Prozess zu verbessern, hat das Forschungsteam vorgeschlagen, Copolymere (Styrol-Butadien-Styrol) zu verwenden, die Blöcke aus zwei verschiedenen Polymeren sind, die durch chemische Verbindungen miteinander verbunden sind. Zu diesem Zweck wurde zunächst einer der Blöcke des Copolymers chemisch umgewandelt (Butadien), damit sie mit der Matrix des Epoxidharzes kompatibel ist. Der andere Block wurde zwar geteilt, aber mit einer kovalenten Verbindung zum Butadien wurde die Teilung nanometrisch und es wurden Nanostrukturen geschaffen.

Galder Kortaberria zufolge "verstreuen sich die Kohlenstoffnanoröhren in der Epoxidmatrix viel besser, ohne Spanplatten zu bilden" und fügt hinzu, dass "alle Beschichtungen, die wir vorbereiteten, eine größere Stabilität als die nur auf Epoxid basierenden Beschichtungen aufwiesen. Die stabilste Beschichtung ist die mit 0,2 % Kohlenstoffnanoröhren."

Im Bild links, Epoxid-Anwendung und Nanoröhrchen-Beschichtung mit einem Spray. Rechts, Bild einer Nanostruktur (3 x 3 μm) mit 0,2 % Nanoröhren und 5 % Copolymeren. (Quelle: UPV/EHU)

Schlußfolgerungen

Das Forschungsteam hat festgestellt, dass die Eigenschaften von Beschichtungen verbessert werden können. unterschiedliche Mengen an Copolymeren und Nanoröhren, insbesondere thermische Stabilität oder Temperaturverhalten, die für die Industrie geeignet sind.

"Die Verbreitung von Nanoröhren hat sich durch die Verwendung von Copolymeren erheblich verbessert, und die Eigenschaften von Beschichtungen auf der Grundlage von Epoxidharzen bleiben erhalten; in einigen Fällen haben sie sich sogar verbessert," so Kortaberria. "Alles ermöglicht die Herstellung von Beschichtungen, die für die Industrie geeignet sind, mit verbesserten Eigenschaften," fügt er hinzu.

Ref.

L.Esposito, J.A. Ramos, G. Kortaberria. "Dispersion of Carbon nanotuves in nanostructured epoxy systems for coating application" Progress in Organic Coatings 77 (2014) 1452-1458

Weitere Informationen

Europäisches OPCO-Projekt

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UPV/EHU

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