Dette er nanopartiklene

Transkript

1 Bruk av nanoteknologi til forbedring av herdeplasters værbestandighet og overflateegenskaper Nordiske Komposittdager, Sandefjord, 30. august Nanoteknologi Dette er nanopartiklene 2 1

2 Uorganisk / organisk hybridpolymer SiO nm organisk gren 3 Fremstilling av nanopartikler A-Si-(OR) 3 trinn 1 solgelprosess primær u/o-hybrid trinn 2 org. modifisering modifisert u/o-hybrid alt. trinn 3 org. modifisering X X modifisert u/ohybrid med aktive grupper Y 4 2

3 Mulige anvendelser av nanopartikler i komposittmaterialer (1) Heftformidler mellom armering og herdeplast lyseblå: kryssbinder med resin lila: god heft mot armering 5 Mulige anvendelser av nanopartikler i komposittmaterialer (2) Kryssbinding med resin Økt værbestandighet Økt slitasjebestandighet Økt temperaturbestandighet Økt stivhet Rask utherding Redusert fleksibilitet 6 3

4 Mulige anvendelser av nanopartikler i komposittmaterialer (3) Nanopartikler på overflaten Hindrer utlekking Hindrer intrenging av gasser (O 2, NO x, SO 2, ) Hindrer oksidativ nedbrytning Hindrer hydrolyse Forbedrer slitasjebestandighet 7 4

5 Mulige anvendelser av nanopartikler i komposittmaterialer (4) Nanopartikler med stabilisatorgrupper på overflaten Hindrer oksidativ nedbrytning Forbedrer temperaturbestandighet 8 Eksempel 1: epoksy Vanlig epoksy : Accelerated weathering 300 h 0 h Scratch resistance by Erichsen Pen Appl. Force (N) Hardener + Epoxy resin 3 Nano-modifisert epoxy: Nanopartikler + Hardener + Epoxy resin 20 Improved: Light stability Scratch resistance 9 1

6 Example 2: lakk for polymerer Anvendelse Overflatemodifisering av nanopartiklene Brukt som Substrat Resultat Akryllakk Hydroxyl / akryl Bindemiddel, løsningsmiddelbasert O 2 -plasma behandlet polypropylene Good adhesion (tape test) Akryllakk Hydroxyl / akryl og aromatisk amid Bindemiddel, vannbasert Flammebehandlet HDPE, 0,1 mm pluss 20µm lakk Oksygenbarriere fem ganger bedre enn PET av samme tykkelse Akryllakk Hydroxyl / akryl og aromatisk amid Bindemiddel, vannbasert O 2 -plasma behandlet Polykarbonat Ripebestandighet forbedret fra 0.1 N til 6 N (Erichsen pen) Akryllakk Hydroxyl / akryl og hydrofobe grupper Bindemiddel, løsningsmiddelbasert Silikon wafer Ripebestandighet forbedret fra 0.5 N til 4 N (Erichsen pen) Hydrofob overflate 64º Pure acrylic 90º Modified 10 Example 3a: Epoxy coatings Sample no. wt% nanoparticles wt% of Aradur 2965 in wt% nanoparticles in in the hardener the hardener cured epoxy material Commercial Modified Modified Modified Gulning ble målt etter 450 timer akselerert aldring i en UVCON weather-o-meter (ISO ) Pencil hardness ble målt med Erichsen pen før aldring Sample Initial yellowing Final Initial Gloss Final Gloss (Δb / ASTM 2244) yellowing (ISO 2813) (ISO 2813) Commercial Modified Modified Erichsen Pen Modified Shore Hardness Applied Force [N] Shore D Commercial Modified 1 Modified 2 Modified 3 0 Commercial Modified 1 Modified 2 Modified

7 Example 1b: Epoxy coatings Sample no. wt% nanoparticles wt% of hardener wt% resin wt% nanoparticles in in the hardener (Ancamine 1618) (Dow Der 331) the epoxy system Commercial Modified Modified Sample Pencil hardeness Final yellowing (Erichsen) (ΔE / ASTM 2244) Commercial Modified Modified Gulning ble målt etter 240 timer akselerert aldring i en UVCON weather-o-meter (ISO ). Pencil hardness ble målt med Erichsen pen før aldring. 12 Kostnader Hovedkostnadene kommer fra silanen som brukes ca. 80 NOK/kg. 1 kg silan gir ca. 0,5 kg primærpartikler Organisk modifisering gjennomføres vanligvis med organiske råstoffer som koster NOK/kg. Som regel er masseforholdet mellom rimærpartikkel og organisk modifisert partikkel minst 1:3. Dette betyr at en modifisering av 0,5 kg primærpartikler (80 NOK/kg) med 1 kg organisk råstoff (20 NOK) gir 1,5 kg nanopartikkel til 67 NOK/kg. Noen små kroner ekstra må påregnes for fremstillingsprosessen. 13 3

8 Sammendrag Uorganisk / organisk hybridpolymer som nanopartikler har en rekke mulige anvendelser for herdeplaster og dermed komposittmaterialer Flere viktige egenskaper av herdeplastbaserte materialer kan forbedres Værbestandighet Temperaturbestandighet Slitasjebestandighet Raskere utherding Forbedret heft mellom armering og herdeplast Kostnadene sammenlignbar med dagens høykvalitetskryssbindere og betydelig lavere enn sammenlignbare nanopartikkeladditiver (f.eks. Dendrimerer) 14 4