Silicium- und Nanotechnologie für Lacksysteme

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Frank Groß. Silicium- und Nanotechnologie für Lacksysteme

Auf ein Wort

1Einführung in die Siliciumtechnologie

1.1Literatur

2Reaktionsprinzipien des Siliciums

2.1Literatur

3Das Silicium

3.1Eigenschaften und Vorkommen. von Silicium

3.2Nutzung von Silicium. als Rohstoff in Solarzellen

3.3Vom Quarzsand zum Silan

3.4Literatur

4Siliciumbasierte Rohstoffe

Verfügbarkeit der Rohstoffe

Zulassung nach REACH

Der Rohstoffpreis

4.1Hydrosilane (Silane) als Rohstoff

4.2Chlorsilane

4.2.1Müller-Rochow-Synthese zur. Herstellung von Chlorsilanen

4.2.2Verwendung von Chlorsilanen

4.3Siliciumorganische Verbindungen

4.3.1Polysilazane

4.3.2Alkoxy-, Acetoxysilane

4.4Literatur

5Chemisch-technische Grundlagen

5.1Grundlagen der Glaschemie

5.1.1SiO2 als Glas und Kristall

5.1.1.1Netzwerkbildner und Netzwerkwandler

5.1.2Emaille

5.1.3Wasserglas

Umwelttechnischer Hinweis

5.1.4Färben von Glas

5.1.4.1Phototropie

5.1.4.2Elektrotropie

5.2Oberflächenveredelung von Glas. mit dünnen Schichten

5.2.1CVD-Verfahren

5.2.2PVD-Verfahren

5.2.3Dünne Metallschichten

5.2.4Dünne dielektrische Schichten

5.2.5Beschichtung mit transparenten, leitfähigen Oxiden

5.3Grundlagen der chemischen. Nanotechnologie

5.3.1Definition der Nanotechnologie

Mechanische Funktionalität

Geometrische Funktionalität

Elektrische Funktionalität

Magnetische Funktionalität

Optische Funktionalitäten

Chemische Funktionalitäten

Biologische Funktionalitäten

5.3.2Nanopartikel in Lacksystemen

5.3.3Herstellung von Nanopartikeln

5.3.3.1Top-down: Kugelmahlen

5.3.3.2Bottom-up: Herstellung aus der Gasphase

5.3.3.3Bottom-up: „Aerosil“-Verfahren

5.3.3.4Bottom-up: Chemische Fällung

5.3.3.5Bottom-up: Stöber-Prozess

5.3.3.6Bottom-up: Mikroemulsionsverfahren

5.3.4Oberflächenmodifizierung von Nanopartikeln

5.3.4.1Stabilisierung von Nanopartikeln

5.3.4.2Silanisierung

5.3.5Charakterisierung von Nanopartikeln

5.3.5.1Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)

5.3.5.2EDX-Analyse

5.3.5.3Röntgendiffraktometrie (XRD)

5.3.5.4BET-Oberflächenbestimmung

5.3.5.5Photonenkorrelationsspektroskopie (PCS)

5.3.5.6Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS)

5.3.6Nanopartikel für Beschichtungsmaterialien

5.3.6.1Kieselsole

5.3.6.2TiO2-Nanopartikel

Nano-TiO2-Anwendung aus dem Alltag

5.3.6.3Nanoruß und. Carbon-Nanotubes

5.3.6.4Silber-Nanopartikel für antibakterielle Effekte

Versuch

5.3.6.5Chitosan wirkt bakterienabweisend

5.3.6.6Nanopartikel für Dieselrußfilter

5.3.6.7Thermische Zersetzung durch Nanopartikel

5.3.7Toxikologie von Nanopartikeln

5.4Korrosionsschutz

5.4.1Passiver Korrosionsschutz

5.4.1.1Temporärer Korrosionsschutz

5.4.1.2Metall- und Metallsalzüberzüge

5.4.2Aktiver kathodischer Korrosionsschutz

5.4.2.1Konversionsschichten

5.4.2.2Schutzschichten durch mehrfachen Lackauftrag

5.4.3Zinklamellenüberzüge

5.5Grundlagen der Siliconchemie

5.6Der Sol-Gel-Prozess

5.6.1Netzwerkwandler zur Flexibilisierung. des anorganischen Netzwerkes

5.6.2Cokondensation von Metallalkoxiden. ins Si-O-Si-Netzwerk

5.6.3Funktionelle organische Netzwerkbildner

5.7Literatur

6Oberflächeneffekte

6.1Hydrophobe Oberflächen oder. der Easy-to-Clean-Effekt

6.2Lotus-Effekt oder. superhydrophobe Oberflächen

6.3Antibeschlageffekt oder. hydrophile Oberflächen

6.4Superhydrophile Oberflächen

6.5Photokatalytische Effekte

6.6Superhydrophil gegen. Superhydrophob

6.6.1Literatur

7Lackrohstoffe und ihre Anwendungen

7.1Säurestabilisierte lösemittelbasierte Silanhydrolysate (Sol-Gel-Materialien)

EU-Chemikalienverordnung REACH und Haltbarkeit

7.1.1Sol-Gel-Materialien für. Hochtemperaturanwendungen

7.1.2Antifingerprint-Beschichtungen

7.1.3Korrosionsschutz auf Stahl/Edelstahl

7.1.4Versiegelung von verzinktem Stahl

7.1.5Versiegelung von Zinkblechen

7.1.6Korrosionsschutz auf Aluminium und Magnesium

7.1.7Photokatalytisch selbstreinigende. Beschichtungen auf Polymeren

7.1.8Lebensmittelechte Innenbeschichtung von Aluminiumbehältern

7.1.9Hochtemperatur Easy-to-Clean Beschichtung

7.1.10Infrarotabsorbierende Beschichtungen

7.1.11Versiegelung von Kupfer

7.1.12Kratzfestbeschichtungen

7.1.13Tribologische Beschichtungen

7.1.14Entformungshilfsschichten

7.1.15Easy-to-Clean-Beschichtung für Keramikrollen in Hochtemperaturöfen

7.1.16Zunderschutz für Stahl

7.2Wasserbasierte modifizierte Silikasole

7.2.1Dauerhafte hydrophile Schichten

7.2.2Korrosionsschutz durch. wässrige Zinklamellenbeschichtungen

7.2.3Aktive Zinkbeschichtungen bis 500 °C Temperaturbeständigkeit

7.2.4Wasserbasierte aktive Korrosionsschutzprimer für Farb- und Pulverlacke

7.2.5Epoxymodifizierte Silikasole als. Additiv für Dispersionen

7.3Harze nach dem Fällungs-Emulsionsverfahren

7.3.1High solid Methacrylharze nach dem. Fällungsverfahren

7.3.2Dual-Cure-Materialien auf Basis High Solid-Methacrylbindemitteln

7.3.3Emulsionen von gefällten Silankondensaten

7.3.4Beschichtungen auf Glas und Porzellan

7.4Nanoemaille (alkalisch stabilisierte Silikatbeschichtungen)

7.4.1Alkalisch wasserbasierte Silikatschichten. für den Korrosionsschutz

7.4.2Anlaufschutz von Edelstahl

7.4.3Höchste Chemikalienbeständigkeit durch Nanoemaille

7.4.3.1

7.4.4Katalytischer Rußabbrand auf Basis alkalimodifizierter Silikate

7.4.5Nanoemaille als Designoberfläche mit passivem Korrosionsschutz

7.4.6Raumtemperaturhärtende. Nanoemaille-Bindemittel für Anstrichfarben

7.4.7Brandschutzprimer, Füller und Überzüge. auf Basis der Nanoemaille

Nanoemaille-Bindemittel

7.5Selbstvernetzende Silane: Crossilane

7.5.1Crossilane zur Stein- und Betonversiegelung

7.5.2Nass- und Pulverlacksanierung

7.5.3Anorganische Farblacke auf Basis von Crossilanen

7.5.4Photokatalytische Wandfarben auf Basis von Crossilanen

7.5.5Kerzenbeschichtung

7.5.6Bindemittel für Naturstoffe und Steine

7.6Alkoxy-Si-ns-Bindemittel (Metalloxid-Silikat-Bindemittel)

7.6.1Interferenzschichten auf Basis Ti/Si

7.6.2Antireflexbeschichtungen

7.6.3Kathodischer Korrosionsschutz durch. metallkeramische Beschichtungen. auf Basis TiO2/SiO2/Zn/Al (TSZA-Technologie)

7.6.4Kathodischer Korrosionsschutz durch metallkeramische Beschichtungen auf Basis TiO2/SiO2/Mg (TSM-Technologie)

7.6.5Schweißbarer Zunderschutz für die Warmumformung auf Basis TiO2/SiO2/Al- Beschichtungen (TSA Technologie)

7.7Urethan-funktionelle silanisierte organische Harze (Re-Si-ns)

7.7.1Urethan-vernetzte Re-Si-ns–U-Typen

7.7.2Pulver- und Nasslacke auf Basis silanisierter Harze

7.7.3Silanisierung von Naturstoffen

7.8Phenoxylane (hydrolysestabile Phenoxysilane)

7.8.1Lackbindemittel und Polymere auf Basis Phenoxylanen

7.8.2Elektrotauchlackierung auf Basis von Phenoxylanen

7.8.3Natürliche Wirkstoffpartikel- und. Beschichtungen auf Basis von Phenoxylanen

7.8.4Korrosionsschutzbeschichtungen auf Basis von Phenoxysilanen

8Perspektiven

Autoren

Stichwortverzeichnis

Отрывок из книги

Sie halten unser Buch „Silicium- und Nanotechnologie für Lacksysteme“ in Händen. Wir wollen damit die Möglichkeiten der Siliciumchemie in Lacken vorstellen und einen Ausblick geben, was die Zukunft in diesem interessanten Forschungsfeld, mit zum Teil völlig neuen Eigenschaften zu bieten hat. Siliciumbasierte Rohstoffe werden schon seit Längerem in der Lackbranche eingesetzt, häufig noch in Nischenmärkten.

Seit Anfang der 1990er Jahre hat man über die Sol-Gel-Technologie und über organische Modifizierungen von anorganischen Partikeln und insbesondere bei Siliciumoxidpartikeln die Möglichkeit, organische Lackbindemittel auch anorganisch zu modifizieren. Gerade der Bereich der Nanopartikel bietet die Chance, neue Funktionen in Lacksysteme einzustellen, ohne die Transparenz der Lacke zu verlieren. Dies wurde in unserem ersten Buch „Nanotechnologie“ erklärt und diese Inhalte wurden in dem hier vorliegenden Buch mit eingearbeitet.

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Bei einer Solarzelle ist die n-dotierte Schicht der Sonnenseite zugewandt. Sie wird im Vergleich zur p-dotierten Schicht sehr dünn gehalten, damit die energiegeladenen Photonen des Lichts bis auf den pn-Übergang durchdringen können (siehe Abbildung 3.7).

Abbildung 3.7: Funktionsweise der Silicium-Solarzelle bei Lichteinfall

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