Neue Verfahren bringen die deutsche Chemie in der Nanotechnologie voran

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Auf diese Weise kann eine besonders homogene Mischung zwischen Zinkdampf und Luft realisiert werden, die wiederum zu einer guten Partikelbildung führt. Die Einbeziehung der Silizium-Verbindung ermöglicht gecoatete Teilchen, die nicht verkleben – Aggregate und Agglomerate können sich nicht mehr bilden. Vielmehr sind die entstehenden Teilchen 150 bis 200 Nanometer klein, wobei auf die SiO2-Hülle nur einige wenige Nanometer entfallen. Die Partikelbildung wird durch das Einblasen von Quenchluft und im zweiten Schritt von Quenchwasser beendet. Die Partikel werden schließlich über einen Tuchfilter abgeschieden.

Das Verfahren ermöglicht im Pilotmaßstab die Produktion von fünf bis zehn Kilogramm Nanomaterial pro Stunde, die Jahrestonnage liegt in Hanau bei 40 Tonnen. Nach erfolgreichem Abschluss dieser Phase soll eine Produktion insbesondere für kosmetische Anwendungen am Evonik-Standort Rheinfelden aufgebaut werden, die bei der Jahrestonnage um den Faktor 10 bis 15 größer ist. Im Gegensatz zu einem früheren Verfahren, in dem Zinkpulver als Ausgangsmaterial verwendet wurde, wird auf dem neuen Weg ein deutlich verbessertes Produkt erreicht.

„Ein wichtiger Fortschritt bei diesem Prozess ist die Energieeinsparung in der Größenordnung von 15 bis 20%“, erklärt Prof. Stepan Katusic, der das Verfahren für Evonik entwickelt hat. Insgesamt steht eine Vielzahl an Parametern im gesamten Prozess zur Verfügung, über deren Einstellung und Veränderung sich das Produkt nach Kundenwunsch maßschneidern lässt. „Grundsätzlich ist dieser Reaktoraufbau auch für andere Metalloxide geeignet“, so Katusic.

Schnelle Partikelbildung

Auch die BASF hat eine innovative integrierte Prozesstechnologie für die Produktion von Nanomaterial etabliert. Dabei geht es um die Erzeugung anorganischer und organischer Nanoteilchen in einem Heißwandreaktor und die direkte Ankopplung der Gasphase durch einen geeigneten Transfer in die flüssige Phase, in der dann stabile Emulsionen mit Nanopartikeln vorliegen. „In diesem Zustand kann dann eine leichte Einarbeitung in Polymere oder Feinchemikalien erfolgen“, berichtet Prof. Bernd Sachweh, Gruppenleiter in der Technischen Entwicklung für Feinpartikelentwicklung und Partikelcharakterisierung. Entscheidend für die erfolgreiche Prozessführung sind u.a. extrem hohe Abkühlraten beim Quenchen nach der Desublimation der Partikel, die einer Millionen Kelvin pro Sekunde entsprechen können. Auf diese Weise erfolgt die Bildung der Nanoteilchen in wenigen Millisekunden.

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