Sol Gel Beschichtung

Die Sol Gel Beschichtung – Ein Verfahren zur Vergütung von Oberflächen

Das Sol Gel Verfahren dient der Herstellung von nichtmetallischen anorganischen oder hybridpolymeren Materialien zur Beschichtung von Oberflächen. Ausgangsprodukt für die Beschichtungen sind kolloidale Dispersionen – auch Solen genannt. Diese kolloidalen Dispersionen bestehen aus Nanopartikeln der Größe 1 – 100 nm. Diese sind in Wasser oder organischen Lösungsmitteln dispergiert. Dabei lautet das Grundziel vom Verfahren, eine flüssige Sole in ein festes Gel zu überführen. Diese Art der Beschichtung von Oberflächen ist aufgrund der Vielzahl an Ausgangsprodukten und der sehr günstigen Prozessbedingungen so individuell einsetzbar wie keine andere Beschichtungstechnologie. Die Eigenschaften der späteren Beschichtung sind im Grunde genommen von den Eigenschaften der Moleküle der Sole abhängig.
Der erste Schritt des Sol Gel Prozesses stellt normalerweise die säure- oder basenkatalysierte Hydrolyse von Metallalkoholaten dar. Bei dieser Reaktion spalten sich Alkoholmoleküle ab und es entstehen MOH Gruppe. Kurz danach oder noch währen dieser Reaktion reagieren die MOH Moleküle miteinander und kondensieren unter Abspaltung von Wasser. Der entstehende Dimer kann dann in einer anschließenden Polymerisationsreaktion zu einem Trimer, Tetramer oder Oligomer entstehen – dies geht so lange bis sich ein fester Partikel gebildet hat.
Von Gel kann man dann sprechen, wenn sich zwischen den Behälterwänden eine Art Netzwerk aus Partikeln gebildet hat. Dieses viskose Sol Gel hat sich dabei in eine viskoelastische Gesamtheit gewandelt – eine Art Festkörper mit eingeschlossenen Lösungsmitteln.
Das Gel wird anschließend getrocknet – Erfolgt die Trocknung bei Umgebungsbedingungen, so bildet sich Xerogel. Dieses Xerogel kann in einem weiteren Verfahrensschritt auf der Oberfläche eingebrannt werden. Dabei schreitet die Kondensation fort und es entsteht ein hochvernetzter Lackfilm. Wird das Gel dagegen bei erhöhtem Druck und Temperatur getrocknet so werden Porenflüssigkeiten in einen überkritischen Zustand versetzt und verschwinden aus den Zwischenräumen – es entsteht Aerogel.
Die Beschichtungstechniken, mit denen die Sole auf die Oberfläche gebracht wird, sind je nach Anwendung einsetzbar. Eher niedrigviskose Sole eignet sich für die Tauchbeschichtung. Hier wird das zu beschichtende Material eingetaucht und herausgezogen. Schon während des Herausziehens aggregieren die Solepartikel und es entsteht ein fester Gelfilm. Dabei laufen quasi die oben beschriebenen Reaktionen ab.
Zusätzlich kann die Sol Gel Beschichtung noch mittels Schleuderbeschichtung oder Filmtrocknung aufgetragen werden.

Fernwirktechnik

Die Fernwirktechnik ist Teilgebiet der Nachrichtentechnik (neben Übertragungs-, Regelungs- und Steuerungstechnik), das sich mit dem Überwachen und Steuern räumlich entfernter Objekte mit signalumsetzenden Verfahren hoher Zuverlässigkeit befasst. Das Fernüberwachen bedeutet das Erfassen, Übertragen und Auswerten von Information über den Zustand der Objekte, wobei man Fernmessen beziehungsweise Telemetrie (Information ist »Messwert« mit mehr als zwei Zuständen) und Fernanzeigen (Information ist binäre »Meldung«) unterscheidet. Das Fernsteuern ist das Eingeben, Übertragen und Ausgeben von »Steuerinformation« zur Beeinflussung der Objekte, wobei man Ferneinstellen (Information ist »Stellwert« mit mehr als zwei Zuständen) und Fernschalten (Information ist binärer »Befehl«) unterscheidet.

Fernwirkanlagen umfassen die Gesamtheit der Stationen, Verbindungen und Warten für einen Funktionsablauf. Sie verwenden vorwiegend elektrische Signale als Träger der Information sowie die Methoden und Verkehrsarten der Nachrichtentechnik (z. B. Codierung, Modulation, Pulscodemodulation, Multiplexsysteme). Anwendungsbeispiele sind u. a.: a) Meldung von Schaltzuständen, Erfassen von Messwerten und Zählerständen, Erteilen von Schaltbefehlen in der elektrischen Energieversorgung, b) Erfassen der Betriebsdaten und Übertragen von Stell- und Steuerbefehlen bei Fernleitungen für Erdöl, Gas und Wasser, c) Verbinden von Stellwerken verschiedener Bahnhöfe mit zentralen Stellwerken im Schienenverkehr, d) Steuerung von Ampeln im Straßenverkehr, e) Überwachung und Steuerung im industriellen Bereich, bei chemischen Prozessen und in gefährdeten (z. B. radioaktiven) Zonen, f) Lenken und Betreiben unbemannter Land-, Wasser-, Luft- und Raumfahrzeuge.

Kunststoffbeschichtung

Von einer Kunststoffbeschichtung spricht man, wenn eine fest haftenden Schicht Kunststoff auf die Oberfläche eines Werkstückes aufgebracht wird. Der entsprechende Vorgang sowie die aufgetragene Schicht selbst wird auch als Beschichtung (engl. coating) bezeichnet.Die Kunststoffbeschichtungstechnik zählt zu den wichtigsten Fertigungstechniken zur Veredelung von Oberflächen. Überall da, wo Oberflächen der typischen Trägermaterialien wie Metall, Holz oder Kunststoff veredelt werden, findet sie Anwendung. Die angestrebten Oberflächeneigenschaften können dabei sowohl funktionaler oder dekorativer Art sein.

Kunststoffbeschichtungen werden auf ihre spezielle Funktionen im Fertigungsprozeß oder im späteren Einsatz hin entwickelt, angewendet und genutzt. Die Entscheidung für die Anwendung oder Entwicklung einer Oberflächenveredelung durch Beschichtungen mit Kunststoff muss deshalb in dreierlei Hinsicht geprüft und abgesichert werden. Die Kunststoffbeschichtung soll erstens einen möglichst wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Herstellungsprozess ermöglichen. Sie soll zweitens die funktionalen Eigenschaften für die beabsichtigte Anwendung haben. Die Kunststoffbeschichtung soll drittens die gewünschten dekorativen Eigenschaften der Oberflächen erreichen.

Die Optimierung der Anwendungsfunktionen steht am häufigsten im Vordergrund. Hier sind je nach Anwendung Funktionen wie gute Antihafteigenschaften, Traktionserhöhung, Verschleißfestigkeit, Korrosionsfestigkeit, Temperaturbeständigkeit, bestimmte Barriereeigenschaften, sowie elektrische Isolierung und Durchschlagsfestigkeit gefordert.

Nach eingesetzten Kunststoffen und ihren funktionalen Eigenschaften in der Anwendung geordnet, kann man folgende Beschichtungen unterscheiden.

EP ( Epoxidharz) ist von hoher Festigkeit und chemisch beständig.

ECTFE (Copolymer von Ethylen und Chlortrifluorethylen), auch als Halar bekannt, zeichnet sich aus durch gute thermische, chemische und dielektrische Eigenschaften swoie Korrosionsfestigkeit, Gleitfähigkeit, Abriebfestigkeit und gute Barriere-Eigenschaften.

PE (Polyäthylen) ist chemisch beständig, schlag- und stoßfest, verformbar, elektrisch isolierend, korrosionsfest, UV-beständig und hat gute Gleiteigenschaften.

PVDF (Polyvinylidenfluorid), auch unter Kynar bekannt, ist chemisch beständig, mechanisch fest, feuer-, witterungs- und UV-beständig.

Nylon Kunststoffbeschichtungen sorgen für Korrosionsschutz und weisen gute Dichteigenschaften auf.

PA (Polyamid), auch unter Rilsan im Handel, hat eine hohe Elastizität, ist abriebfest und chemikalienbeständig.

PEEK (Polyetheretherketon) zeichnet sich durch gute chemische Beständigkeit aus , und ist darüber hinaus korrosionsbeständig und diffusionsarm.

PFA (Perfluoralkoxy) verbessert die Antihaft- und Gleiteigenschaften, es erhöht die chemische Beständigkeit des beschichteten Trägermaterials.

PTFE (Polyetrafluorethylen), auch unter Xylan, Teflon, SilverStone oder SilverStone Supra bekannt, hat gute Antihaft- und Gleiteigenschaften und ist chemisch beständig.

PPS (Polypenylensulfid) hat eine hohe Wärmebeständigkeit, ein sehr gutes Antihaft-Verhalten und eine gute Abriebfestigkeit.

PTFE Beschichtung: Beschreibung und Einsatzbereiche

Polytetrafluorethylen (Kurz PTFE, gelegentlich Polytetrafluorethen) ist ein teilkristallines Polymer, zusammengesetzt aus Fluor- und Kohlenstoffatomen. Das Tetrafluoroethylen Molekül ist mit dem des einfachen Ethylens, welches die Basis für den Kunststoff Polyethylen bildet, identisch. Jedoch sind die Wasserstoffatome des Ethylens beim TFE durch Fluoratome ersetzt.

Einsatzbereich von PTFE Beschichtung


Antihaft Beschichtung für Kochgeschirr:

Die bekannteste Anwendung von PTFE Beschichtung ist wahrscheinlich die Antihaft-Beschichtung von Pfannen und Töpfen. Das PTFE selbst haftet auf den Oberflächen, weil das Metall angeraut wird, beispielsweise durch mechanische Prozesse wie das Sandstrahlen oder durch eine chemische Behandlung mit Säuren. Dann wird das PTFE mittels hohem Druck auf die Oberflächen aufgetragen. Gehalten wird es von den zahllosen kleinen Unebenheiten in der Metalloberfläche. Die Bindung des Materials erfolgt somit nur mechanisch, nicht chemisch, daher sind die beschichteten Oberflächen meist nur wenig kratzresistent. Die Oberseite der PTFE Beschichtung bleibt jedoch glatt. Sie verhindert so ein Anbacken des Gargutes.

Auch im industriellen Bereich gibt es jedoch zahlreiche Anwendungen, z.B. als Antihaft Beschichtung für Textilien in der Industrie der Funktionskleidung oder in Formen, die bei der Kunststoffbearbeitung (Herstellung von Formteilen aus Kunststoff bzw. Faserverstärkte Materialien wie GFK und CFK, aber auch in der Dachsanierung, zur Dachbeschichtung miteiner elastischen Acryl Dispersionsbeschichtung.

Im Zusammenhang mit sogenannten „Teflonpfannen“ wird auch häufig ein gesundheitlicher Verdacht auf Krebserregung der Substanzen der Beschichtung geäußert. Aber die gefährlichen fluorierten Verbindungen treten nur bei einer starken Überhitzung des Geschirrs auf (ab Temperaturen von 202 bis 360 °C, je nach Angabenquelle). Deshalb sollte eine beschichtete Pfanne nicht länger als ca. drei Minuten im Leerzustand erhitzt werden. Und im Fall eines Einsatzes auf Induktionsherdplatten wird vom Bundesinstitut für Risikobewertung sogar von einer Erhitzung leerer Pfannen gänzlich abgeraten, da diese zu schnell die kritischen Temperaturen erreichen. Kratzer in der PTFE-Beschichteten Oberfläche sind jedoch ebenso unbedenklich, wie abgelöste Beschichtungspartikel, denn diese werden ohne Gesundheits Konsequenzen wieder ausgeschieden.

Funktionskleidung:

In hauchdünnen Beschichtungen finden PTFE-Folien auch unter der Handelsmarke Gore-Tex (des Chemiekonzerns DuPont de Nemours) Verwendung, als sogenanntes Gore-Tex-Laminat. Dessen Membran besitzt feine Poren, die zu klein sind, um Wasser in flüssiger Form durch zulassen, aber für Wasserdampf durchlässig sind. Daraus werden „atmungsaktive“, aber Wasser- und winddichte Kleidungsstücke hergestellt (z. B. Jacken, Schuhe und sogar Socken), die trotz hoher Dichte das Entweichen der Hautfeuchtigkeit möglich machen.

Ultraschalldiagnostik

̣Die Ultraschalldiagnostik oder Sonografie ist ein bildgebendes Untersuchungsverfahren, das die teilweise Reflexion von hochfrequenten Ultraschallwellen (1‒10 MHz) an Grenzflächen unterschiedlicher Gewebestrukturen im Körper nutzt. Ein Schallkopf sendet kurze Schallimpulse in den Körper und empfängt die reflektierten Echoimpulse, die zu Bildern umgewandelt werden (Impulsechoverfahren). Als A-Bild-Verfahren wird die eindimensionale Darstellung der Echos einfacher Strukturen in Form von Signalen unterschiedlicher Amplitude bezeichnet, als B-Bild-Verfahren die Erzeugung eines zweidimensionalen Schnittbildes durch manuelle oder automatische Bewegung des Schallstrahls, bei dem die Intensität des Echos in verschiedene Helligkeitsstufen umgesetzt wird und bei periodischer Abtastung Bewegungsabläufe sichtbar macht (Real-Time-Verfahren). Diese Methode bietet die breiteste Anwendungsmöglichkeit, z. B. in der Geburtshilfe zum Feststellen möglicher Anomalien des Fetus, in der inneren Medizin und Urologie zur Erkennung von Tumoren, Zysten und Steinbildungen, zur Herz-, Gehirn-, Schilddrüsen- und Gelenkdiagnostik und zur Krebsdiagnostik der weiblichen Brust.

Das Doppler-Verfahren (Doppler-Sonografie) arbeitet mit kontinuierlichen Schallwellen konstanter Frequenz oder mit Schallpulsen, die aufgrund des Doppler-Effekts von sich bewegenden Grenzflächen (v. a. rote Blutkörperchen in Blutgefäßen) mit veränderter Frequenz reflektiert werden und z. B. Gefäßverengungen oder -verschlüsse erkennbar machen. Die Duplexsonografie kombiniert das Doppler- und das B-Bild-Verfahren. Dabei kann die Fließrichtung des Blutes in einem Blutgefäß in unterschiedlichen Farben dargestellt und die Pulsfrequenz angezeigt werden. Gleichzeitig ist eine Beurteilung von Veränderungen der Gefäßwand möglich.

Eine Verbesserung der Auflösung und der Abbildungsdetails erbringt die digitale Bildverarbeitung (Computersonografie), bei der auch räumliche Bilder erzeugt werden können (3-D-Sonografie und Panoramabildverfahren). Eine neuere Entwicklung ist der Einsatz der Ultraschalldiagnostik bei der endoskopischen Untersuchung (Endosonografie) z. B. von Magen, Darm, Gallengängen und Scheide mittels eines schnell rotierenden Ultraschallwandlers in der Spitze des Endoskops. Spezialkatheter ermöglichen auch die Innendarstellung von Blutgefäßen.