Nanofüllstoffe

Nanofüllstoffe sind Füllstoffe, deren Teilchen oder Fasern im Nanometerbereich liegen und die einem Trägermaterial wie Polymer oder Keramik zugesetzt werden, um dessen Eigenschaften zu beeinflussen. Durch die hohe spezifische Oberfläche und die oft außerordentlich hohen Längen- bzw. Breitenverhältnisse können Nanofüllstoffe die mechanische Festigkeit, die Wärmeleitfähigkeit, die Barrierewirkung oder die Flammschutz-Eigenschaften von Verbundwerkstoffen maßgeblich verändern.

Zu den gängigsten Typen gehören Nanoclays (geordnete Tonmineralien), Siliziumdioxid- und Aluminiumsoxide, Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) und Graphen, Nanocellulose sowie metallische oder metalloxidische Nanopartikel.

Wesentliche Herausforderungen sind die gleichmäßige Dispersion und die Verhinderung von Agglomeraten. Oft sind Oberflächenmodifikationen, Kopplungsmittel oder Compatibilizer nötig, um die Entmischung in der Matrix zu verhindern. Verarbeitungstechniken umfassen Lösungsmittelverfahren, In-situ-Polymerisation oder Schmelzextrusion; die Auswahl hängt von Matrix, Füllstofftyp und gewünschter Eigenschaft ab.

Anwendungen finden sich in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, in Beschichtungen, Verpackungen, Elektronikkomponenten sowie in Energiespeichern. Nanofüllstoffe können Barriereeigenschaften gegenüber Gasen verbessern, die mechanische Belastbarkeit erhöhen, Wärme- oder Elektrizität leitfähig machen oder das Brandverhalten beeinflussen.

Aus Umwelt- und Gesundheitsperspektive bestehen Bedenken hinsichtlich der Freisetzung feiner Nanomaterialien, insbesondere bei Herstellung, Verarbeitung oder Recycling. Sicherheit, Emissionen und Lebenszyklus-Management sowie entsprechende Normen (z. B. relevante ISO- und ASTM-Standards) sind bei Entwicklung und Regulierung zu beachten. Charakterisierung erfolgt durch TEM/SEM, BET, DLS, XRD sowie mechanische und Barrieretests.