Strategieentwicklung zur Beschichtung von offenporigen, nanoporösen Materialien mit geringer Dichte

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich; Professorin Dr.-Ing. Irina Smirnova
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408323810

Für viele Anwendungen poröser Materialien ist eine Beschichtung vorteilhaft, um beispielsweise innerhalb der porösen Struktur verkapselte Substanzen vor Feuchtigkeit zu schützen oder eine mechanische Stabilisierung des porösen Netzwerkes während der Lagerung und des Transports zu erreichen. In diesem Projekt soll eine Strategie zur Beschichtung von offenporigen, nanoporösen Materialien mit geringer Dichte am Beispiel von organischen Aerogelpartikeln entwickelt werden, die verhindert, dass die empfindliche Porenstruktur der Aerogele durch Eindringen der flüssigen Lösung oder Schmelze während der Beschichtung beschädigt wird. Dabei soll die Frage beantwortet werden, ob eine Prozessierung aus der Lösung oder aus der Schmelze heraus besser für die Beschichtung von Aerogelpartikeln anwendbar ist. Zunächst erfolgt die Untersuchung der Aerogelpartikel-Herstellung hinsichtlich unterschiedlicher Partikelgrößen und -dichten. Mithilfe einer Emulsionsgelierung und eines JetCutters werden sphärische Gelpartikel im Größenbereich von wenigen Mikrometern bis 2 mm im Litermaßstab erzeugt, die anschließend überkritisch zu hochporösen Aerogelpartikeln getrocknet werden. Die Beschichtung der hergestellten Aerogelpartikel soll in einer prismatischen Strahlschicht erfolgen. Hierfür wird das Fluidisationsverhalten dieser extrem leichten, kohäsiven Partikel in Abhängigkeit der Dichte (Partikelporosität) und des Partikeldurchmessers getestet und dieses in das Geldart-Diagramm eingeordnet. Für die Beschichtung der Partikel sollen die optimalen Prozessbedingungen gefunden werden, um eine homogene Kern-Schale-Struktur zu erreichen und dabei die Porenstruktur der Aerogelpartikel intakt zu halten. Zusätzlich soll die Fluidisation und die gesamte Prozesskette (Versprühen – Trocknung - Schalenbildung) modelltechnisch mittels gekoppelter CFD-DEM-Simulationen abgebildet und optimiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen