Industrie + Technik

Maren Bulmahn <a href="mailto:mb@mb-recherche.de">mb@mb-recherche.de</a>Air Liquide | Mehdi Hireche ist nun Geschäftsführer der deutschen Landesgesellschaft des französischen Gaseherstellers Air Liquide. Der Finanzfachmann folgt auf den Diplomingenieur Sebastian Jureczek, der künftig die Forschung und Entwicklung der Air-Liquide-Gruppe leitet.Biesterfeld | Beim Hamburger Chemiedistributor Biesterfeld folgt Jürgen Rietschle als Geschäftsleiter für Polymeradditive auf Michael Pilz. Der Betriebswirt Rietschle arbeitete zuletzt beim Großhändler Bodo Möller Chemie in der Geschäftsführung.Brain Biotech | Sven Weber folgt beim hessischen Biotechunternehmen Brain Biotech als Vorstandsvorsitzender auf Adriaan Moelker. Der Chemiker Weber arbeitete zuvor bei den Unternehmen Merck und BASF.Evonik | Claus Rettig, derzeit Asien-Chef beim Essener Unternehmen Evonik, übernimmt als stellvertretender Vorsitzender die Aufgaben des Vorstandsvorsitzenden Christian Kullmann. Dieser erholt sich von einer ungeplanten Operation.Lonza | Samanta Cimitan wird im Januar Chief Commercial Officer (CCO), Senior Vice President und Mitglied des erweiterten Executive Committee bei Lonza. Das Schweizer Auftragsentwicklungs- und -fertigungsunternehmen (CDMO) für die Pharmaindustrie hat die Funktion neu geschaffen. Die Chemikerin und Pharmazeutin Cimitan ist derzeit Chief Executive Officer (CEO) beim Baseler CDMO Celonic.Sanofi | Die Wirtschafts- und Politikwissenschaftlerin Madeleine Roach wird Mitglied der Geschäftsführung beim Chemieunternehmen Sanofi und übernimmt die neu geschaffene Position Country President in Deutschland. Sie ist zudem für die Dreiländerorganisation Deutschland, Österreich und Schweiz zuständig.Wacker Chemie | Der Energie- und Verfahrenstechniker Peter von Zumbusch folgt beim Münchner Unternehmen Wacker Chemie als Leiter des Geschäftsbereichs Polysilicon auf Tobias Brandis, der zum Nutzfahrzeughersteller Daimler Truck geht. Von Zumbusch leitete bisher das Wacker-Werk in Burghausen. Dies und die Gesamtverantwortung für die Standorte Burghausen und Nünchritz übernimmt die Chemikerin und bisherige Werksleiterin in Nünchritz Jutta Matreux.

Meldung

Neu besetzt bei

Maren Bulmahn mb@mb-recherche.deAir Liquide | Mehdi Hireche ist nun Geschäftsführer der deutschen Landesgesellschaft des französischen Gaseherstellers Air Liquide. Der Finanzfachmann folgt auf den Diplomingenieur Sebastian Jureczek, der künftig die Forschung und Entwicklung der Air-Liquide-Grupp...

Warum verhalten sich Industrieruße als Zusätze in Batterien oder Reifen unterschiedlich? Die Antwort liegt in ihrer Morphologie. Drei Methoden helfen, Partikelgröße, Oberfläche und Struktur zu analysieren.Industrieruße (Carbon <link href="#nadc20264158924-fig-0001">Blacks) sind feine, nahezu reine Kohlenstoffpulver, die durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Sie zählen zu den wichtigsten funktionellen Zusatzstoffen der Werkstofftechnik. Während die Industrierußherstellung nachhaltiger werden soll [Nachr. Chem. 2026, 74(2), 30], wachsen zugleich die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Ruße. Als verstärkende Füllstoffe in Reifenmischungen beeinflussen sie unter anderem, wie abriebfest und mechanisch stabil ein Fahrrad- oder Autoreifen ist, wie stark sich der Reifen verformt, wenn er über eine Oberfläche rollt, und wie hoch der Rollwiderstand ist. Als Additive in Lithiumionenbatterien bestimmen sie die Elektronenleitfähigkeit der Elektrode mit.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4kule2eo07t908nq834g" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0001_a_ed790d4096.png"><figcaption><label>Abb.1: </label>Bild: Anton Paar</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Drei Methoden</h2>Um zu prüfen, ob sich ein Ruß für eine bestimmte Anwendung eignet, sind mehrere analytische Methoden zu kombinieren.Die Physisorption bestimmt, wie viel Gas an die Oberfläche der Rußpartikel adsorbieren kann. Darüber lassen sich die Größe der zugänglichen Partikeloberfläche und der Grad der Porosität bestimmen. Die Ölabsorptionszahl (Oil Absorption Number, OAN) beschreibt, wie viel Öl ein Ruß aufnehmen kann. Daraus lässt sich ableiten, wie Aggregate aus einzelnen Rußpartikeln strukturiert sind, etwa wie stark sie verzweigt und wie groß die Hohlräume sind. Mit Laserbeugung lässt sich zudem die Größe dispergierter Partikel und Agglomerate bestimmen. Die drei Methoden zusammen helfen, die Materialeigenschaften zu verstehen. Das zeigen Untersuchungen nach internationalen Standardprüfverfahren, die an vier käuflichen Rußen durchgeführt wurden: zwei Referenzmaterialien für Reifenanwendungen (SRB9-A2 und SRB9-H2) und zwei leitfähige Ruße für Lithiumionenbatterien (Super P Li und ein weiterer Batterieruß).1)<h2 type="main">Oberfläche</h2>Die Oberfläche wurde durch Stickstoff-Physisorption an einem Gasadsorptions-Analysator nach der Prüfnorm ASTM D6556 untersucht, dem Nova 800 des Herstellers Anton Paar.2) Die Norm ASTM D6556 beschreibt die Methode, um die spezifischen Oberflächen von Carbon Black mit Multipunkt-N2-Physisorption zu bestimmen. Dabei wurden zwei Arten der spezifischen Oberfläche untersucht, also der Oberfläche pro Probengewicht: die gesamte für Stickstoff zugängliche Oberfläche (Nitrogen Surface Area, NSA), die auch bekannt ist als Brunauer-Emmett-Teller(BET)-Oberfläche, und die äußere Oberfläche nach dem Statistical-Thickness-Surface-Area-Verfahren (STSA). Die NSA wird aus der Menge an Stickstoff berechnet, die für eine Monolage auf der gesamten Oberfläche adsorbiert werden müsste. Die STSA hingegen basiert auf dem Vergleich der gemessenen Adsorptionsisotherme mit einer statistischen Schichtdickenfunktion des Kohlenstoffs. Während die STSA nur die äußere Oberfläche der Pulver beschreibt, umfasst die NSA somit zusätzlich die intrapartikuläre Oberfläche, die durch Mikroporen (Porendurchmesser &lt; 2 nm) entsteht.Die <link href="#nadc20264158924-fig-0002">spezifischen Oberflächen der Reifenruße SRB9-A2 und SRB9-H2 unterscheiden sich (Tabelle): SRB9-H2 hat rund 1,5-mal größere spezifische Oberflächen als SRB9-A2. Große spezifische Oberflächen deuten auf Mikroporen im Ruß hin, ebenso wie der Fakt, dass die äußere Oberfläche kleiner ist als die NSA, die auch die innere, durch Mikroporen entstehende Oberfläche einschließt. Bei SRB9-A2 und den beiden Batterierußen hingegen sind NSA und äußere Oberfläche nahezu gleich groß. Die Unterschiede in den spezifischen Oberflächen der verschiedenen Ruße könnten auf Unterschiede in der Partikelgröße oder Porosität zurückzuführen sein. Aufschluss darüber liefert erst die Partikelgrößenmessung.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4ohue3py07t6dr3ny0rt" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0002_a_9cd4eced95.png"><figcaption><label>Abb.2: </label>Per Stickstoff-Physisorption bestimmte spezifische Oberflächen für die verschiedenen Carbon-Black-Proben: gesamte für Stickstoff zugängliche Oberfläche (NSA) und äußere Oberfläche (STSA). Die Werte wurden jeweils aus drei Messungen gemittelt.</figcaption></figure></figure>Eine große spezifische Oberfläche verstärkt die Wechselwirkungen zwischen Ruß und Kautschuk und verringert dadurch Rollwiderstand, Energieverluste sowie Wärmeentwicklung des Reifens, verbessert dessen Langlebigkeit und erhöht die Reifenhärte.3–5) Bei Batterierußen erhöht eine große spezifische Oberfläche zwar die elektrische Leitfähigkeit, vergrößert jedoch zugleich die reaktive Grenzfläche zum Elektrolyten, was Alterungsprozesse beschleunigt. Daher enthalten Batterien häufig Rußtypen mit spezifischen Oberflächen im zwei- bis dreistelligen Quadratmeter-pro-Gramm-Bereich, die Leitfähigkeit und Langzeitstabilität in ein ausgewogenes Verhältnis bringen. Die beiden untersuchten Batterieruße fallen in diese Kategorie.<h2 type="main">Ölabsorption und Agglomeratstruktur</h2>Die Ölabsorptionszahl (OAN) wurde mit einem Absorptometer des Herstellers Anton Paar nach der Prüfnorm ASTM 2414 gemessen,6) die beschreibt, wie die OAN für Carbon Black zu bestimmen ist.Dabei wurde den getrockneten Rußpulvern kontinuierlich Öl (epoxidierter Fettsäureester Pionier TP 130 C) zugesetzt und das Drehmoment während des Mischens aufgezeichnet. Zunächst füllen sich die Hohlräume zwischen den Agglomeraten mit Öl, bis sich Flüssigkeitsbrücken zwischen den Agglomeraten bilden. Dadurch steigen Mischwiderstand und Drehmoment. Die OAN erfasst das Hohlraumvolumen innerhalb der Aggregate und zwischen diesen und ist damit ein Maß für deren Strukturkomplexität und Verzweigungsgrad. Ein Ruß mit hoher OAN enthält typischerweise stark verzweigte, kettenartige Aggregate, die viel Öl aufnehmen können. Ein Ruß mit niedriger OAN bildet kompaktere Aggregate mit geringerem Hohlraumvolumen.Die <link href="#nadc20264158924-fig-0003">OANs der untersuchten Ruße unterscheiden sich (Abbildung links). Der Reifenruß SRB9-A2 hat eine weniger als halb so große OAN wie SRB9-H2 – SRB9-A2 besteht also aus kompakteren, schwächer verzweigten Aggregaten mit weniger Hohlraum.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4ri6envf08undp0ngifa" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0003_a_f0578451d2.png"><figcaption><label>Abb.3: </label>Drehmomentkurven der Ölabsorptionsmessung für Reifen- und Batterieruße. Die Unterschiede im Drehmoment zeigen: Bei den Reifenrußen handelt es sich um harte und bei den Batterierußen um weiche Ruße. Die OAN ist für die Batterieruße größer als für die Reifenruße; die Batterieruße sind also höher strukturiert. Quelle: Lit. 2)</figcaption></figure></figure>Die OAN bei Reifenrußen beeinflusst sowohl das Mischungsverhalten und die Viskosität während des Verarbeitens als auch die mechanischen Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit des späteren Reifens. Eine hohe OAN begünstigt dabei eine schnelle und einheitliche Durchmischung und verbessert den Makrodispersionsgrad. Zudem bilden hochstrukturierte Ruße ein Netzwerk, das den Reifen verstärkt und diesen beispielsweise abriebfester macht.7,8)Die OAN beider Batterieruße sind deutlich größer als die der Reifenruße. Für Ruße in Batterieelektroden ist die Strukturkomplexität wichtig: Hochstrukturierte Aggregate bilden leichter zusammenhängende leitfähige Netzwerke. Dadurch sinkt die Perkolationsschwelle – also die minimale Konzentration eines leitfähigen Additivs, ab der sich in der Elektrode ein durchgängiges Netzwerk für den Elektronentransport bildet –, sodass bereits geringe Rußmengen ausreichen, um die gewünschte elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Typischerweise liegen diese Rußmengen im einstelligen Gewichtsprozentbereich.9,10) Weil die OAN des zweiten getesteten Batterierußes höher ist als die des Batterierußes Super P Li, erhöht der zweite Batterieruß die Leitfähigkeit effizienter.<h2 type="main">Partikelgrößenverteilung</h2>Um die Verteilungen der Partikelgröße der Ruße zu bestimmen, wurde ein Litesizer-DIF-500-Partikelgrößenanalysator des Herstellers Anton Paar verwendet, der auf Laserbeugungsspektroskopie beruht. Um den Agglomerationszustand zu erhalten, wurden die Reifenruße trocken und die Batterieruße in Ethanol dispergiert gemessen (Abbildung und Tabelle auf dieser Seite).Die Ergebnisse zeigen: Oberfläche und <link href="#nadc20264158924-fig-0004">Partikelgrößenverteilung der Ruße hängen zusammen – in der Regel führen kleinere Partikel zu einer größeren spezifischen Oberfläche. So hat der Batterieruß Super P Li eine geringere mittlere Partikelgröße als der zweite Batterieruß und zudem eine größere spezifische Oberfläche.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0004"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4uifeo0p08un0ad97in8" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0004_a_e4475c0a2f.png"><figcaption><label>Abb.4: </label>Partikelgrößenverteilungen der untersuchten (a) Reifen- und (b) Batterieruße aus Laserbeugungsmessungen. Die Größenverteilung bei den Reifenrußen ist breiter (wie auch aus der größeren Standardabweichung der D-Werte (Tabelle unten) zu erkennen). Die Schultern in den Größenverteilungen der Reifenruße deuten zudem darauf hin, dass zwei Fraktionen von Partikelgrößen dominieren. Eine breitere Größenverteilung kann die Spannungskonzentration erhöhen und so die Langlebigkeit des Reifens verringern.11) Bei den Batterierußen ist eine einheitliche Partikelgröße günstig, um ein einheitliches leitfähiges Netzwerk zu erhalten. Quelle: Lit. 2)</figcaption></figure></figure>Bei den Reifenrußen zeigt sich dagegen ein anderer Zusammenhang. Die Partikel des Rußes SRB9-H2 haben einen <link href="#nadc20264158924-fig-0005">größeren mittleren Durchmesser als die des Rußes SRB9-A2, was bedeutet, dass größere Agglomerate vorliegen. Gleichzeitig ist bei SRB9-H2 die spezifische Oberfläche deutlich größer (Tabelle S. 45). Das zeigt: Die zusätzliche Oberfläche resultiert aus der inneren Partikelstruktur, etwa aus Mikroporen, nicht aus kleineren äußeren Abmessungen.<figure xml:id="nadc20264158924-fig-0005"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmunl4xmde2x807t976p5ta8w" data-strapi-src="https://cdn.gdch.de/prod/nadc20264158924_fig_0005_a_4cc38a6a9c.png"><figcaption><label>Abb.5: </label>Volumengewichtete Partikeldurchmesser (D10, D50, D90) aus den Laserbeugungsmessungen (D10 ist der Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser von 10 % der Partikelpopulation. Unter D50 liegen dementsprechend 50 % der Durchmesser der Partikelpopulation, unter D90 sind es 90 %). Die Werte wurden jeweils aus drei Messungen gemittelt.</figcaption></figure></figure>Weil die Partikelgröße invers mit der spezifischen Oberfläche korreliert, beeinflusst sie mechanische Eigenschaften und Langlebigkeit des Reifens sowie die elektrische Leitfähigkeit und Lebensdauer der Batterie.<h2 type="main">Auf den Punkt</h2>Drei analytische Größen helfen, die Morphologie von Rußpartikeln zu beschreiben und darüber auf deren Eigenschaften und Qualität zu schließen.Die Oberfläche von Rußpartikelaggregaten etwa beeinflusst, wie gut der Ruß Reifengummi verstärkt oder ob er Batterien leitfähiger macht.Dafür ist auch die Aggregatstruktur des Rußes wichtig, die sich über Ölabsorptionsmessungen untersuchen lässt.Wie gut sich Ruße als Additive dispergieren lassen, entscheidet unter anderem die mittlere Partikelgröße, die sich über Laserbeugung messen lässt.<h2 type="main">Der Autor</h2>Der promovierte Chemiker Sönke Wengler-Rust, Jahrgang 1992, ist Lead Scientist für Partikel-, Poren- und Pulveranalyse beim Unternehmen Anton Paar Germany. Sein Schwerpunkt liegt auf der Charakterisierung funktionaler Materialien und Partikel für Forschung und Industrieanwendungen.<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264158924-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264158924-bib-0001">1 Anton Paar Applikationsbericht XPAIA191EN-A: From Tires to Batteries – Why Surface Area Structure and Particle Size Matter for Carbon Black Characterization</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0002">2 Advancing Standards Transforming Markets ASTM D6556–21, Standard Test Method for Carbon Black – Total and External Surface Area by Nitrogen Adsorption, 2021, <a href="https://astm.org" target="_blank">astm.org</a></li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0003">3 R. Chollakup, S. Suethao, P. Suwanruji, J. Boonyarit, W. Smitthipong, Compos. Adv. Mater. 2021, 30, 6349833211005476</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0004">4 S. G. Chowdhury, S. Ghosh, J. Chanda et al., Polym. Eng. Sci. 2022, 62, 3589</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0005">5 M. Pöschl, M. Vašina, P. Zádrapa, D. Merínská, M. Žaludek, Materials 2020, 13, 2394</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0006">6 Advancing Standards Transforming Markets ASTM D2414–26, Standard Test Method for Carbon Black—Oil Absorption Number (OAN), 2026, <a href="https://astm.org" target="_blank">astm.org</a></li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0007">7 A. Limper, Mixing of Rubber Compounds, Carl Hanser Verlag, München, 2012</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0008">8 F. Grunert, A. Wehmeier, A. Blume, Polymers 2020, 12, 567</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0009">9 G. Guzmán, J. Vazquez-Arenas, G. Ramos-Sánchez, M. Bautista-Ramirez, I. González, Electrochim. Acta 2017, 247, 451</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0010">10 E. Reisacher, P. Kaya, V. Knoblauch, Batteries 2023, 9, 595</li><li xml:id="nadc20264158924-bib-0011">11 L. Huang, X. Yang, J. Gao, Int. J. Polym. Sci. 2018, 2713291</li></ul>

Meldung

Neu besetzt bei

Überprüfung Ihres Anmeldestatus ...