Funktionaliserad grafen som strukturell förbättrare av polymerer och beläggningar

Syfte och mål

Den nyligen genomförda genomförbarhetsstudien (nr 2018-01473: Funktionaliserad grafenförstärkt beläggning) visade att funktionaliserad grafen (FG) överträffar konventionell grafen när det gäller att förbättra mekaniska egenskaper hos testade polymerbundna beläggningar. Flera kemiska funktionaliseringsvägar utnyttjades, inklusive användning av amin och silanankare. Dessa material utvärderades som reaktiva fyllmedel i en-komponent vattenburna epoxi-beläggningar. En signifikant förbättring av de tribologiska egenskaperna uppnåddes. I synnerhet fördubblades nötningsmotståndet hos modifierade beläggningar.

Partners i det föreslagna projektet är Applied Nano Surfaces Sweden AB (ANS), Chalmers tekniska högskola, Smart High Tech AB (SHT) och Alfa Laval Lund (Alfa Laval). ANS försöker förstärka sina polymerbundna fasta smörjmedelskikt via grafeninkapsling och att utveckla nya grafenförstärkta ytbeläggningar med förbättrade värme-, barriär-, antifouling- och antikorrosiva egenskaper. Chalmers är det primära kompetensnavet vad gäller grafenteknik och har stark kompetens inom grafenrelaterad nanoskala karakterisering. SHT ansluter sig till projektet som en materialleverantör som kan utveckla och leverera funktionaliserad grafen. Alfa Laval är slutanvändaren som söker ett beläggningssystem för en av sina kärnprodukter: värmeväxlare.

Inom det föreslagna projektet kommer de mest lovande syntetiska systemen för grafenfunktionalisering, som identifierades under genomförbarhetsstudien, att vidareutvecklas och optimeras för avkastning och kvalitet. Olika grafentyper, kemiska transplantat och substitutionsgraderna testas för att finjustera materialegenskaperna och bana vägen till framtida produktkommersialisering. Detaljerad karakterisering av ympmekanismen, tvärbindningsförmåga och dispersionsstabilitet hos FG kommer att utföras av Chalmers och SHT. ANS kommer att genomföra all formulering och inledande produktbedömningsarbete. Alfa Laval kommer att utvärdera lämpligheten med hjälp av sina egna testanläggningar.

Abstract in English

Functionalized graphene as structural fortifier for polymers and coatings
The recent feasibility study (nr 2018-01473: Funktionaliserad grafenförstärkt beläggning) showed that functionalized graphene (FG) outperforms conventional graphene when it comes to improving mechanical properties of tested polymer-bonded coatings. Several chemical functionalization routes were exploited including the use of amine and silane anchors. These materials were evaluated as reactive fillers in one component water-borne epoxy-coatings. A significant improvement in the tribological properties was achieved. In particular, the abrasion resistance of modified coatings was doubled.
Partners in the proposed project are Applied Nano Surfaces Sweden AB (ANS), Chalmers University of Technology (Chalmers), Smart High Tech AB (SHT) and Alfa Laval Lund (Alfa Laval). ANS seeks to strengthen its polymer-bonded solid lubricant coatings via graphene encapsulation and to develop new graphene-fortified coatings with improved thermal, barrier, antifouling and anticorrosive properties. Chalmers is the primary competence hub as far as graphene technology is concerned and has strong competence in graphene related nanoscale characterization. SHT joins the project as a material supplier capable to develop and supply functionalized graphene. Alfa Laval is the end user seeking a coating system for one of their core products: heat exchangers.
Within the proposed project, the most promising synthetic schemes for graphene functionalization, which were identified during the feasibility study will be further elaborated and optimized for yield and quality. Different graphene types, chemical grafts and the degrees of substitution will be tested to fine-tune the material properties and pave the road to future product commercialization. Detailed characterization of the grafting mechanism, cross-linkability and dispersion stability of FG will be performed by Chalmers and SHT. ANS will carry out all formulation and initial product assessment work. Alfa Laval will evaluate fitness-for-purpose using their in-house test facilities.

Utlysning:
Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen (våren 2019)

Projektpartners: Applied Nano Surfaces Sweden, Chalmers tekniska högskola, Smart High Tech AB (SHT) och Alfa Laval Lund

Projektledare: Dr Chao Xia

Projektform: FoI-projekt

Bidrag: 2 049 493 kr

Projektets löptid: 13 maj 2019-12 maj 2021

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: