Come evidenziato in un recente report di IDTechEx, una dispersione uniforme è fondamentale per sfruttare appieno i benefici meccanici, elettrici e termici dei nanotubi di carbonio (CNT), soprattutto in applicazioni come vernici, rivestimenti e sistemi di accumulo energetico.
La fattibilità commerciale dei CNT dipende in larga misura da un fattore decisivo: una dispersione efficace. I CNT tendono ad agglomerarsi naturalmente a causa del loro elevato rapporto d'aspetto e delle forti forze di van der Waals, causando una distribuzione disomogenea e prestazioni compromesse. Una dispersione stabile e omogenea è essenziale per ridurre il carico di CNT, migliorare la lavorabilità della formulazione e potenziare le prestazioni finali in una vasta gamma di settori.
Nel settore delle vernici e dei rivestimenti, i CNT offrono vantaggi unici, soprattutto quando è richiesta multifunzionalità. Anche a basse concentrazioni, i CNT possono introdurre conducibilità elettrica, abilitando rivestimenti antistatici, schermatura EMI e protezione contro i fulmini. Queste caratteristiche sono sempre più richieste nei settori aerospaziale, automobilistico ed elettronico.
Oltre alla conducibilità, i rivestimenti rinforzati con CNT mostrano una maggiore durabilità, resistenza all'abrasione e agli urti. Questi miglioramenti derivano da meccanismi come il bridging delle fratture, la dissipazione dell'energia e il miglior trasferimento degli sforzi dalla matrice ai nanomateriali. Per i rivestimenti strutturali e protettivi, i CNT possono anche migliorare la resistenza ai raggi UV e alla corrosione, offrendo prestazioni prolungate nel tempo.
Tuttavia, il passaggio dalla promessa dei CNT in laboratorio a prestazioni affidabili su scala commerciale è tutt’altro che semplice. La dispersione influisce direttamente su reologia, durata del prodotto (pot life) e cinetiche di indurimento dei rivestimenti, rendendola una sfida centrale nello sviluppo delle formulazioni.
Molti sistemi di rivestimento – in particolare quelli a base acqua o solvente – richiedono una compatibilità precisa tra CNT, disperdenti, leganti e altri additivi. Una dispersione non uniforme può portare a difetti come microvuoti, agglomerati o percorsi conduttivi discontinui, compromettendo seriamente le prestazioni del prodotto.
Per affrontare queste problematiche, i produttori stanno sviluppando concentrati di CNT pre-dispersi e materiali ibridi. Ad esempio, Nanocyl (ora parte di Birla Carbon) ha lanciato masterbatch ibridi CNT–nero di carbonio pensati per rivestimenti conduttivi. Questi ibridi mirano a bilanciare i profili di dispersione dei due materiali—i CNT si disperdono ad alto shear, mentre il nero di carbonio a basso shear—offrendo soluzioni più facilmente processabili. Sono già disponibili in sistemi come polipropilene (PP), policarbonato (PC) e polistirene ad alto impatto (HIPS), con contenuti di nanocarbonio fino al 30% in peso.
Uno dei miti più persistenti nelle applicazioni dei nanocarboni è che una singola tipologia o formulazione di CNT possa offrire prestazioni ottimali in qualsiasi matrice. In realtà, le vernici e i rivestimenti—soprattutto quelli progettati per funzioni specifiche come l’assorbimento radar, lo sbrinamento o la dissipazione termica—richiedono un’attenta ottimizzazione del tipo di CNT, della concentrazione e del metodo di dispersione.
Tipicamente, un carico dello 0,1–1% in peso di CNT è sufficiente per miglioramenti meccanici, mentre per la conducibilità sono necessarie soglie più elevate. Raggiungere entrambi gli obiettivi—miglioramenti meccanici e funzionali—è possibile, ma richiede un controllo molto preciso dei parametri di formulazione e processo.
Con la crescente domanda di vernici ad alte prestazioni, specialmente nei settori dell’energia, aerospaziale e della difesa, la qualità della dispersione dei CNT non è più solo una questione tecnica, ma un vero e proprio elemento distintivo sul piano commerciale. Mentre alcuni formulatori mantengono capacità interne di dispersione, molti si affidano a partner specializzati. Aziende come Toyocolor e NanoRial si stanno ritagliando una nicchia come fornitori premium di dispersioni, con quest’ultima già attiva con importanti realtà dello stoccaggio energetico come CATL e NEO Battery Materials.
Contemporaneamente, i grandi produttori di CNT si stanno integrando a valle. Aziende come LG Chem e Cnano stanno costruendo catene di fornitura verticalmente integrate, offrendo paste e slurry di CNT pre-dispersi, adatti anche per rivestimenti e applicazioni di stampa. Secondo IDTechEx, le paste di CNT rappresentano ora oltre il 95% dei ricavi per alcuni fornitori—un chiaro segnale del mercato che si sta orientando verso formati pronti all’uso.