Die Zoz GmbH, die heute als international renommierte Adresse nicht nur für den Anlagenbau sondern auch für Werkstoffe, Applikationen und Bauteile im Bereich Nanostrukturen bezeichnet werden darf, war originär ein reiner Anlagen- und Gerätehersteller von konventionellen Mahlgeräten zur Zerkleinerung von Feststoffen (Trommelmühlen). Das sind relativ einfache Maschinen die in der Regel nur im Europäischen Raum vermarktet werden und dabei in der Chemischen, Pharmazeutischen, Nahrungs- und Genussmittel und in erheblichem Maße in der Hartmetall-Industrie Anwendung finden. Im letzteren Bereich ist der technologische Anspruch etwas höher, da besonders schwere Produkte und Kugeln unter optimaler Kinetik zu bewegen sind.
In der Chemisch-Pharmazeutischen Industrie werden dabei, zum Beispiel für Farbpigmente oft keramisch ausgekleidete Mühlen verwendet. Für die Aufbereitung von Hartphasenwerkstoffen sind das üblicherweise Stahlmühlen mit Hartstoff-Beschichtung oder Auskleidung und teilweise auch mit Gummierung. Das Zubehör umfasst Fülleinrichtungen, Schwingsiebe, Rührwerke, Pumpstände etc. und wird gleichermaßen im eigenen Haus entwickelt und hergestellt.
Seit Jahrzehnten spezialisieren wir uns zudem auf hochkinetische (Mahl-) Prozesse (Mechanisches Legieren, Hochenergie- und Reaktivmahlen). Diese Prozesse zeichnen sich durch eine hohe kinetische Energieübertragung in (Pulver-) Werkstoffe aus und werden in der Literatur trefflich als wiederholtes Verformen, Brechen und Verschweißen von Pulverpartikeln durch Kugelkollisionen beschrieben. Aufgrund der dabei gewünschten und eingestellten extrem großen und (re-) aktiven Oberflächen müssen Hochkinetische Prozesse (HKP) in der Regel unter Schutzgas, oft auch unter Vakuum ablaufen. Der wichtigste Anlagenteil für diesen Prozess ist der Simoloyer® und kann als hochkinetische horizontale Rotorkugelmühle bezeichnet werden, auch wenn die Begriffsbezeichnung „Mühle“ und „Mahlen“ hier nicht wirklich zutreffend ist, da die Korngrößenreduzierung nicht unbedingt parallel mit der Partikelgrößenreduzierung abläuft.
Der wesentliche Parameter für HKP ist die maximale Relativgeschwindigkeit von (Mahl-) Kugeln welche auf diesem Wege kinetische Energie in (Pulver-) Werkstoffe übertragen. Der CM-Simoloyer® kann insofern Relativgeschwindigkeiten von 14 m/s erreichen, wobei gewöhnliche Mahlaggregate wie Trommelmühlen, Planetenkugelmühlen, Schüttel-Mühlen oder Attritoren einen entsprechenden Wert von 5 m/s nicht übertreffen. Das Zubehör umfasst Vakuum-Schleusen, Glove-Boxen, Software etc. was ebenfalls und komplett im eigenen Hause hergestellt wird.
Die erste industrielle Anwendung von HKP wurde im Oktober 1997 in Japan eingeführt, wobei es sich hier besser bezeichnet um den Teilbereich Hochenergiemahlen (HEM) handelt da mit einer rapiden Prozesszeit von nur 3 Minuten Kupfer- und Bronze-Flakes in einem semi-kontinuierlichem Prozessmodus hergestellt werden.
Anfang 1998 haben wir auch angefangen, intensiv in meist öffentlich geförderten Forschungsprojekten im Bereich Werkstoffwissenschaften, teilweise auch im Bereich Verfahrenstechnik zu arbeiten, die sich direkt auf die Anwendungsentwicklung in den Bereichen Verschleißschutz, Werkzeuge und Schneiden, Wasserstoffspeicher, Strahlenadsorbtion und Abschirmung, Farbpigmente und vieles andere bezogen und auch heute noch beziehen.
Im gleichen Zeitraum haben wir im eigenen Hause eine Pulverproduktion von verschiedenen und immer sehr speziellen Werkstoffen im Kleinmengenmaßstab bis 100 kg begonnen.
Nach 2000 wurde der HV-Simoloyer® (HV = horizontal/vertikal) eingeführt, um eine Brücke zwischen den niedrig-kinetischen Zoz-Trommelmühlen und den hochkinetischen CM-Simoloyer® zu schlagen und der gleichermaßen ein Teil der Unternehmensantwort auf die weit verbreiteten vertikalen Attritor-Geräte verschiedener Hersteller darstellt, die mit niedriger bis teilweise mittlerer Kinetik in vertikaler Konfiguration betrieben werden.
Und in der Tat passt der HV-Simoloyer® ganz genau in die Zoz-Philosophie:
Diese Geräte decken eine ganze Reihe von vorhandenen Anwendungen im Bereich niedrig-kinetischer und mittel-kinetischer Mahlprozesse ab und können zudem vertikal wie konventionelle Geräte als auch horizontal wie hoch-kinetische Geräte betrieben werden.
Zusätzlich kann die Mahleinheit auch in einem zyklischen Schwenkbetrieb um 45° über die Vertikalposition hinaus gefahren werden was sich als hochinteressant z. B. für die Herstellung hochsensibler Metall-Flakes aus Platin, Silber oder Tantal darstellt, da damit das „Absinken“ der Werkstoffe (quasi-Totraum durch Schwerkraft) im normalen vertikalen Betrieb positiv beeinflusst werden kann, ohne den gewohnten Betriebsmodus von vertikal auf horizontal umstellen zu müssen. Technisch gesehen wäre letztere Variante hier zweifellos die Richtige, allerdings wird der Markt eben nicht nur von technischen Notwendigkeiten sondern gleichermaßen von Gewohnheit und Tradition gesteuert und genau das findet mit dem HV-Simoloyer® Berücksichtigung.
Seit der zuvor erwähnten Cu-Flake Produktion in Japan, liegt auch hier ein Schwerpunkt in der Anwendung von HKP zur Herstellung duktiler Metall-Flakes. Das insbesondere im Bereich von Pt-, Pd-, Au-, Ag-, Cu-, Fe-, Ti-, Al- und Ni-Flakes und Pulver sowie deren (insitu) Legierungen. Eine der wichtigsten Applikationen sind dabei Farbschichten (Pigmente) insbesondere für Automotive, Korrosionsschutz sowie leitfähige Lacke und Pasten für die Elektronikindustrie. Mit der neuen HKP-Variante lassen sich Flakes in wenigen Minuten herstellen, was vergleichsweise mit herkömmlichen Verfahren mehrere Stunden bis zu einigen Tagen Prozesszeit in Anspruch nimmt. Dabei ist ein Flake als ein Partikel mit einer Dicke < 0.5 µm und einer bis zu 200x größeren größten Diagonal (cross/aspect-ratio) zu beschreiben.
Anfang 2003 kam mit der ersten industriellen Zement-Anwendung dann das heute insofern zweite Feld in einem Massenprodukt mit exorbitantem Entwicklungspotential im Bereich von Hochleistungszementen durch drastische Partikelgrößenreduzierung bei gleichzeitiger Oberflächenaktivierung dazu. Das Ziel und Produkt ist hier ein sehr feines Material (< 5 µm) mit riesiger und hochaktiver Oberfläche mit sehr hoher Frühfestigkeit nach super schneller Abbindezeit (< 10 min) und hoher Korrosionsbeständigkeit. Zusätzlich erwarten wir aufgrund der reduzierten Korngröße und der dem folgenden erhöhten Sinteraktivität mit Verringerung der Kalzinierungstemperatur einen signifikanten Effekt auf die Herstellungskosten. Per 2008 beantragen wir dazu ein BMBF-Forschungsprojekt mit den Firmen Runkel Betonbau, Fuchs Lubritech und Dyckerhoff sowie der Universität Siegen welches im Januar 2009 starten soll.
Im Jahre 2004 wurde die erste hochkinetische auto-batch Prozessanlage prototypähnlich ausgeliefert. Dieser neue Anlagentyp ist die notwendige Antwort auf die fortschreitende Verbreitung der Simoloyer® in der Industrie verbunden mit entsprechenden Anwendungen. Immer dann, wenn ein semi-kontinuierlicher Betrieb aufgrund zu hoher Prozesszeit (> 15 min) ausscheidet, kann der Chargenbetrieb (batch) automatisiert werden. Die kritische Entladung wird dabei mittels Trägergas ähnlich dem semi-kontinuierlichen Verfahren realisiert.
In Jahre 2005 wurde bei Zoz der erste größere Auftrag für die Herstellung von Aluminiumbasis-Pulver-Werkstoffen durch HKP abgewickelt. Seit dem und wieder mit eigener Anlagentechnik beherrschen wir auch die Passivierung solcher und ähnlicher hochreaktiven Werkstoffe. Im gleichen Jahr wurden erstmals etliche Tonnen eines Kontaktwerkstoffes im Kundenauftrag hergestellt.
Ferner waren die Jahre 2002-2005 die „Reaktivmahl-Jahre“. So wurden beispielsweise auf der organischen Seite eine ganze Reihe von in Summe mehr als tausend stoichometrischen organischen Festkörperreaktionen die mit 100 % Ausbeute lösungsmittel- und abfallfrei ablaufen, bestimmt und im Simoloyer mittels HKP erfolgreich durchgeführt und skaliert. Per 2003 wurde beispielsweise im bereich Tribochemie mit Oxiden ein Patentantrag zur vollständigen Dekontamination von PCB, HCH, DDT und Dioxinen eingereicht und später natürlich auch erteilt.
Bis zum Jahre 2006 wurden viele Komponenten der auto-batch-Anlagen verbessert und weitere inkludiert. 2007 wurde erstmals eine solche Anlage mit automatischen Zufüllbehältern und der Softwareversion MALTOZ®5* ausgeliefert. Eine noch verbliebene Problematik, quasi das letzte verbliebene Zukaufteil, stellt die Trägergasturbine da res. die mangelnde Evakuierbarkeit derselben. Derzeit bauen wir diese Geräte um und ergänzen Dichtungspakete mit nur mäßig zufrieden stellendem Ergebnis. Für 2008/2009 ist die Auflage der ersten eigenen und dann vollständig evakuierbaren Turbinen vorgesehen. Für diesen Zeitraum planen wir auch die SPS-Steuerung der auto-batch Anlage in die MALTOZ® Software zu inkludieren. Bis dahin müssen beide Systeme noch parallel betrieben werden.
Im März 2008 wurde das „OZ-Symposium on Nanostructures“ höchst erfolgreich aus der Taufe gehoben und 2008 ist das Jahr der Zoz-Center. Anfang Juni wurde der Zoz-ARCI Center in Hyderabad offiziell eröffnet und vor der Jahreswende wird der Zoz-Winter Center in Camden, NJ sowie der Zoz-Rits Center in Kusatsu in Japan dazukommen.
Das Jahr 2009 stellt bis dato in der Firmengeschichte das in jeder Hinsicht Erfolgreichste dar. Im Frühjahr wurde das BMBF-Projekt „Futur-Zement“ vollumfänglich genehmigt und gegen Ende Sommer die erste Zoz-Turbine (auto-batch und conti-Anlagen) erfolgreich in Betrieb genommen. Ferner konnten nach langer Planung auch die größeren Produktionsanlagen (ab CM100) auf das einseitige Antriebsprinzip umgestellt werden was den Betrieb und insbesondere Reinigung und Wartung deutlich vereinfacht. Demonstriert wurde dieses an den ersten beiden CM100b-Simoloyer welche in diesem Zuge eine Leistungssteigerung des Hauptantriebes auf 110 kW erhielten. Beide Anlagen werden im Januar 2010 ausgeliefert.
Erstmalig per 2009 besetzen Li-Ionen-Batteriewerkstoffe sowie Anlagen zur Herstellung solcher einen signifikanten Geschäftsbereich. Nach den Arbeiten im Rahmen eines Europäischen Förderprojektes (Nanobatt, 2002-2004) und intensiver weiterer Forschung werden seit Anfang 2009 täglich für die Schweizer Firma HPL die zwischenzeitlich von Dow Chemical übernommen wurde, nanostrukturierte Li-Mx-Px Werkstoffe für Hochleistungsbatterien der kommenden Generation hergestellt. Für Prayon in Belgien wurde eine der neuen CM100b für ähnliche Werkstoffe hergestellt.
Ein völlig neues Geschäftsfeld stellen so genannte Wood-Plastic-Komposite-Werkstoffe (WPC) dar. Dazu sollte Anfang 2009 ein benachbarter WPC-Hersteller übernommen und damit von uns gerettet werden, was sich aber im Laufe des Jahres als unrealistisch herausstellte. Allerdings haben wir uns dadurch intensiv in diese für uns neue Thematik eingearbeitet, sodass im Oktober 2009 ein Werkstoff- und Verfahrenspatent mit Bezug auf WPC mit erheblich verbesserten Eigenschaften bei deutlich reduziertem Kunststoffanteil sowie bei geringerem Energieaufwand zur Herstellung eingereicht werden konnte. Erste Kleinserien von Produkten werden bereits für 2010 erwartet.
Die Innovation für 2009 mit der wahrscheinlich größten Öffentlichkeitswirkung stellt ein neuer nanostrukturierter Pulver-Werkstoff dar, der die gesamte Transport- und Verkehrswelt revolutionieren könnte. Dazu wurde Anfang Sommer ein Kooperationsvertrag mit der Firma Bayer MaterialScience unterzeichnet per dem an Bayer exklusiv die Pulverrechte übertragen wurden. Hauptaufgabe von uns ist dabei die Bauteilherstellung. Der neue Werkstoff heißt Zentallium® und beschreibt Aluminium-Basiswerkstoffe die aufgrund nanoskaliger Einarbeitung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, besser bekannt als Carbon-Nanotubes (CNT) Festigkeiten z. B. von Stahl erreicht. Dazu wiederum werden exklusiv CNT`s von Bayer (Baytubes®) verwendet, die sich insbesondere in Sachen Prozesssicherheit hervorragend dazu eignen. Zentallium® wurde von uns zum Markenzeichen angemeldet und im Juli 2009 auch eingetragen. Dabei steht das „Z“ am Anfang natürlich für „Zoz“, das „Zent“ verweist auf CNT und das „–allium“ auf Aluminium.
Im Februar und im Mai wurden auf der NanoTech in Tokyo res. in Houston die ersten Schrauben für High-End Fahrräder und im Juni/Juli auf der PowderMet in Las Vegas zusätzlich die ersten Kettenräder vorgestellt. Weitere Messen in Deutschland, Indien und Russland folgten und per 2010 sollen die ersten kommerziellen Produkte auf den Markt kommen.
Schließlich haben wir in 2009 auch den Grundstein dafür gelegt, endlich im Bereich der Wasserstoffspeicherung auch ein eigenes Endprodukt anbieten zu können. Nach jahrelanger Arbeit in diesem Bereich mit vielen Anlagenlieferungen zur Herstellung von nanostrukturierten H2-Feststoffspeicher-Materialien werden wir per 2010 auf der World-Hydrogen Konferenz und Messe in Essen die Prototypen A1 und Z1 unserer H2Tank2Go-Module (Tanks) vorstellen.