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Photothermisch selbstheilende Polyurethanbeschichtung mit CF/PDA/Cu2O-Nanokomposit bietet hohen Verschleiß- und Korrosionsschutz
Eine neue Polyurethanbeschichtung mit nanoverstärktem Füllstoff zeigt eine außergewöhnliche Kombination aus Selbstheilung, Verschleißfestigkeit und Korrosionsschutz. Das von einem chinesischen Forschungsteam entwickelte System nutzt photothermische Effekte, um beschädigte Bereiche innerhalb von zwei Minuten zu reparieren.
Die Korrosion in maritimen Spritzwasserzonen stellt für Beschichtungen eine besondere Herausforderung dar. Polyurethanbeschichtungen werden aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit häufig eingesetzt, neigen aber bei Beschädigung zu mechanischem Versagen und hohen Instandhaltungskosten. Forschende entwickelten deshalb ein neuartiges System, das Polyurethan mit einem funktionalisierten Nanokomposit kombiniert. Dieses besteht aus Kohlenstofffasern (CF), beschichtet mit Polydopamin (PDA) und Kupfer(I)-oxid (Cu₂O), um sowohl die Wärmeleitung als auch die photothermische Effizienz zu erhöhen.
Mithilfe der photothermalen Eigenschaften des CF@PDA@Cu₂O-Komposits können beschädigte Bereiche der Beschichtung innerhalb von nur 120 Sekunden durch Lichteinstrahlung selbstständig repariert werden. Im Vergleich zu reinen Polyurethanschichten reduzierte sich der Reibungskoeffizient von 0,212 auf 0,125, was auf eine deutlich verbesserte Verschleißfestigkeit hinweist.
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Nachhaltige Schutzwirkung unter maritimen Bedingungen
Die verstärkte Polyurethanbeschichtung wies eine hohe Korrosionsfestigkeit von 10⁹ Ω·cm² auf und behielt diese selbst nach 90 Tagen Immersion bei. Diese Beständigkeit ist auf das dichte Netzwerk und die verbesserte Barrierewirkung durch das Nanokomposit zurückzuführen. Parallel durchgeführte molekulardynamische Simulationen bestätigten, dass Polydopamin die Dispergierbarkeit der Kohlenstofffasern im Polymer erhöht und so die mechanischen und thermischen Eigenschaften stabilisiert.
Das Forschungsteam hebt die Bedeutung dieser Ergebnisse für den praktischen Einsatz hervor: Die Kombination aus schneller, lichtinduzierter Selbstheilung, erhöhter Verschleißresistenz und Langzeitkorrosionsschutz bietet großes Potenzial für Beschichtungssysteme in maritimen Anwendungen oder stark beanspruchten Umgebungen.
Quelle: Wang, X. et al. Highly efficient photothermal self-healing wear-resistant and anti-corrosion coating reinforced by CF@PDA@Cu₂O nanocomposite. Progress in Organic Coatings, Volume 207, 109393 (2025).
