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Polydopamin-Graphen steigert Korrosionsschutzleistung wasserbasierter zinkreicher Epoxidharzbeschichtungen
Ein neuartiger Füllstoff aus polydopaminmodifiziertem Graphen (PDA-G) verbessert signifikant die Haftung, Dispergierbarkeit und Korrosionsbeständigkeit von wasserbasierten zinkreichen Epoxidharzbeschichtungen (WZEP). Die Entwicklung bietet durch verlängerten kathodischen Schutz und außergewöhnliche Haltbarkeit vielversprechende Anwendungen für den Stahlkorrosionsschutz in maritimen und industriellen Umgebungen.
Eine neue Studie zeigt, dass ein polydopaminmodifiziertes Graphen (PDA-G) die Leistung von wasserbasierten zinkreichen Epoxidharzbeschichtungen (WZEP) erheblich verbessern kann, die für den Korrosionsschutz von Stahl entwickelt wurden. Die im Fachjournal Progress in Organic Coatings veröffentlichte Untersuchung unterstreicht das Potenzial von PDA-G, typische Schwächen herkömmlicher zinkreicher Beschichtungen – wie geringe Haftung, schlechte Dispergierbarkeit und galvanische Korrosion – zu überwinden.
Der PDA-G-Füllstoff, der in einem einfachen einstufigen Verfahren hergestellt wurde, verbessert die Kompatibilität zwischen Graphen und Epoxidharz, was zu einer besseren Haftung und verringerten Sedimentation führt. Beschichtungen mit PDA-G zeigten eine 80 % höhere Haftfestigkeit im Vergleich zu unmodifizierten WZEP-Beschichtungen und behielten selbst nach 30 Tagen Salzwasserimmersion eine hohe Haftkraft.
Verlängerter kathodischer Schutz und Beständigkeit im Salzsprühnebel
Die Studie hebt hervor, dass die PDA-G/WZEP-Beschichtung einen langfristigen kathodischen Schutz bietet. Während eines 45-tägigen Immersionstests in einer 3,5 % NaCl-Lösung blieb das Open-Circuit-Potential (OCP) konstant unter −0,80 V, was einen anhaltenden Schutz vor Korrosion anzeigt. Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) zeigte, dass der Ladungsübertragungswiderstand (Rct) und der Polarisationswiderstand (Rp) der PDA-G/WZEP-Beschichtung deutlich höher blieben als bei herkömmlichen WZEP- oder Graphen-verstärkten WZEP-Beschichtungen.
Zudem hielt die Beschichtung 1.200 Stunden Salzsprühnebeltests ohne Blasenbildung oder Substratkorrosion stand und übertraf damit andere Beschichtungen deutlich. Diese außergewöhnliche Leistung wird der Fähigkeit von PDA-G zugeschrieben, galvanische Korrosion zu minimieren, die Zinknutzung zu optimieren und die Dichte der Beschichtungsmatrix zu erhöhen.
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Praktische Anwendungen für extreme Umgebungen
Durch die Reduzierung des Zinkgehalts auf 70 % bei gleichzeitiger Erhaltung ausgezeichneter Korrosionsschutzleistung adressiert die PDA-G/WZEP-Beschichtung zudem Umwelt- und Gesundheitsbedenken im Zusammenhang mit hohen Zinkkonzentrationen. Mit ihrem langanhaltenden Schutz und dem reduzierten Bedarf an flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) bietet diese Technologie eine nachhaltige Alternative für den Schutz von Stahlstrukturen in maritimen und industriellen Umgebungen.
Diese innovative Herangehensweise verdeutlicht die Synergie zwischen bioinspirierten Polymeren und fortschrittlichen Nanomaterialien und ebnet den Weg für weitere Entwicklungen im Bereich umweltfreundlicher Schutzbeschichtungen. Die Forscher merken an, dass zukünftige Studien die Optimierung des Verhältnisses von Polydopamin zu Graphen und eine tiefere Untersuchung der galvanischen Korrosionsmechanismen fokussieren sollten.
Quelle: Liu, B., Kong, G., Su, G., Che, C., & Lai, D. (2025). Research on the mechanism of improving the corrosion resistance of waterborne zinc-rich coatings by polydopamine-modified graphene. Progress in Organic Coatings, 109805. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2025.109805
