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Selbstheilende PU-Beschichtung für Offshore-Anlagen
Ein chinesisches Forschungsteam hat eine multifunktionale Polyurethanbeschichtung mit dreifachen dynamischen Bindungen entwickelt. Die Beschichtung vereint Selbstheilungseigenschaften, hohe mechanische Festigkeit und herausragenden Korrosionsschutz für maritime Anwendungen.
Korrosionsschutzbeschichtungen sind eine zentrale Schutzmaßnahme für Offshore-Windkraftanlagen, die extremen maritimen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Herkömmliche organische Beschichtungen mit nur einer Schutzfunktion reichen für diese Anforderungen häufig nicht aus. Ein Forschungsteam aus China hat daher eine neuartige Polyurethanbeschichtung (PU-SS-DA) entwickelt, die Selbstheilung, hohe mechanische Leistungsfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit in einem System vereint.
Der Schlüssel der Entwicklung liegt in der gezielten Einführung dreifacher dynamischer Bindungen in das Polyurethannetzwerk. Als Kettenverlängerer wurden Bis(4-hydroxyphenyl)disulfid und Furil eingesetzt, als Vernetzungsmittel diente Bismaleimid. Die resultierende PU-SS-DA-Beschichtung erreichte eine Zugfestigkeit von 20,88 MPa und eine Zähigkeit von 84,93 MJ/m³.
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Selbstheilung bei 80 °C in vier Stunden
Besonders bemerkenswert ist die Selbstheilungsfähigkeit der Beschichtung. Nach einem Kratztest erzielte die PU-SS-DA-Matrix bei 80 °C innerhalb von vier Stunden eine Reparatureffizienz von nahezu 90 %. Diese Eigenschaft wird durch das Zusammenspiel der drei dynamischen Bindungstypen ermöglicht, die bei Erwärmung reversibel reagieren und so Beschädigungen im Beschichtungsfilm schließen können.
Zur weiteren Leistungssteigerung entwickelten die Forschenden einen modifizierten Bornitrid-Füllstoff (Mi-hBN-OH), der die Grenzflächenhaftung zwischen Füllstoff und Beschichtungsmatrix verbessert. Dieser wurde in unterschiedlichen Konzentrationen in die PU-Beschichtung eingearbeitet, woraus die PU@BN-Beschichtung resultierte.
Verdoppelter Korrosionsschutz durch modifizierten Füllstoff
Die PU@BN-Beschichtung mit 5 % Mi-hBN-OH-Füllstoff zeigte die besten Korrosionsschutzeigenschaften. Der Impedanzwert |Z| bei f = 0,01 Hz erreichte 3,23 × 10⁹ Ω·cm². Nach 28 Tagen Eintauchen in Salzlösung stieg dieser Wert sogar auf 6,28 × 10⁹ Ω·cm² an. Im Vergleich zu herkömmlichen Polyurethanbeschichtungen entspricht dies einer Verdopplung der Korrosionsschutzleistung.
Die Studie liefert einen neuen Ansatz für die Entwicklung multifunktionaler Polyurethanbeschichtungen, die insbesondere im Bereich der Offshore-Windenergie und anderer maritimer Infrastruktur Anwendung finden könnten. Die Kombination aus Selbstheilung und verbessertem Korrosionsschutz könnte langfristig zur Senkung der Lebenszykluskosten solcher Anlagen beitragen.
Quelle: Tang, A. et al. Self-healing polyurethane coatings with multi-dynamic bonds: Fabrication and applications. Prog. Org. Coat. 109932 (2025).
