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Ti-MOF/TiO₂-Hybrid stärkt Korrosionsschutz von Epoxidlacken
Ein internationales Forschungsteam hat NH₂-MIL-125/TiO₂-Hybridpartikel synthetisiert und in Epoxidbeschichtungen integriert, um langlebigen Korrosionsschutz für Stahl in chloridhaltigen Umgebungen zu erzielen. Bereits eine Beladung von 0,2 % steigert den Impedanzmodul nach 70 Tagen in Salzlösung auf über 10⁹ Ω·cm² und übertrifft reines Epoxid um vier Grössenordnungen.
Die Erzielung eines langlebigen Korrosionsschutzes für Epoxidbeschichtungen in chloridhaltigen Umgebungen bleibt eine bedeutende Herausforderung. Konventionelle Formulierungen zeigen häufig eine deutliche Verschlechterung der Barrierewirkung im Verlauf der Exposition, was die Lebensdauer beschichteter Bauteile begrenzt. Zur Adressierung dieser Problematik synthetisierte das Forschungsteam NH₂-MIL-125/TiO₂-Hybridpartikel (NMT) auf Basis eines titanhaltigen metallorganischen Gerüsts, das mit TiO₂-Nanopartikeln modifiziert wurde.
Die Synthese erfolgte über ein solvothermales Verfahren, und die Hybridpartikel wurden mit einer Beladung von 0,2 % in eine Epoxidmatrix integriert. Ziel war die Entwicklung eines nachhaltigen, langlebigen Korrosionsschutzes für Baustahl. Die strukturelle und morphologische Charakterisierung mittels FTIR, Raman-Spektroskopie, XRD, TGA, BET, TEM sowie FESEM/EDX-Analyse bestätigte die erfolgreiche Bildung des Hybridfüllstoffs und dessen gleichmässige Dispersion innerhalb der Epoxidmatrix.
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Verbesserte Hydrophobie und Oberflächenqualität
Im Vergleich zu reinem Epoxid und Beschichtungen, die nur mit NH₂-MIL-125 oder TiO₂ verstärkt waren, zeigte die EP/NMT-Beschichtung eine verbesserte Hydrophobie und optimierte Oberflächeneigenschaften. Diese Verbesserungen deuten auf eine gute Kompatibilität der Hybridpartikel mit der Epoxidmatrix hin und legen den Grundstein für die aussergewöhnliche Barrierewirkung.
Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) in 3,5%iger NaCl-Lösung zeigte, dass die EP/NMT-Beschichtung nach 70-tägiger Einlagerung einen Impedanzmodul bei 10 mHz (|Z|₁₀mHz) von über 10⁹ Ω·cm² aufrechterhält und damit die reine Epoxidbeschichtung um vier Grössenordnungen übertrifft. Diese aussergewöhnliche Langzeitstabilität ist ein deutlicher Nachweis der überlegenen Barrierewirkung des Hybridsystems.
Einheitliche EIS-Antwort belegt intakte Grenzfläche
Besonders bemerkenswert ist, dass die EP/NMT-Beschichtung eine einheitliche EIS-Antwort mit einer einzelnen Zeitkonstante über den gesamten Expositionszeitraum beibehielt. Dies deutet darauf hin, dass die Eindringung des korrosiven Elektrolyten die Beschichtung/Stahl-Grenzfläche nicht erreichte – ein wichtiger Indikator für die intakte Barrierewirkung und die Vermeidung von Unterrostung, einem häufigen Versagensmechanismus bei Korrosionsschutzbeschichtungen.
DFT-Berechnungen (Dichtefunktionaltheorie) unterstützten zusätzlich das überlegene Schutzverhalten des Hybridsystems durch theoretische Einsichten in die Wechselwirkungen zwischen den NMT-Partikeln und der Epoxidmatrix. Diese Kombination aus experimentellen und theoretischen Erkenntnissen stärkt die mechanistische Interpretation und liefert eine belastbare Grundlage für die weitere Entwicklung.
Die Ergebnisse demonstrieren, dass die Kombination von NH₂-MIL-125 und TiO₂ eine robuste, nachhaltige Korrosionsschutzbeschichtung mit aussergewöhnlicher Langzeit-Barrierewirkung erzeugt. Der Ansatz eröffnet eine Designstrategie mit niedriger Beladung für fortschrittliche Schutzbeschichtungen. Für Formulierer im Korrosionsschutz bietet der Einsatz von MOF-basierten Hybridfüllstoffen eine attraktive Perspektive zur Optimierung der Barrierewirkung, ohne die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung durch hohe Füllstoffgehalte zu beeinträchtigen. Insbesondere für anspruchsvolle Anwendungen in maritimen und industriellen Umgebungen liefert die Studie einen wertvollen Beitrag zur Entwicklung langlebiger Schutzsysteme.
Quelle: Majidi, R., Danaee, I., Sommitsch, C. & Farhadi, A. Sustainable anticorrosion performance of Ti-MOF/TiO2-reinforced polymeric coating. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110291
