Effiziente Korrosionsschutzbeschichtung auf Acrylbasis mit oberflächenmodifizierten ZnO-Nanopartikeln

Zinkoxid (ZnO)-Nanopartikel sind als kostengünstige Füllstoffe in Polymer-Verbundwerkstoffen bekannt, jedoch stellt die Störung der Aushärtungseigenschaften eine Herausforderung dar. Dieser Umstand wurde durch die Modifizierung von ZnO-Nanopartikeln mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (APTES) angegangen, um ihre Dispersion und Gesamtleistung in einer Acrylharzmatrix zu verbessern. 

Die erfolgreiche Chelatisierung und gleichmäßige Verteilung der ZnO-Nanopartikel wurde durch verschiedene Analysemethoden überprüft. Darüber hinaus wurden zur Messung des elektrischen Widerstands und zur Untersuchung der Mikrostrukturbildung der Verbundstoffe eine elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und rheologische Experimente durchgeführt. Zusätzlich wurden theoretische Studien der Molekulardynamik (MD) und detaillierte Dichtefunktionaltheorie (DFT) eingesetzt, um die Oberflächenbindung/Adsorption und die Wechselwirkungen organischer Moleküle mit Metalloxidoberflächen zu bewerten.Die FT-IR-Diagramme belegen, dass die chelatisierende Wirkung von APTES-Molekülen auf ZnO-Nanopartikel erfolgreich war. Die Dispersion der ZnO-Nanopartikel wurde nach der Modifizierung durch APTES-Aminosilane deutlich verbessert, wie die Ergebnisse der FE-SEM- und EDX-Mapping-Analysen zeigen. Die EIS-Ergebnisse zeigen, dass der Gesamtwiderstand der Verbundwerkstoffe nach Verwendung der modifizierten ZnO-Nanopartikel von 10¹⁰ auf 10¹¹ Ω cm² anstieg. Die rheologische Analyse ergab, dass sich bei 0,5 Gew.-% reiner und modifizierter ZnO-Nanopartikel zusammenhängende Mikrostrukturen bildeten. Schließlich bestätigten die Ergebnisse der MD-Analyse die theoretische Adsorption der auf Polyacrylsäure basierenden Beschichtung auf den Aluminium- und Zinkoxidoberflächen.

Quelle: J Appl Electrochem (2025)