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Flammhemmende MXen-Nanohybride verbessern Epoxidharze
Forschende haben MXen-Nanohybride mit Phosphor- und Stickstoffgruppen entwickelt, die Epoxidharzen sowohl höhere Flammwidrigkeit als auch verbesserte Schlagzähigkeit verleihen.
Ein chinesisches Forschungsteam hat funktionalisierte MXen-Nanohybride (MXene-NP) entwickelt, die über eine in-situ-Polymerisation mit Melamin und Benzophosphonyldichlorid auf der MXen-Oberfläche hergestellt wurden. Diese hybriden Nanomaterialien wurden anschließend in Epoxidharz (EP) eingebracht, um multifunktionale Verbundwerkstoffe zu erzeugen.
Bereits eine Zugabe von 2 Gew.-% MXene-NP erhöhte den Sauerstoffindex des Epoxidharzes von 21 auf 29,4 % – ein Plus von rund 40 %. Im Konkalorimetertest verringerte sich zudem die maximale Wärmefreisetzungsrate (PHRR) um 33,8 %, während die Spitzenwerte der CO₂- und CO-Emissionen um 29,5 % bzw. 36,1 % sanken.
Lesetipp: Epoxidharze
Epoxidharze sind aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in der Beschichtungsindustrie verbreitet wie kaum eine Bindemittelklasse. In ihrem neuen Fachbuch „Epoxidharze“ erläutern die Autoren Dornbusch, Christ und Rasing die Grundlagen der Chemie der Epoxygruppe und vermitteln anhand konkreter Formulierungen den Einsatz der Epoxy- und Phenoxyharze in industriellen Beschichtungen – u.a. für Korrosionsschutz, Bodenbeschichtungen, Pulverlacke und Doseninnenbeschichtungen.
Verbesserte mechanische Eigenschaften
Neben der verbesserten Flammhemmung zeigten die mit MXene-NP verstärkten Epoxidharze auch deutlich höhere Schlagzähigkeiten. So stieg die Schlagzähigkeit bei einer Zugabe von nur 0,5 Gew.-% MXene-NP von 6,22 auf 11,65 kJ/m² – ein Zuwachs von 87,2 %.
Die Forschenden führen dies auf die gute Grenzflächenhaftung durch die organische Polymerbeschichtung der MXen zurück. Die Studie zeigt damit einen einfachen und vielversprechenden Ansatz zur Entwicklung multifunktionaler, flammhemmender Epoxidharz-Nanokomposite.
Quelle: Ma, L. et al., Preparation of phosphorus/nitrogen-containing MXene nanohybrids via in situ polymerization and their application in epoxy resins. Prog. Org. Coat. 203, 109163 (2025).
