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Hierarchische PDMS-PU-Nanokomposite bieten ungiftigen Antifouling-Schutz für marine Anwendungen
Ein neuer superhydrophober Nanokompositwerkstoff auf Basis von PDMS-Polyurethan und Graphen/Wolframdisulfid weist eine starke Antifouling- und Korrosionsbeständigkeit sowie mechanische Haltbarkeit auf – ganz ohne den Einsatz von Bioziden.
In einer kürzlich in Progress in Organic Coatings (Band 200, März 2025) veröffentlichten Studie haben Forscher ungiftige, superhydrophobe Nanokompositbeschichtungen für den Einsatz im Bereich des marinen Antifouling entwickelt. Die neuartigen Materialien basieren auf einer PDMS-Polyurethan (PDMS-PU)-Matrix, die mit Graphenoxid (GO)-Nanoschichten gefüllt und mit Wolframdisulfid (WS₂)-Nanostäbchen verziert ist. Die hybride GO-WS₂-Struktur ermöglicht eine verbesserte Oberflächenrauheit und Dispersion, was wiederum die Wasserabweisung und die Verschmutzungsbeständigkeit verbessert.
Die Nanohybride wurden unter Verwendung eines modifizierten Hummers-Verfahrens und einer tensidunterstützten hydrothermalen Methode synthetisiert, gefolgt von einer Ultraschallmischung der Nanofüllstoffe in die Polymermatrix. Das Ergebnis war eine gleichmäßige Verteilung der GO-WS₂-Partikel innerhalb der Beschichtung, wodurch hierarchische mikro-/nanorauhe Oberflächen entstanden. Ein Nanokomposit mit einem Füllstoffgehalt von 2,5 Gew.-% wies einen Wasserkontaktwinkel von 150°, eine Oberflächenenergie von 20,4 mN/m und eine ausgezeichnete Superhydrophobie aufgrund von Lufteinschlüssen in der strukturierten Oberfläche auf.
Veranstaltungstipp: Funktionelle Beschichtungen
Beschichtungen sollen inzwischen nicht mehr nur gut aussehen und vor Korrosion schützen. So gut und wichtig beide Eigenschaften sind, viele Kund:innen wollen mehr. Viele dieser Anforderungen lassen sich mit dem Begriff „Funktionale Beschichtungen“ beschreiben. Beliebte Schlagwörter, die hier oft fallen, sind anti-Eis, anti-Graffiti, Selbstheilung oder die oft genannte Haifischhaut. Manche dieser Eigenschaften sind inzwischen gut erforscht und am Markt etabliert, andere haben noch praktische Hürden zu überwinden. Welche funktionellen Beschichtungen zu welcher dieser Kategorien gehören, vermittelt Ihnen das FARBE UND LACK Seminar „Funktionelle Beschichtungen“ am 10.09.2025 in Essen.
Hervorragende Antifouling- und Korrosionsschutzeigenschaften unter biologischer Belastung
Die Beschichtungen wurden über einen Zeitraum von 30 Tagen im Labor mit vier gängigen marinen Mikroorganismen getestet: Kocuria rhizophila, Pseudomonas fluorescens, Aspergillus fumigatus und Candida albicans. Der PDMS-PU/GO-WS₂-Nanokomposit mit 2,5 Gew.-% Füllstoff zeigte die geringste mikrobielle Adhäsion und Oberflächenzerstörung und übertraf damit andere Formulierungen.
Zusätzlich zu ihrer biologischen Leistungsfähigkeit zeigte die Beschichtung eine hohe mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, wodurch sie für den langfristigen Einsatz in rauen Meeresumgebungen geeignet ist. Da sie keine Biozide enthält, stellt sie eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Antifouling-Strategien dar, die häufig auf giftigen Zusatzstoffen basieren.
Quelle: Selim, M. S. et al. Nichttoxische Silikon-Polyurethan-Nanokomposite, gefüllt mit Graphen/Wolframdisulfid-Nanostäbchen, als hierarchische superhydrophobe marine Antifouling-Oberflächen, Progress in Organic Coatings, Band 200, März 2025, 108987.
