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Intelligente wasserbasierte Epoxidbeschichtung mit Selbstheilung und Korrosionsschutz durch MXene-Nanokomposite
Ein chinesisches Forschungsteam hat eine wasserbasierte Epoxidbeschichtung entwickelt, die auf MXene-basierten Nanokompositen mit Mehrstufen-Selbstheilung beruht. Die Kombination aus Barriere- und Selbstreparaturmechanismen verbessert die Korrosionsbeständigkeit und mechanische Stabilität deutlich.
MXene-Materialien zählen zu den vielversprechendsten zweidimensionalen Nanowerkstoffen für funktionelle Beschichtungen, doch ihre Neigung zur Selbstaggregation erschwert eine homogene Verteilung in Polymermatrices. Forschende um Junjie Cao haben dieses Problem nun mit einer dreistufigen Konstruktionsstrategie gelöst und eine intelligente wasserbasierte Epoxidbeschichtung mit hervorragendem Korrosionsschutz entwickelt.
Dazu wurden mesoporöse Polydopamin-Kugeln (mPDA) per Nanoemulsions-Assemblierung hergestellt und auf Ti₃C₂Tₓ-MXene-Nanoschichten durch Grenzflächen-Selbstassemblierung aufgebracht. Anschließend wurde Natriummolybdat (Na₂MoO₄) in die poröse Struktur eingebracht, wodurch ein MXene@mPDA@Mo-Nanokomposit (MPMo) mit mehrstufiger Struktur entstand.
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Selbstheilung durch Metallchelation und Passivierung
Die MPMo-Nanohybride wurden in eine wasserbasierte Epoxidharzmatrix (WEC) eingebettet. Elektrochemische Impedanzspektroskopie zeigte, dass der Korrosionswiderstand Rc der Beschichtung nach 60 Tagen in 3,5 % NaCl-Lösung bei 7,26 × 10⁸ Ω·cm² lag – drei Größenordnungen höher als bei reinem Epoxidharz.
Die hervorragende Selbstheilung wurde durch EIS-Messungen an beschädigten Bereichen, 700 h Salzsprühtests sowie SEM-EDS- und XPS-Analysen belegt. Mechanisch erzielte die Beschichtung eine Haftfestigkeit von 6,59 MPa und eine Zugfestigkeit von 36,46 MPa. UV-Alterung und thermische Zyklen bestätigten zudem die hohe Stabilität.
Die Kombination aus MXene-Struktur, Metallchelation durch Polydopamin und anodischer Passivierung durch Molybdat ermöglicht einen effektiven Mehrstufen-Schutz – ein vielversprechender Ansatz für zukünftige selbstheilende, wasserbasierte Antikorrosionsbeschichtungen.
Quelle: Cao, J. et al. Construction of waterborne epoxy smart anti-corrosion coating based on mPDA/Ti₃C₂Tₓ nanocomposites – Synergistic barrier effect and self-repair mechanisms. Prog. Org. Coat. 207, 109427 (2025).
