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Nano-Engineering: MXene-basierte Flammschutzmittel für Epoxidbeschichtungen
Forschende haben ein neuartiges MXene-basiertes Flammschutzmittel für wasserbasierte Epoxidbeschichtungen entwickelt, das hervorragenden Brandschutz und thermische Isolationsleistung bietet. Dieser Durchbruch könnte die Sicherheitsstandards für industrielle Beschichtungen neu definieren.
Ein chinesisches Forschungsteam hat einen bahnbrechenden Fortschritt in der Flammschutztechnologie für wasserbasierte Epoxidbeschichtungen vorgestellt. Im Mittelpunkt ihrer Studie steht die Entwicklung eines Verbund-Flammschutzmittels, das MXene-Nanoschichten, Polydopamin (PDA)-Schichten und Nieten-artige Nanopartikel mit hochphosphor- und stickstoffhaltigen Gruppen sowie Metallionen kombiniert. Diese Komponenten wurden zu MP@Fe-CuHP, einem hochwirksamen Flammschutzmittel, vereint.
MXene, ein zweidimensionales Nanomaterial, wurde aus Ti3AlC2 in dünne lamellenartige Strukturen exfoliert, die anschließend mit PDA-Schichten versehen wurden, die reich an funktionellen Gruppen sind. Die Nieten-artigen Nanopartikel, bestehend aus Hexamethylendiamin-Tetramethylphosphonsäure (HDTMP), Kupferionen (Cu²⁺) und Eisenionen (Fe²⁺), wurden über Koordinationschemie auf der MXene/PDA-Oberfläche verankert. Diese innovative Kombination führte zu einer verbesserten Flammschutzwirkung durch die Barriereeigenschaften von MXene, die katalytische Karbonisierungsfähigkeit der Metallionen und die flammhemmenden Effekte von Stickstoff und Phosphor.
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 Feuerbeständigkeit und thermische Isolierung
Die Forschenden testeten das Flammschutzmittel in Epoxidbeschichtungen unter direkter Flammenbestrahlung. Das Verbundmaterial erreichte eine bemerkenswerte Reduktion der Rückseitentemperatur auf nur 168,6 °C im Vergleich zu anderen getesteten Proben. Darüber hinaus zeigten die MP@Fe-CuHP/EP-Proben die höchsten thermischen Isoliereigenschaften mit einer Expansionshöhe von 23,3 mm und einem Restkohlenstoffgehalt von 30,3 %.
In Bezug auf Brandschutz-Metriken verzeichneten die MP@Fe-CuHP/EP-Proben die niedrigsten Werte für die Spitzen-Wärmefreisetzungsrate (PHRR, 443,12 kW/m²) und die Gesamtwärmefreisetzungsrate (THR, 17,93 MJ/m²). Auch die Rauchentwicklung und die Emission giftiger Gase wurden erheblich reduziert, mit einer Spitzen-Rauchproduktionsrate (PSPR) von 0,114 m²/s, einer Gesamtrauchproduktion (TSP) von 3,776 m², einer Spitzen-CO-Produktionsrate (PCOPR) von 0,041 % und einer Spitzen-CO₂-Produktionsrate (PCO₂PR) von 0,332 %. Diese Ergebnisse bestätigen die Wirksamkeit des Verbundmaterials bei der Verbesserung der Brandsicherheit.
Die Studie zeigt das Potenzial von MXene-basierten Flammschutzmitteln, die Feuerbeständigkeit wasserbasierter Epoxidbeschichtungen zu revolutionieren, und macht sie zu einer vielversprechenden Lösung für industrielle Anwendungen, bei denen Brandschutz entscheidend ist.
