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Nano-TiO₂ auf Graphenoxid verbessert Korrosionsbeständigkeit

Ein Forschungsteam der Universität Xinjiang hat eine neue Strategie zur Verbesserung der Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit silikonbasierter Beschichtungen entwickelt.

Graphen Silikonbeschichtungen
Ein Forschungsteam der Universität Xinjiang hat eine neue Strategie zur Verbesserung der Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit silikonbasierter Beschichtungen entwickelt. Durch die kovalente Verknüpfung von nanoskaligem Titandioxid (TiO₂) mit Graphenoxid (GO) unter Verwendung von Thiol-En-Click-Chemie entsteht ein nanostrukturierter Hybrid-Füllstoff, der in eine methylphenylbasierte Silikonharzmatrix eingebracht wird. Die resultierende Verbundbeschichtung zeichnet sich durch eine verbesserte thermische Stabilität, erhöhte mechanische Belastbarkeit sowie eine ausgeprägte Selbstreinigungsfähigkeit aus – Eigenschaften, die insbesondere für den Einsatz in korrosiven Hochtemperaturumgebungen von Bedeutung sind, etwa in der chemischen Verfahrenstechnik oder in Kraftwerksanlagen. Nanohybridstruktur steigert thermische Stabilität und mechanische Integrität Die erfolgreiche kovalente Anbindung von TiO₂ an GO wurde durch verschiedene Analysemethoden (REM, TEM, FTIR und Röntgendiffraktometrie) bestätigt. Diese chemische Modifikation verbessert die Dispersion des Füllstoffs sowie dessen Grenzflächenwechselwirkungen mit dem Silikonharz, was zu einer verbesserten strukturellen Kohärenz des Gesamtsystems führt. Die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung profitieren von der erhöhten Kompatibilität und gleichmäßigen Verteilung der Hybridpartikel. Dies ermöglicht eine effiziente Spannungsübertragung innerhalb der Matrix und reduziert das Risiko von Mikrorissen unter thermischer oder mechanischer Belastung. Effektive Barrierewirkung und Selbstreinigung bei geringem Füllstoffanteil Elektrochemische Messungen zeigen, dass das modifizierte GO-TiO₂ die Korrosionspfade verlängert und den Ionentransport effektiv hemmt. Bereits bei einem niedrigen Füllstoffanteil von 0,2 Gew.-% wird eine signifikante Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erzielt. Darüber hinaus weist die Beschichtung selbstreinigende Eigenschaften auf, die auf die photokatalytische Aktivität von TiO₂ zurückzuführen sind. Dieser Effekt kann die Wartungsintervalle metallischer Oberflächen im Einsatz reduzieren – ein relevanter Faktor für Anwendungen im Außenbereich oder in industriellen Atmosphären. Die Studie unterstreicht das Potenzial der Thiol-En-Click-Chemie zur Entwicklung funktionalisierter Nanokomposite für Hochleistungsbeschichtungen. Die vorgestellte Methodik bietet einen vielversprechenden Ansatz zur gezielten Optimierung silikonbasierter Schutzsysteme.
Simulationen zeigen: Die Konnektivität von Wasserclustern in Polymernetzwerken steuert die Diffusion deutlich stärker als das reine freie Volumen. Quelle: AleksViking - stock.adobe.com

Durch die kovalente Verknüpfung von nanoskaligem Titandioxid (TiO₂) mit Graphenoxid (GO) unter Verwendung von Thiol-En-Click-Chemie entsteht ein nanostrukturierter Hybrid-Füllstoff, der in eine methylphenylbasierte Silikonharzmatrix eingebracht wird.

Die resultierende Verbundbeschichtung zeichnet sich durch eine verbesserte thermische Stabilität, erhöhte mechanische Belastbarkeit sowie eine ausgeprägte Selbstreinigungsfähigkeit aus – Eigenschaften, die insbesondere für den Einsatz in korrosiven Hochtemperaturumgebungen von Bedeutung sind, etwa in der chemischen Verfahrenstechnik oder in Kraftwerksanlagen.

Nanohybridstruktur steigert thermische Stabilität und mechanische Integrität

Die erfolgreiche kovalente Anbindung von TiO₂ an GO wurde durch verschiedene Analysemethoden (REM, TEM, FTIR und Röntgendiffraktometrie) bestätigt. Diese chemische Modifikation verbessert die Dispersion des Füllstoffs sowie dessen Grenzflächenwechselwirkungen mit dem Silikonharz, was zu einer verbesserten strukturellen Kohärenz des Gesamtsystems führt.

Die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung profitieren von der erhöhten Kompatibilität und gleichmäßigen Verteilung der Hybridpartikel. Dies ermöglicht eine effiziente Spannungsübertragung innerhalb der Matrix und reduziert das Risiko von Mikrorissen unter thermischer oder mechanischer Belastung.

Effektive Barrierewirkung und Selbstreinigung bei geringem Füllstoffanteil

Elektrochemische Messungen zeigen, dass das modifizierte GO-TiO₂ die Korrosionspfade verlängert und den Ionentransport effektiv hemmt. Bereits bei einem niedrigen Füllstoffanteil von 0,2 Gew.-% wird eine signifikante Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erzielt.

Darüber hinaus weist die Beschichtung selbstreinigende Eigenschaften auf, die auf die photokatalytische Aktivität von TiO₂ zurückzuführen sind. Dieser Effekt kann die Wartungsintervalle metallischer Oberflächen im Einsatz reduzieren – ein relevanter Faktor für Anwendungen im Außenbereich oder in industriellen Atmosphären.

Die Studie unterstreicht das Potenzial der Thiol-En-Click-Chemie zur Entwicklung funktionalisierter Nanokomposite für Hochleistungsbeschichtungen. Die vorgestellte Methodik bietet einen vielversprechenden Ansatz zur gezielten Optimierung silikonbasierter Schutzsysteme.

Quelle: New Journal of Chemistry, 21/2025