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POSS-Acrylathybrid steigert Härte und Korrosionsschutz
Indische Forschende haben ein reaktives, acrylatfunktionalisiertes POSS-Monomer synthetisiert und über Miniemulsionspolymerisation kovalent in eine wasserbasierte Acrylatmatrix eingebunden. Bereits 1 Gew.-% des Hybridbausteins verbessert Härte, Haftung, Abriebbeständigkeit und Langzeit-Korrosionsschutz deutlich.
Wasserbasierte Beschichtungen müssen heute hohe Leistungsanforderungen mit Umweltverträglichkeit verbinden – ein Spagat zwischen organischer Filmflexibilität und anorganischer Beständigkeit. Ein Forschungsteam um S. N. Raju Kutcherlapati hat hierfür einen molekularen Designansatz verfolgt: Ein reaktives, acrylatfunktionalisiertes polyedrisches oligomeres Silsesquioxan (PIB₇AC₁, kurz PAC) wurde synthetisiert und über in-situ-Miniemulsionspolymerisation kovalent in eine hochfeststoffhaltige Acrylatmatrix integriert. Die molekulare Hybridisierung des Si-O-Si-Nanokäfigs direkt im Polymerrückgrat erzeugt ein dicht vernetztes, gleichzeitig flexibles Netzwerk.
Die Methode unterscheidet sich von herkömmlichen Ansätzen, bei denen POSS-Partikel lediglich physikalisch dispergiert werden. Durch die kovalente Anbindung wird eine homogene Verteilung sichergestellt und Phasentrennung vermieden – ein entscheidender Faktor für die langfristige Stabilität der Beschichtung.
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Optimale Eigenschaften bei 1 Gew.-% POSS-Anteil
Die mit 1 Gew.-% PAC modifizierte Beschichtung zeigte ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil: Die Zugfestigkeit erreichte 5,4 MPa, die Bleistifthärte 5H, und der Abriebverlust wurde um über 50 % reduziert. Gleichzeitig blieben Flexibilität und Haftung mit 2,7 MPa auf hohem Niveau. Diese Werte verdeutlichen, dass die mechanische Verstärkung nicht zu Lasten der Filmbildungseigenschaften geht.
Im Bereich des Korrosionsschutzes überzeugte die Hybridbeschichtung durch eine ultraniedrige Korrosionsstromdichte von 5,84 × 10⁻¹¹ A/cm² und einen hohen Polarisationswiderstand von 3,2 × 10⁷ Ω·cm². Die POSS-Einheiten bilden dabei eine kontinuierliche anorganische Diffusionsbarriere, die das Eindringen korrosiver Medien wirksam unterbindet.
Erhöhte Thermostabilität durch silicareiche Carbonisierungsschicht
Mit steigendem POSS-Anteil verbesserte sich auch die thermische Stabilität der Beschichtungen. Die Forschenden führen dies auf die Bildung einer silicareichen Carbonisierungsschicht zurück, die bei thermischer Belastung als zusätzliche Schutzbarriere wirkt. Dieser Effekt eröffnet Anwendungsperspektiven in Bereichen mit erhöhten Temperaturanforderungen.
Die Arbeit zeigt, dass das rational entwickelte, kovalent integrierte POSS-Acrylat-Hybridsystem thermische Robustheit, mechanische Langzeitstabilität und Korrosionsschutz synergistisch verbindet. Damit liefern die Autoren einen skalierbaren und nachhaltigen Ansatz für die nächste Generation leistungsfähiger wasserbasierter Industriebeschichtungen.
Quelle: Joshi, S. S. K. et al. Reactive acrylate-functional POSS-modified waterborne acrylic coatings with enhanced hardness, adhesion, abrasion and long-term corrosion resistance. Prog. Org. Coat. 110040 (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110040
