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Selbstheilende Beschichtung mit Stress-Response-Funktion
Ein chinesisches Forschungsteam hat eine stress-responsive selbstheilende Korrosionsschutzbeschichtung entwickelt, die auf mit Natriumphytat beladenen, TiO₂-modifizierten aminofunktionalisierten mesoporösen Silica-Nanopartikeln basiert. Das System setzt unter mechanischer Belastung gezielt Wirkstoffe frei und bietet damit einen intelligenten Schutz für Q235-Kohlenstoffstahl in maritimen Umgebungen.
Q235-Kohlenstoffstahlkomponenten, die in maritimen Umgebungen zum Einsatz kommen, sind besonders anfällig für Spannungsrisskorrosion. Konventionelle Schutzbeschichtungen können ihre Langzeitstabilität unter mechanischer Belastung häufig nicht aufrechterhalten, was zu unzureichendem Schutz des Substrats führt. Um diese Limitierung zu adressieren, entwickelte das Forschungsteam eine stress-responsive selbstheilende Beschichtung mit der Bezeichnung HMSNap-TiO₂-SP. Als funktionelle Kernkomponente dienen mit Natriumphytat (SP) beladene, TiO₂-modifizierte aminofunktionalisierte hohle mesoporöse Silica-Mikrosphären (HMSNap).
Die Aminofunktionalisierung der HMSNap verbessert die Dispersion von TiO₂ deutlich. Die TiO₂-Modifikation erhöht nicht nur die SP-Beladungskapazität auf 25 %, sondern verstärkt auch die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung erheblich: Die Zugfestigkeit stieg um 24 %, die Bruchdehnung um 40 %. Die gitterartige TiO₂-Struktur trägt zudem zur mechanischen Verstärkung bei und blockiert das Eindringen von Chloridionen und Wasser.
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Zielgerichtete Wirkstofffreisetzung bei mechanischer Belastung
Ein zentrales Merkmal des Systems ist die stressgesteuerte Freisetzung des Korrosionsinhibitors: Wird die Beschichtung einer Zugspannung von 50 % der Streckgrenze (σys) ausgesetzt, wird an Mikrodefektstellen gezielt SP freigesetzt. Dieses bildet einen Schutzfilm, der den beschädigten Bereich repariert und die Korrosionsbeständigkeit wiederherstellt. Damit vereint die Beschichtung Barrierewirkung, mechanische Verstärkung und intelligente Selbstheilung in einem System.
Die Langzeitstabilität der Beschichtung wurde in einer 18-tägigen Immersionsprüfung in einer 3,5%igen NaCl-Lösung nachgewiesen. Der Impedanzmodul der selbstheilenden Beschichtung zeigte ab Tag 5 eine anhaltende Zunahme, und am Ende des Experiments lag |Z|0,01Hz weiterhin bei 4.500 Ω·cm². Damit demonstriert die Beschichtung unter simulierten maritimen Bedingungen einen ausgezeichneten Korrosionsschutz sowie eine wirksame Selbstheilungsleistung. Der Ansatz liefert eine neuartige, langlebige und intelligente Strategie für den Schutz von Q235-Kohlenstoffstahlstrukturen im maritimen Ingenieurbau – etwa für Offshore-Anlagen, Hafeninfrastrukturen und Schiffbau.
Quelle: Shi, H. et al. Stress-responsive self-healing corrosion protection coating based on TiO₂-modified amino-functionalized hollow mesoporous silica nanoparticles loaded with sodium phytate. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110242
