Selbstheilendes Material für potentielle Anwendung in Weltraumbeschichtungen
Eine neue Arbeit beschreibt ein UV-empfindliches selbstheilendes Material mit verbesserter UV-abschirmender SiO2/ZnO-Hybridhülle für eine mögliche Anwendung in Weltraumbeschichtungen.
UV-empfindliche Selbstheilungssysteme haben ein beträchtliches Potenzial, Mikrorisse effektiv zu reparieren und die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Polymer-Verbundbeschichtungen auf Raumfahrzeugen zu verlängern, da die UV-Bestrahlung in der Weltraumumgebung reichlich vorhanden ist und der Heilungsprozess auf einem genauen stöchiometrischen Verhältnis basiert.
Leider könnte die UV-Bestrahlung in der Weltraumumgebung auch zu einer unerwünschten Aushärtung der Heilmittel in den Mikrokapseln, die in die Beschichtungen eingebettet sind, führen, bevor die Mikrorisse in diesen Beschichtungen entstehen und eine UV-responsive Selbstheilung stattfindet und somit die Heilmittel deaktiviert werden.
Gute Selbstheilungsfähigkeit
Wissenschaftler schlagen nun ein UV-responsives Einzelmikrokapsel-Selbstheilungssystem mit Epoxidharzkern und verbesserter UV-abschirmender SiO2/ZnO-Hybridhülle für Polymerbeschichtungen durch eine Schicht-für-Schicht-Abscheidungsstrategie vor. Die homogene Einbettung von ultrakleinen ZnO-Nanokristallen in die mesoporöse SiO2-Hülle verleiht den Mikrokapseln eine hervorragende UV-Abschirmung. Darüber hinaus konnte ein stabiles anorganisches SiO2-Gegenstück im Gegensatz zu einer konventionellen Polymerhülle das durch photoempfindliche ZnO- oder TiO2-Nanopartikel katalysierte Degradationsgeschehen verhindern und damit die Stabilität der Mikrokapsel erhöhen.
Wenn die SiO2/ZnO-Mikrokapseln nach einer Alterungszeit von bis zu 21 Tagen unter UV-Bestrahlung in die Epoxidbeschichtung eingebettet wurden, zeigte die Epoxidbeschichtung, die diese gealterten Mikrokapseln enthält, immer noch eine gute Selbstheilungsfähigkeit bei Kratzern und UV-induzierter Selbstheilung. Die Kratzer werden dann immer noch gefüllt und repariert, was auf die Abschirmungsfähigkeit der ultrakleinen ZnO-Nanokristalle zurückzuführen ist, die hochgradig in der SiO2-Schale dispergiert sind, um unerwünschte UV-induzierte Aushärtung des Epoxidharzkerns vor dem Selbstheilungsverhalten in der UV-reichen Raumumgebung zu verhindern.
Die Studie wurde in Progress in Organic Coatings, Volume 151, Februar 2021 veröffentlicht.