Nachhaltig superhydrophobes und selbstreinigendes Holz durch Wachs in Epoxy/PDMS-Nanokompositbeschichtungen
Forscher:innen könnten Wirksamkeit von nachhaltigem superhydrophobem und selbstreinigendem Holz durch Wachs in Epoxy/PDMS-Nanokompositbeschichtungen nachweisen. Verschiedenen Ansätze, basierend auf der Materialzusammensetzung und der Substratvorbereitung, wurden dafür getestet und optimiert. Zu diesem Zweck wurden fluorfreie Dodecyl-terminierte Siliziumdioxid-Nanopartikel (DDT-SiO2), die keine Anzeichen von Aggregation aufweisen, in zwei verschiedene Beschichtungen auf Epoxidharz- oder PDMS-Basis eingebracht.
Die Stabilität von Holzmaterialien in rauen Umgebungen erfordert eine dauerhafte superhydrophobe (SH) Beschichtung. Eine nachhaltige SH-Beschichtung, die für Holzanwendungen im Innen- und Außenbereich geeignet ist, wurde durch die Verstärkung zweier Matrizen, d. h. Epoxidharz oder Polydimethylsiloxan (PDMS), mit biobasiertem Carnaubawachs hergestellt. Fluorfreie Dodecyl-terminierte Silica-Nanopartikel (DDT-SiO2), die durch ein chemisches Verfahren hergestellt wurden, wurden verwendet, um die Hydrophobie aller Beschichtungsformulierungen zu erhöhen. Es wurde ein neuer Ansatz für die Vorbereitung des Holzsubstrats vorgeschlagen und getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass die langfristige Wasserabweisung der SH-Beschichtungen durch Lösungsmittel/Ultraschall-Vorbehandlungen verbessert werden kann, indem die chemischen und morphologischen Eigenschaften des Holzsubstrats vor der Beschichtung kontrolliert werden.
Die wachshaltige Formulierung wies einen Kontaktwinkel von 172° und einen Gleitwinkel <3° auf, wenn sie auf eine saubere/mikrostrukturierte Holzoberfläche aufgetragen wurde, die einer Lösungsmittelvorbehandlung unterzogen wurde. Die Beschichtung auf PDMS-Basis zeigte eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Wasserschlagtests, 120 Zyklen Außenbewitterung/Alterung und rauen Umgebungsbedingungen (d. h. Chemikalien, Ultraschall und Meerwasser) als die Epoxidbeschichtung. Während Wachs die Transparenz von Beschichtungen auf Epoxidharzbasis verringerte, war der synergistische Effekt auf die Haltbarkeit der Beschichtung offensichtlich. Die überlegenen Eigenschaften der Nicht-Benetzung, der mechanischen Beständigkeit und der Beständigkeit im Finger-Touch-Test der Wachs-PDMS-DDT-SiO2-Beschichtung wurden auf die hierarchische Struktur zurückgeführt, die durch die Selbstmontage von Carnauba-Wachs und die verwobene Morphologie verursacht wird. Tatsächlich trägt das Wachs dazu bei, dass die lotusartigen PDMS-NP-Strukturen fest miteinander verbunden bleiben und eine robuste Oberfläche bilden.
Der Selbstreinigungstest, der mit handelsüblichen Flüssigkeiten und gefärbtem Wasser durchgeführt wurde, bestätigte die bewundernswerte Leistung der PDMS-basierten Beschichtung, die auch ästhetische Eigenschaften garantiert. Die erhaltene Oberflächenbehandlung kann als „umweltfreundlich“ angesehen werden, da sie aus pflanzlichem Carnaubawachs besteht, das Nanopartikel enthält, die mit nicht fluorierten Verbindungen modifiziert wurden.
Die Studie wurde veröffentlicht in Progress in Organic Coatings, Volume 186, January 2024.