Haltbare Antifouling-Beschichtungen auf PDMS-Basis
Biozide in Schiffsanstrichen bieten zwar hervorragende Antifouling-Eigenschaften, jedoch sind umweltschädliche Auswirkungen auf das Ökosystem unvermeidlich. Umweltfreundliche Polydimethylsiloxan (PDMS)-Alternativen beruhen auf Biorepulsion, sind aber aufgrund ihres niedrigen E-Moduls nicht sehr haltbar und eignen sich daher nicht für die mechanische Reinigung.
Wissenschaftler haben nun ein handelsübliches 2K-Epoxid-Amin-System verwendet, das mit Bis(3-Aminopropyl)-terminiertem Polydimethylsiloxan modifiziert wurde. Bei diesem Ansatz wird ein robustes 2K-Epoxidharz als Basis für reaktive PDMS-Spezies verwendet, das die umweltfreundliche Biorepulsion mit mechanischer Stabilität kombiniert. Die Unmischbarkeit zwischen Epoxid- und PDMS-Phasen führt zu einem spontanen Trennungsprozess, wodurch sich kreisförmige, mit PDMS angereicherte Oberflächendomänen bilden, wie mittels EDX nachgewiesen wurde. Ein Schlüsselfaktor zur Verbesserung der Antifouling-Leistung ist die sorgfältige Abstimmung der Abstände zwischen den Domänen und die Gewährleistung der Domänenbildung auf der gesamten Oberfläche.
Beschichtungen widerstehen sogar Hochdruckreinigung
Da sich die Kontrolle dieser Parameter als schwierig erwiesen hat, fügten die Forscher dem System einen amphiphilen Polyglykol-PDMS-Kompatibilisator (COMP) hinzu, der speziell dafür geeignet ist, die internen Grenzflächenspannungen auszugleichen. Die fertigen Beschichtungen haben gezeigt, dass sie sogar einer Hochdruckreinigung standhalten, ohne dass es Anzeichen für eine signifikante Erosion gibt. Die Verwendung von 5,1 Gew.-% COMP garantiert Oberflächenabdeckungen von bis zu 60 %. Eine weitere Domänenkontrolle wird durch die Variation der Zeit zwischen dem Auftragen und dem ausgehärteten Zustand (Vorhärtungszeit) erreicht. Die spezifische Topographie und die Gestaltung der Zwischenräume wurden mit der Antifouling-Leistung der Beschichtung unter realen Bedingungen in der Nordsee (Norderney, Deutschland) korreliert. Die Verzögerung des biologischen Bewuchses hält nachweislich 117 Tage nach dem Eintauchen an, bis sich die Bewuchsstoffe so weit abgesetzt haben wie bei der Kontrolle.
Die Studie wurde in Progress in Organic Coatings, Band 170, September 2022, veröffentlicht.