Synthese von Phytinsäure-beschichteten Zinkoxid-Hybrid-Nanopartikeln und ihre flammhemmenden Anwendungen in Polyurethanbeschichtungen
Forschende fanden heraus, dass die Beschichtungen, die mit PA/ZnO-Hybridnanopartikeln hergestellt wurden, Metallsubstrate vor brandschutzbedingten Schäden schützen können.
Phytinsäure (PA)-beschichtete Zinkoxid (ZnO)-Nanopartikel wurden entwickelt, um hocheffiziente flammhemmende (FR)-Additive für Beschichtungsformulierungen herzustellen. Diese hybriden (organischen/anorganischen) Additive wurden mit Hilfe eines Layer-by-Layer (LBL)-Ansatzes hergestellt, um die flammhemmenden Eigenschaften von PA und ZnO auf einem einzigen nanoskaligen Gerüst zu nutzen. Diese Nanopartikel können gleichmäßig in einer Polyurethan (PU)-Beschichtung für Anwendungen auf Metallsubstraten dispergiert werden. Der Einbau von PA/ZnO-Nanopartikeln in einer Schicht von 20 Gew.-% des Polymerharzes beeinträchtigte die physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Beschichtungen nicht.
Veranstaltungstipp: Polyurethane
Das FARBE UND LACK // Webinar am 19. Nov 2024 vermittelt Ihnen, warum Polyurethanlacke sich als hochwertige Beschichtungen etabliert haben. Sie lernen welche Polyisocyanate und welche Polyole momentan relevant sind und wie sie das Lacksystem beeinflussen. Auch die Unterschiede, die bei der Formulierung von 1K, 2K sowie wässrigen oder lösemittelhaltigen Polyurethansystemen zu beachten sind, werden vermittelt. Abgerundet wird das Programm durch die Vermittlung von Tipps zu Dual-Cure- und Hybridsystemen.
Die flammhemmenden Eigenschaften der PU-Proben, die Nanomaterialien enthalten, zeigten eine 50 %ige Verringerung der Flammenausbreitungsrate im Vergleich zu den Proben, die nur mit ZnO-Nanopartikeln hergestellt wurden. Cone Calorimeter-Studien, die an Metallplatten durchgeführt wurden, die mit PU-Harzen mit 20 Gew.-% PA/ZnO-Nanopartikeln beschichtet waren, zeigten eine 25 %ige Verringerung der Spitzenwärmefreisetzungsrate und eine 50 %ige Verringerung der Gesamtwärmefreisetzung (THR) im Vergleich zu Kontrollbeschichtungen, die ohne Nanopartikel hergestellt wurden. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten das Vorhandensein blasenartiger Morphologien in den verbrannten Proben, die die Nanopartikel enthielten, was auf die Bildung von Holzkohle und die Obstruktion von entweichenden Gasen, die während der Verbrennung der Beschichtungsmaterialien entstanden, hinweist. Diese Studie zeigt deutlich, dass die mit PA/ZnO-Hybrid-Nanopartikeln hergestellten Beschichtungen Metallsubstrate vor brandbedingten Schäden schützen können.
Diese Forschungsarbeit wurde im Journal of Coatings Technology and Research in Band 21, Seiten 369-382, (2024) veröffentlicht.