Mechanically stable and environmentally friendly polymer/particle composites for the application as low-fouling coating in the marine sector

Hölken, Iris

In this work, novel ecofriendly and durable marine antifouling coatings on the basis of a two-component thermoset polythiourethane (PTU) have been developed. Mechanical and chemical properties with respect to stoichiometric component-variations were evaluated and long-term immersion experiments were done in the Baltic sea. Enhanced tensile strength and adhesion was obtained by incorporation of 5 wt.% tetrapodal-shaped ZnO (t-ZnO). Contact angle measurements revealed an impact of t-ZnO incorporation on the surface free energy. Preliminary immersion experiments show the reduction of marine fouling as a result of increasing t-ZnO incorporation and based on these results, long-term field experiments were realized. Rresidue-free clean-ability was demonstrated after 12 months. Further, silicone was reinforced by t-ZnO and tensile strengthening as function of increasing filler amount was shown. Immersion experiments demonstrated reduced fouling compared to PTU, but cleaning caused significant damages. Consequently, fouling-release properties of silicones were combined with mechanical features of PTU. The increase in tensile strength of PTU/silicone composites was shown as function of t-ZnO filler content. Surface characteristics demonstrated the formation of silicone microdomains on the surface of the composites embedded into the PTU matrix. The wetting behavior underlined the retention of the silicones surface properties. Immersion results from seawater and subsequent cleaning showed convincing easy-to clean features for all PTU/silicone composites. On the other hand, those samples immersed into freshwater demonstrate self-cleaning properties for composites filled with ZnO particles of arbitrary morphology.

In dieser Arbeit wurden neuartige umweltfreundliche maritime Antifoulingbeschichtungen auf Basis des zweikomponentigen Duroplasten Polythiourethane (PTU) entwickelt. Die mechanischen und chemischen Eigenschaften bezüglich stöchiometrischer Komponentenvariationen wurden evaluiert, Langzeitfeldversuche wurden in der Ostsee durchgeführt. Erhöhte Zugfestigkeit sowie Adhäsion konnte durch das Hinzufügen von 5 Gew.% tetrapodalem ZnO (t-ZnO) erreicht werden. Kontaktwinkelmessungen zeigten einen Einfluss der Partikel auf die freie Oberflächenenergie. Vorläufige Immersionstests demonstrierten reduzierten Bewuchs mit zunehmendem Gehalt an t-ZnO, weshalb Langzeitexperimente hinzugenommen wurden. Rückstandsfreie Reinigung der Proben nach 12-monatiger Immersion wurde gezeigt. Weiterhin wurde Silicon mit t-ZnO verstärkt und eine Erhöhung der Zugfestigkeit als Funktion des Partikelgehalts wurde gezeigt. Immersionstests zeigten im Vergleich zu PTU reduzierten Bewuchs, allerdings führten die Reinigungsversuche zu starken Beschädigungen der Oberflächen. Daraus resultierend wurden die fouling-release Eigenschaften von Silikon mit den vorteilhaften mechanischen Eigenschaften von PTU vereint. Die Zunahme der Zugfestigkeit als Funktion des Partikelgehalts wurde aufgezeigt. Charakterisierungen der Oberfläche verdeutlichten in PTU eingebettete Silikondomänen auf den Probenoberflächen. Kontaktwinkelmessungen zeigten, dass die Oberflächeneigenschaften von Silikon in dem Komposit PTU/Silikon vorherrschten. Immersionstests aus der Ostsee und anschließendes Reinigen der Proben zeigte hervorragende easy-to-clean-Eigenschaften für alle PTU/Silikon-Komposite. Zusätzlich zeigten die in Süßwasser eingebrachten Proben Selbstreinigungseigenschaften für mit ZnO gefüllte PTU/Silikon-Komposite.

Quote

Citation style:

Hölken, Iris: Mechanically stable and environmentally friendly polymer/particle composites for the application as low-fouling coating in the marine sector.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export