Neue Wege im Korrosionsschutz

Dieser Fragestellung gehen Forscher im Forschungsprojekt „Zincpower“ nach.

Zink hat sich als Primer bewährt

Zur Erzeugung von Korrosionsschutz für Stahlkonstruktionen haben sich zinkhaltige Grundierungen bewährt. Zink liegt darin überwiegend in Form von Zinkstaub in hoher Konzentration vor. Die Zinkpigmente agieren als Opferanoden, die das Stahlsubstrat vor Korrosion schützen. Indem die Opferanode mit dem zu schützenden Stahl leitend verbunden wird, entsteht ein Primer. Dabei fungiert der zu schützende Stahl als Kathode und das unedlere Zink als Anode. Entsprechend fließt der Strom in Richtung des zu schützenden Stahls. Statt diesem gibt jetzt die Opferanode ihre Elektronen an den Sauerstoff ab, wird oxidiert und geht in Lösung. Die hierbei entstehenden Zink-Oxidationsprodukte tragen zur Erhöhung der Beschichtungsbarriere bei. Allerdings treten beim Einsatz von Zinkprimern auch verschiedene Nachteile auf.

Haftfestigkeit verbessern

Zinkstaub wird zur Generierung des kathodischen Korrosionsschutzes hoch in der Primermatrix aufkonzentriert. Damit auch unter schwierigen Bedingungen genügend Haftfestigkeit auf dem Stahlsubstrat sichergestellt ist, muss dessen Oberfläche sorgfältig vorbehandelt und bis zur Applikation sauber gehalten werden. Dies kann bei Stahlkonstruktionen, die sich in stark verschmutzter oder maritimer Atmosphäre befinden, kaum realisiert werden oder ist zumindest kostenintensiv. Ließen sich hochwirksame Zinkprimer auch mit vermindertem Zinkgehalt formulieren, könnte aufgrund des höheren Anteils an organischer Matrix die Haftfestigkeit des Primers auf dem Stahlsubstrat – sowie auch die Zwischenschichthaftfestigkeit zu darüber liegenden Schichten – verbessert werden.

Produkte gelten als wassergefährdend

Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Primern mit hoher Zinkkonzentration besteht darin, dass die entstehenden Zink-Oxidationsprodukte als wassergefährdend gelten. Auch vor diesem Hintergrund wären hochwirksame Primer mit vermindertem Zinkgehalt wünschenswert. Da die Korrosionsschutzwirksamkeit des Zinks wesentlich auf dessen elektrischem Kontakt zum Substrat basiert, soll für einen langfristigen Korrosionsschutz die Leitfähigkeit möglichst lange erhalten bleiben, darf aber nicht das vorzeitige Abreagieren des Zinks begünstigen.

Modifizierung der Pigmentzusammensetzung

Innerhalb des öffentlich geförderten Projekts soll daher geprüft werden, inwieweit eine günstige Modifizierung der Pigmentzusammensetzung die genannten Nachteile und Wirksamkeitsbeschränkungen von Zinkprimern beseitigen könnte. Dabei sollen folgende Varianten geprüft und gegebenenfalls kombiniert werden:

• Modifizierung der Partikelgrößenverteilung und Partikelform der Zinkpigmente
• Einsatz von Zinklegierungspigmenten
• Zinkpigment-Oberflächenbehandlungen
• Zusatz von zinkfreien korrosionsinhibierenden Pigmenten

Zusatz von Graphen als Inertpigment

Aussichtsreiche Produkte für die Sicherstellung eines guten Korrosionsschutzes auch bei verminderter Zinkpigmentkonzentration könnten insbesondere Graphene sein, die bereits bei niedriger Pigmentierung sowohl eine verbesserte Haftfestigkeit als auch den Erhalt der Leitfähigkeit – und damit die vom Zink ausgehende Korrosionsschutzwirkung – selbst in späteren Bewitterungsphasen gewährleisten. Weiterhin können Graphen-Zusätze die Verschleißbeständigkeit von Beschichtungen erhöhen. Ein solches aussichtsreiches Graphen- Pigment wie auch das Know-how hinsichtlich dessen Einarbeitung in die Grundierungsformulierung wird im Projekt durch die Firma The Sixth Element (Changzhou) Materials Technology Co., Ltd. (Jiangsu, China) beigesteuert.

Über „Zincpower“

„Zincpower“ ist ein Projekt im Rahmen von CORNET (Collective Research Network). Die Untersuchungen werden von den Forschungsinstituten IBDiM und IMPiB (Warschau und Gliwice) sowie vom Fraunhofer IPA (Stuttgart) durchgeführt. Die Industriebeteiligung erfolgt auf deutscher Seite durch die Firmen Paul Jaeger GmbH & CO KG (Möglingen), Conmet GmbH (Aachen), Peter Kwasny GmbH (Gundelsheim), Lankwitzer Lackfabrik GmbH (Berlin), Geholit + Wiemer Lack- und Kunststoffchemie GmbH (Graben-Neudorf), Mipa SE (Essenbach), Chemische Industrie Erlangen GmbH (Erlangen) und The Sixth Element (Changzhou) Materials Technology Co., Ltd. (Jiangsu, China).

Buchtipp:

Das Buch „Korrosionsschutz“ bietet ein aktuelles Bild der Qualität und Chemie der Substratoberfläche, der fachgerechten Konversionsbehandlung, der Funktion von Harzen und antikorrosiven Pigmenten in Lacken sowie der neuesten Konzepte für den Korrosionsschutz. Zur kostenlosen Leseprobe.