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Neue Wege im Korrosionsschutz

31.07.2017

Forschungsprojekt »ZINCPOWER« gestartet

Stahlkonstruktionen werden durch zinkhaltige Grundierungen vor Korrosion geschützt. Der Auftrag von Zinkgrundierungen ist in verschmutzter Umgebung aber aufwendig; außerdem belasten sie die Umwelt. In dem öffentlich geförderten Projekt »ZINCPOWER« wird gegenwärtig geprüft, ob durch Modifizierung der Pigmentzusammensetzung deren Wirksamkeit soweit gesteigert werden kann, dass ihre Zinkkonzentration vermindert werden könnte. Ein Zusatz von Graphen erscheint hier aussichtsreich.


Mikroskopische Aufnahme der Oberfläche eines »durchkorrodierten « Zinkprimers.

Fraunhofer IPA

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 Primärelement (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.

Aufwendige Zinkprimerapplikation und wasserverschmutzende Zinkoxidationsprodukte 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 zu realisieren oder zumindest kostenintensiv sein. Könnten hochwirksame Zinkprimer auch mit vermindertem Zinkgehalt formuliert werden, 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.

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 eines 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.

»ZINCPOWER« – ein Projekt im Rahmen von CORNET (Collective Research Network) Partner: 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).

Projektbudget (Deutschland): 283 000 EUR, mit 189 000 EUR direkter Förderung
Laufzeit: 1.5.2017 – 30.4.2019
Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (Aif)]

CORNET – Transnationale Industrielle Gemeinschaftsforschung In CORNET haben sich aktuell sechs europäische Länder und Regionen weiterhin auf freier Basis zusammengeschlossen. Hinter CORNET steht die Idee, nationale Fördermittel und Forschungsinitiativen in einem transnationalen Projekt zu bündeln und damit Synergieeffekte über Landesgrenzen hinweg zu schaffen. CORNET gehört zu den Fördervarianten der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF).

Pressekommunikation
Jörg-Dieter Walz | Telefon +49 711 970-1667 | presse@ipa.fraunhofer.de

Fachlicher Ansprechpartner
Dr. rer. nat. Matthias Wanner | Telefon +49 711 970-3852 | matthias.wanner@ipa.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://www.ipa.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/Projektstart_ZINCPOWE...
http://www.cornet-era.net
http://www.aif.de/innovationsfoerderung/industrielle-gemeinschaftsforschung.html
http://de.c6th.com/

Jörg Walz | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

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