Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Eine neue Generation von Zinkprimern mit verbesserten Korrosionsschutz-, Applikations- und ökologischen Eigenschaften

Stahlkonstruktionen müssen vor Korrosion geschützt werden. Dies geschieht vorwiegend durch Aufbringen von Beschichtungen, wofür oft Zinkstaubgrundierungen gewählt werden. Hierin liegen Zinkpigmente in hoher Konzentration vor, die als Opferanoden agieren und deren Korrosionsprodukte die Beschichtungsbarriere weiter erhöhen. Aufgrund der hohen Zinkstaubkonzentrationen haften Zinkprimer meist nur dann ausreichend, wenn die Stahloberfläche optimal und daher kostenintensiv vorbereitet wird. Schwer zugängliche Objekte können daher oft nicht zuverlässig instandgesetzt werden. Könnten hochwirksame Zinkprimer auch mit vermindertem Zinkgehalt generiert werden, könnte aufgrund des höheren organischen Matrixanteils die Haftfestigkeit des Primers auf dem Stahlsubstrat – sowie auch die Kohäsion und die Zwischenschichthaftfestigkeit zu darüber liegenden Schichten – verbessert werden. Außerdem soll für den langfristigen Korrosionsschutz die Leitfähigkeit möglichst lange erhalten bleiben. Daher soll im Projekt geprüft werden, ob durch die folgenden Konzepte die Wirksamkeit der Zinkpigmente soweit gesteigert werden könnte, dass ihre Konzentration vermindert werden könnte: 1. Modifizierung der Partikelform und -größenverteilung der Zinkpigmente zur längeren Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit und Verbesserung der Barriere; 2. Einsatz von Zinklegierungspigmenten zur Herabsetzung der Reaktionsgeschwindigkeit und Toxizität; 3. Zinkpigment-Oberflächenbehandlung zur Herabsetzung der Reaktionsgeschwindigkeit; 4. Zusatz von zinkfreien korrosionsinhibierenden, anorganischen Pigmenten. Die Effizienz dieser Modifizierungen soll in Primermatrices anhand von Standard-Kurzzeitprüfmethoden, Helgoland-Freibewitterung und elektrochemischer Prüfmethoden jeweils im Vergleich zu etablierten Marktprodukten bewertet werden. Ziel des Projekts ist das Aufzeigen von Wegen zu kostengünstigen, umweltfreundlichen und hochwirksamen Alternativen zur Formulierung von zinkhaltigen Korrosionsschutzgrundierungen.

Ergebniszusammenfassung:

1. Es konnte gezeigt werden, dass auf Zinkflakes basierende Primer bei erheblich gegenüber Standardzinkprimerformulierungen reduziertem Zinkgehalt eine eine in vieler Hinsicht vergleichbare Korrosionsschutzwirksamkeit aufweisen können, wenn diese Formulierungen durch Füllstoffe und Additive entsprechend optimiert werden. Damit besteht die Aussicht, mit deutlich weniger Zink eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erzielen, und damit dem Umstand Rechnung zu tragen, dass aufgrund der Einstufung der Zinkoxidationsprodukte als "wassergefährdend" Zink nur noch in vermindertem Umfang in die Umwelt eingetragen werden soll.

2. Es ergab sich der Befund, dass Zinkprimerformulierungen mit vermindertem Zinkgesamtgehalt die sonst bei gewöhnlichen Zinkprimern im Defektfall beobachtete Ausbildung von Haftfestigkeitsschwachpunkten deutlich zurückdrängen können, wenn (i) diesen Formulierungen kohlenstoffbasierte, partikuläre Leitfähigkeitsadditive (z.B. Graphen, CNTs) zugegeben werden, oder wenn (ii) die Zinkpigmente (anteilig) mit einer organischen Oberflächenbehandlung versehen werden. Dieser Effekt kann sehr gut dazu ausgenützt werden, die sonst bei (in der Außenanwendungspraxis oft kaum vermeidbare) nicht-idealer Stahlsubstratoberflächenvorbereitung auftretende Gefahr von Primerenthaftung (und damit dem Verlust der Korrosionsschutzwirksamkeit) zu minimieren. Reparaturarbeiten (auch unter kritischen Umgebungsbedingungen) können damit mit besserer Aussicht auf Nachhaltigkeit ausgeführt werden.

3. Die Korrosionsschutzeigenschaften einer Primerformulierung ändern sich stark, wenn sphärische Pigmente unterschiedlicher Größe in verschiedenen Verhältnissen variiert werden. Zwar konnte aufgrund der Vielzahl der im Projekt auszutestender Varianten keine systematische Untersuchung der Auswirkungen einer solchen Partikelgrößenvariation durchgeführt werden; es liegt aber nahe, dass durch verhältnisoptimierte Kombinationen eine erhebliche Steigerung der Schutzwirkung erreicht werden kann.