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Auf der Suche nach intelligenten Beschichtungssystemen

Wirkstoffe dürfen nur bei Bedarf freigesetzt werden

Bereits heute werden in organische Beschichtungen häufig korrosionshemmende Substanzen über Pigmente eingebracht. Doch diese Wirkstoffe, zum Beispiel Zinkphosphate, werden kontinuierlich freigesetzt, auch wenn sie nicht benötigt werden. Feuchtigkeit, die in die Schutzschicht eindringt, laugt diese Substanzen aus.

Krebszellen © Dr. Cecil Fox / National Cancer Institute

Chromat als Krebs erregende Substanz

Damit die Wirkstoffe auch bei ständigem Verlust ausreichend verfügbar sind, müssen die Beschichtungen große Mengen davon enthalten. Die daraus folgende kontinuierliche Freisetzung von Wirkstoffen belastet die Umwelt.

Zudem erwies sich der bisher wirksamste Inhibitor Chromat als Krebs erregende Substanz und wird heute nicht mehr eingesetzt. Auf dem Prüfstand stehen weitere Wirkstoffe. Ziel muss es daher sein, Wirkstoffe möglichst nur dann freizusetzten, wenn sie im Korrosionsprozess gebraucht und somit wieder verbraucht werden können.

Maßgeschneiderte Beschichtungssysteme

Der Materialforschung geht es um Beschichtungssysteme, die nur bei Korrosion Wirkstoffe selbstständig freisetzen. Dabei verfolgt das Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) zwei Strategien: Die intelligente Freisetzung von Wirkstoffen aus organischen Schichten mittels elektrochemisch aktiver, so genannter redoxaktiver Partikel und aus Zinkschichten, die mit pH-sensitiven mesoporösen Partikeln angereichert werden.

Korrosion unter der Beschichtung messen – Potenzialprofile der Raster-Kelvinsonde: Bei Korrosion setzen hier Partikel aus Polyypyrrol den Wirkstoff Molybdat frei. Die Korrosion im Defekt wird gestoppt – das Potenzial steigt wieder an (blauer Pfeil; Potenzial/V gegen Standard-Wasserstoff-Elektrode, SHE). © Rubin

Im Mittelpunkt der ersten Forschungsrichtung stehen redoxaktive Partikel, die sich in der organischen Schicht nahe der Metalloberfläche befinden müssen. Die in ihnen gespeicherten Wirkstoffe werden erst freigesetzt, wenn das Elektrodenpotential der Metalloberfläche sinkt, was nur bei einsetzender Korrosion der Fall ist. Denn das Potenzial von aktiv korrodierendem Metall liegt deutlich niedriger als das von nicht-korrodierendem, passivem Metall.

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Anionische Korrosionsinhibitoren

Die Partikel, die zum Beispiel aus leitfähigen Polymeren, wie Polyanilin oder Polyypyrrol, bestehen können, kompensieren im oxidierten Zustand positive Ladungen im Polymergerüst durch negativ geladene Anionen. Solange das Polymer nicht elektrochemisch reduziert wird, bleiben die Anionen fest im Polymer gebunden. Bei Reduktion verschwinden die positiven Ladungen aus dem Polymergerüst, die Anionen werden frei gesetzt und stoppen die Korrosion. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der MPIE-Arbeitsgruppe setzen zum Beispiel Molybdate oder Phosphate als anionische Korrosionsinhibitoren ein.

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Dr. Barbara Kruse / Rubin – das Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität Bochum
Stand: 27.01.2012

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Wie eine lebende Haut
Neue Korrosionsschutzschichten sollen Defekte selbstständig heilen

Korrosion als Milliardengrab
Forscher wollen Schutz von Werkstoffen optimieren

Auf der Suche nach intelligenten Beschichtungssystemen
Wirkstoffe dürfen nur bei Bedarf freigesetzt werden

Kapseln statt Partikel
Neue Konzepte für besseren Korrosionsschutz

Korrosionsschutz durch Selbstheilungsprozesse
Von der Grundlagenforschung zur praktischen Anwendung

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