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Kapseln statt Partikel

Neue Konzepte für besseren Korrosionsschutz

In neueren Konzepten wird anstelle von Partikeln mit Kapseln gearbeitet. Deren Hülle besteht aus einem leitfähigen Polymer, das bei Reduktion seine Struktur verändert und porös wird. Somit kann die Kapsel ihre Wirkstoffe (Monomere) freisetzen, die im Defekt das Wachstum einer neuen Polymerschicht anregen.

Komplizierter Prozess

Leider ist dieser Prozess in der Praxis etwas komplizierter: Denn viel häufiger werden Kationen in das Polymergerüst aufgenommen, die nach der Reduktion die überschüssigen negativen Ladungen der Anionen kompensieren. Damit werden keine Anionen mehr freigesetzt und es findet keine Selbstheilung statt. Warum Kationen so schnell das Polymergerüst besetzen, war eine Schlüsselfrage bei der Lösung des Problems. Die Materialforscher fanden heraus, dass sich die Kationenbeweglichkeit unterbinden lässt, wenn die leitfähigen Polymere keine zu großen zusammenhängenden Netzwerke in der Beschichtung ausbilden.

Das Optimum finden: Große Strukturen leitfähiger Polymere (ICP: Intrinsically Conducting Polymer) verhindern verhindern die intelligente Freisetzung von Wirkstoffen – kleine Strukturen verringern das Speichervermögen. © Rubin

Kleinere Netzwerke stellen jedoch eine erneute Herausforderung dar, da sich das Speichervolumen für die Wirkstoffe deutlich verringert. Hier sucht das Team um Dr. Michael Rohwerder nun das Optimum für die ideale Verteilung des aktiven Polymers in der inaktiven Polymermatrix.

Isolierende Schicht schafft Probleme

Zudem kann die oxidierte Form des leitfähigen Polymers auch das Metall oxidieren und damit Korrosion auslösen. Bei optimalem Kontakt wird das Potenzial des Metalls am besten auf das des leitfähigen Polymers polarisiert, dann befindet sich das Metall im so genannten passiven Bereich und ist gegen Korrosion geschützt. Eine Korrosion des Metalls ließe sich zwar durch die Freisetzung der Inhibitoren unterbinden, dann würden die Wirkstoffe jedoch für spätere Korrosionsangriffe, für die sie eigentlich gedacht sind, nicht mehr ausreichend zur Verfügung stehen.

Für den richtigen Abstand des leitfähigen Polymers zur Metalloberfläche sorgen Nanopartikel (weiß) auf dem Polymer – nach dem äußeren Erscheinungsbild Erdbeer-Partikel genannt. © Rubin

Ein weiteres Problem tritt auf, wenn sich zwischen Metall und leitfähigem Polymer eine isolierende Schicht ausbildet. Sie entkoppelt das Polymer elektronisch vom Metall. Das Polymer ist somit nicht mehr elektrochemisch aktiv und kann bei Korrosion nicht reduziert werden.

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Partikel in Partikeln

Weil sich herausstellte, dass der Kontakt zwischen leitfähigem Polymer und Metall nur schwer zu steuern ist, gehen die Forscher nun einen anderen Weg: Sie verpacken die Polymer-Partikel in einer Hülle aus inaktiven, aber elektronisch leitfähigen Nanopartikeln. Darin bleibt das leitfähige Polymer auch ohne direkten Kontakt zum Metall aktiv.

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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

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Wirkstoffe dürfen nur bei Bedarf freigesetzt werden

Kapseln statt Partikel
Neue Konzepte für besseren Korrosionsschutz

Korrosionsschutz durch Selbstheilungsprozesse
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