Selbstheilender Korrosionsschutz auf Sol-Gel-Basis entwickelt

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Fraunhofer-Institut für Silicatforschung

Kombination von Schutzschichten mit aktiven Wirkstoffcontainern ermöglicht Selbstheilung

Dieser Herausforderung hat sich unter der Leitung des Fraunhofer ISC ein Projektteam aus der Grundlagen- und der anwendungsorientierten Forschung gemeinsam angenommen, wie es heißt. Die Forscher entwickelten im Projekt Askorr einen aktiven Korrosionsschutz auf Sol-Gel-Basis in Verbindung mit einer Wirkstoffverkapselung. „Die Kombination von Schutzschichten mit aktiven Wirkstoffcontainern ist ein großer Fortschritt hin zu einem schadenstoleranten, selbstheilenden Korrosionsschutz“, sagt Schottner.

In dem neu entwickelten Verfahren werden laut Mitteilung als Chrom(VI)-Ersatz hybridpolymere Nanokomposite eingesetzt, die am Fraunhofer ISC entwickelt wurden. Durch geschickte Kombination spezifischer Verzinkung, hybrider Nanokompositwerkstoffe und neuer Wirkstoffcontainer seien aktive Schichtverbunde hergestellt worden, die Defekte oder Korrosionsphänomene ortsselektiv ausheilen könnten. Dabei würden Wirkstoffcontainer in der Nanokomposit- und der darunterliegenden Zinkschicht durch mechanische Beschädigung oder durch eine pH-Wert-Änderung aktiviert.

Die im Untergrund des Lacks sitzenden Wirkstoffkomponenten würden innerhalb von Sekunden freigesetzt und bildeten in Folge einer chemischen Reaktion eine feste Substanz. Somit sei eine ortsselektive Ausheilung gewährleistet.

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Toxisch und krebserregend

Chrom(IV)-Verbindungen

Stahloberflächen erhalten durch Verzinken einen sehr guten Korrosionsschutz. Jedoch korrodiert – abhängig von Umwelteinflüssen – auch die Zinkschicht. Aus diesem Grund wird diese Schicht entweder sehr dick ausgelegt oder nochmals mit einer sogenannten Konversionsschicht, gefolgt von einer organischen Schicht, geschützt. Der beste Korrosionsschutz wird durch eine Konversionsbehandlung mit Chrom(IV)-Verbindungen, Chromatieren genannt, erreicht. Bis 2006 wurde der Korrosionsschutz durch das Chromatieren sehr verbreitet eingesetzt, zum Beispiel auch bei Karosserieblechen oder Schrauben. Sechswertige Chrom-Verbindungen sind in der EU-Stoffrichtlinie als toxisch und krebserregend eingestuft. Seit 2007 müssen die Automobilhersteller nach der EU-Altfahrzeugverordnung ihre Produkte komplett Chrom(VI)-frei anbieten. Die Oberflächenbehandlung mit sechswertigem Chrom ist nur noch in Ausnahmefällen zugelassen. Aber auch hier rechnen Experten mit dem vollständigen Verbot dieser Ausnahmen.

Die Entwicklungen des Fraunhofer ISC im Bereich der Schutzschichten bieten Multifunktionalität bei geringem Ressourceneinsatz. Durch die Verwendung von Easy-to-clean-Schichten oder Korrosionsschutz auf Metall und Glas, oder von Barrierefolien für den Schutz von empfindlichen Produkten werden die Langlebig- und Beständigkeit der Produkte erheblich gesteigert. Für die Umwelt entsteht ein Mehrwert durch umweltfreundliche und ressourcenschonende Produktion der Beschichtungen. Ein weiterer Nutzen für Hersteller sowie Endkunden sind der Werterhalt und die Wertsteigerung der Produkte.

Verkapselung setzt Wirkstoffe zum richtigen Zeitpunkt frei

Die Verkapselung ermögliche die mechanische oder chemisch getriggerte Freisetzung der Wirkstoffe bei der Entstehung von Mikrorissen und schütze gleichzeitig die funktionellen Inhaltsstoffe während der Verzinkung beziehungsweise während der Herstellung der hybridpolymeren Schicht. Ebenso ermögliche die Verkapselung die Langzeitspeicherung der funktionellen Komponenten. Eine große Herausforderung für die Wissenschaftler sei es gewesen, die Wirkstoffcontainer mit sehr kleinem Teilchendurchmesser zu erzeugen, um sie in die Nanokomposit- und Zinkschichten einarbeiten zu können.

Das Selbstheilungsvermögen von Beschichtungen ist laut Fraunhofer-Mitteilung allerdings erst im Stadium der anwendungsnahen Grundlagenforschung. In etwa ein bis zwei Jahren, schätzt Dr. Gerhard Schottner, werde die Anwendung marktreif sein. Am Fraunhofer ISC könnten die hybriden Nanokomposite auf die jeweiligen Anforderungen hin maßgeschneidert hergestellt werden.

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