Graphen verbessert Rostschutz

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.

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. 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. Inner­halb eines öffent­lich geför­derten Projekts soll daher geprüft werden, inwieweit eine günstige Modi­fizierung der Pigment­zusammen­setzung die genannten Nachteile und Wirk­samkeits­beschränkungen von Zink­primern beseitigen könnte.

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.

Fh.-IPA / JOL