Projekt 13584/01

Korrosionsschutz mit organischen Metallen

Projektdurchführung

Ormecon GmbH
Ferdinand-Harten-Str. 7
22949 Ammersbek

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Phänomenen Korrosion ist verantwortlich für erhebliche Umweltbelastungen. Diese entstehen bei der Anwendung verschiedener Korrosionsschutztechniken. Hier seien beispielhaft die Verzinkung und das Chromatieren mit ihren resultierenden Schwermetallbelastungen benannt. Auch die Beschränkung der Lebensdauer und die Notwendigkeit von Ersatzbeschaffungen verursacht erhebliche Umweltbelastungen durch den Erzabbau, die Verhüttung und weitere Schritte der Produktherstellung. Es werden Kosten in der Größenordnung von 4% des jährlichen Bruttosozialproduktes in Folge Korrosion abgeschätzt. Hier bietet die Einführung effizienterer Korrosionsschutzsysteme erhebliche Kosten- und Umweltentlastungspotentiale. Die Ormecon Chemie zielt auf den Einsatz des organischen Metalls Polyanilin, das in dispergierter Form in Anstrichsystemen enthalten ist. Damit kann die wirksame Dauer des Korrosionsschutzes erheblich, in vielen Fällen um den Faktor 5 - 10 oder darüber hinaus, verlängert werden. Basierend auf langjähriger Grundlagenforschung und ersten anwendungsreifen Beschichtungssystemen sollen weitere spezielle Grundierungen und Decklacke zur Erweiterung des Anwendungsspektrums dieser neuen Technologie entwickelt werden. Bisherige polyanilinhaltige Korrosionsschutz-Anstrichsysteme auf Lösemittelbasis sollen durch wasserbasierte Systeme ergänzt werden, um unter entsprechenden Umweltaspekten geäußerten Kundenwünschen nachzukommen. Die Zusammensetzung der korrosionsanfälligen Metalle bzw. die Struktur der Produkte, die geforderten Applikationsbedingungen, die unterschiedlichsten Einsatzbedingungen und die Natur der korrosiven Agenzien machten es dringend erforderlich, zusätzliche Grundierungen und komplette Beschichtungssysteme zu entwickeln, um die Einsatzbereiche dieses neuartigen effektiven Korrosionsschutzsystems ausweiten zu können. Dabei zielt man zunächst auf die folgenden fünf Anwendungsbereiche:
- Die Entwicklung einer Grundierung und eines Decklacks auf Wasserbasis als lösemittelarmes Korrosionsschutz-Anstrichsystem mit hoher Schutzwirkung.
- Die Entwicklung von einbrennfähigen Polyanilin-Lacksystemen, um Massen- und Schüttgüter auf umweltfreundlichere Korrosionsschutzbeschichtungen umstellen zu können.
- Den Einsatz polyanilinhaltiger Grundierungen im Coil-Coating Verfahren für die Stahlblechbeschichtung von Rolle zu Rolle.
- Die Entwicklung von Beschichtungssystemen für Leichtmetalllegierungen in Automobilanwendungen.
- Den Einsatz von Waschprimern und Korrosionsschutzbeschichtungen im Schiffsbau, zunächst auf Schwimmkörpern und in Ballastwassertanks.
Zur Beurteilung der Korrosionsschutzwirkung waren Schnelltests und Analytikmethoden weiter zu entwickeln.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie fünf vorgenannten Teilprojekte wurden parallel bearbeitet. In jedem Teilprojekt wurde ein Screening durchgeführt. Aufbauend auf die Auswahl der Basisharze und die Entwicklung der Grobrezepte erfolgte eine detaillierte Feinformulierung von zumindest zwei Alternativen. Beurteilungskriterien waren die von der Firma Ormecon entwickelten elektrochemischen Methoden zur quantitativen Erfassung der Korrosionsvorgänge mittels Rasterkelvinsonde (RKS) und elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) und darüber hinaus die bei Korrosionsschutzanwendern etablierten VDA-Klimawechsel- und ASTM-prohesion-Tests. Zur Untersuchung der praktischen Anwendbarkeit und zum Nachweis der Korrosionsschutzeigenschaften wurden über 70 Referenzobjekte bearbeitet. Darüber hinaus wurde eine Primerentwicklung für Lackhersteller durchgeführt. Die Technologie des Korrosionsschutzes mit organischem Metall erlaubt es, in Gegenwart von Wasser und Luftsauerstoff und unter ihrer Mitwirkung auf Stahl eine Passivschicht aus Fe2O3 aufzubauen. Dabei waren Formulierungen zu entwickeln, die eine Trocknung des Primers erlauben, ohne dass bereits das Verrosten einsetzt. Die Reaktion des Organometalls mit der Eisenoberfläche muss so gesteuert werden, dass sie erst dann einsetzt, wenn der Lack trocken ist und dann gezielt zur Bildung von Fe2O3 führt. Hierbei sind Unverträglichkeiten von Bindemitteln und Polyanilinvordispersionen zu berücksichtigen. Zur Lösung dieser anspruchsvollen Aufgabe waren zahlreiche etablierte Bindemittel und auch Neuentwicklungen zu testen. Mit den ausgewählten Rezepturen waren praxistaugliche Korrosionsschutzprimer zu entwickeln und zu optimieren. Die Untersuchungen wurden durch den Einsatz in Demonstrationsobjekten ergänzt. Von den über 70 während der Projektlaufzeit bearbeiteten Referenzprojekten wurden bereits 43 in der Praxis realisiert.


Ergebnisse und Diskussion

Die Einsetzbarkeit polyanilinhaltiger Korrosionsschutzssysteme konnte erheblich ausgeweitet werden. Im Verlaufe des Projektes sind als Primer mehrere neue Grundierungen und Kombinationen von Primern und Decklack als komplette Beschichtungssysteme entwickelt, getestet und in der Praxis untersucht worden. Dies bezieht sich auf alle fünf vorgenannten Bereiche.Mit einem neu auf dem Markt erschienenen wässrigen Korrosionsschutzbindemittel konnte ein Korrosionsschutzprimer erstellt werden, der in der Kombination mit einem wässrigen Decklack die bisherigen Ergebnisse weit übertraf. Erste Bemusterungen sind erfolgt. Erste externe Prüfergebnisse werden in Kürze erwartet. Nach bisherigen Ergebnissen ist ein wirkungsvoller Einsatz von Polyanilin auch in wasserbasierten Anstrichsystemen möglich. In Zusammenarbeit mit verschiedenen Lackherstellern und insbesondere mit der Firma Kluthe wurden positive Ergebnisse erzielt. Von Firma Kluthe wird ein neues Produkt unter dem Handelsnamen Hakudur OM in Europa vertrieben. Mit Ziel einer möglichst breiten Anwendung im Korrosionsschutz werden von Ormecon nicht nur komplette Anstrichsysteme entwickelt, sondern auch Polyanilin-Vordispersionen verschiedenen Lackherstellern für externe Grundierungsentwicklungen zur Verfügung ge-stellt und entsprechendes Know-how geliefert.
Die Entwicklung von Einbrennlacken für die Tauchbadbeschichtung von Schüttgütern, z.B. Schrauben, zeigte positive Teilergebnisse, die hinsichtlich der Beschichtungsdicke, der optimalen Wirkkonzentration des organischen Metalls, aber auch im optischen Erscheinungsbild und der Verarbeitbarkeit in Serie noch zu optimieren sind. Inzwischen befinden sich 16 Einbrennprimervarianten in jeweils drei Trockenschichtstärken in verschiedenen Korrosionsuntersuchungen. Nach ersten Ergebnissen sind mindestens vergleichbare Korrosionsschutzergebnisse wie bei marktgängigen Produkten zu erwarten. Auch bei Coil-Coating wurde eine verbesserte Korrosionsschutzleistung durch den Zuschlag von Polyanilin beobachtet. Zur Optimierung des der für das Korrosionsschutzverhalten wesentlichen Hafteigenschaften sind speziell auf das Polyanilin abgestimmte Bindemittelsysteme zu entwickeln. Hierzu wurde eine Zusammenarbeit mit Coil-Verarbeitern und Lackherstellern vereinbart. Für Automobilanwendungen wurden auch Korrosionsschutzsysteme für Leichtmetalllegierungen entwickelt und mit positiven Ergebnissen getestet. Mit Verweis auf die Vielzahl eingesetzter Legierungen ist eine Feinabstimmung des Primers auf jede einzelne Legierung notwendig. In ersten Einsatztests konnten gute Ergebnisse erzielt werden. Auch im Bereich von Schiffsanstrichen wurden gute Laborergebnisse erzielt. Testflächen auf verschiedenen Schiffen wurden angelegt. Hier liegen jedoch noch keine Ergebnisse vor.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Es erfolgten 8 wissenschaftliche Veröffentlichungen und Vorträge auf 13 Kongressen und Fachtagungen. Hinzu kommen fast 100 weitere Veröffentlichungen in Zeitschriften sowie 11.000 - 15.000 Zugriffe auf den Internet-Server pro Monat.


Fazit

Das Projekt wurde erfolgreich durchgeführt. Teilweise wurden die hochgesteckten Erwartungen noch ü-bertroffen. Die Akzeptanz im Markt für das neue Korrosionsschutzsystem steigt jedoch nur langsam. Selbst positive Laborergebnisse, Praxistests und großtechnische Demonstrationsobjekte bewirken ein zögerliches Umdenken industrieller Kunden und deren Einsatzentscheidung für die neue Korrosionsschutztechnologie. Positiv und als bedeutsam einzuschätzen ist die wachsende Akzeptanz bei Lackherstellern und Instituten.