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09.12.2019

Nasslackieren

Nasslackieren: 09.09.2011

Mit dünnen Schichten vor Korrosion schützen

Der Wunsch nach höherer Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit sowie gesetzliche Bestimmungen, vor allem im Bereich der Umweltverträglichkeit treiben die Entwicklungen im Bereich Korrosionsschutz voran. Seit einigen Jahren reihen sich Sol-Gel-Beschichtungen in die Korrosionsschutzsysteme mit ein.

Die chemische Bindung zur Substratoberfläche verhindert bei Sol-Gel-Beschichtungen die Unterwanderung. Quelle: InterLotus

Die chemische Bindung zur Substratoberfläche verhindert bei Sol-Gel-Beschichtungen die Unterwanderung. Quelle: InterLotus

Die Möglichkeiten zum Schutz vor Korrosion durch Beschichtungssysteme sind vielfältig und werden ständig erweitert. Neue Entwicklungen im Bereich der Vorbehandlung wie Konversionsschichten, im Bereich der Decklacke u.ä. bringen verbesserte Schutzwirkungen und eine längere Lebensdauer der Schutzsysteme. Eine Richtung innerhalb dieser Entwicklungen sind Sol-Gel-Beschichtungen, deren Anwendungsmöglichkeiten von Konversionsschichten, z.B. als Ersatz für chrom(VI)-haltige Schichten oder Phosphatierungen, über Decklacke bis zu Einschichtsystemen reichen. Dass diese Beschichtungen auch als Nanosysteme oder Nanolacke bekannt sind, liegt daran, dass im sogenannten Sol, das beim Anwender das Ausgangsmaterial aller Sol-Gel-Anwendungen bildet, Teilchen im Nanometermaßstab vorliegen – in der Regel zwischen 1 und 100 nm. Die Trockenschichtdicke selbst liegt meist deutlich oberhalb des Nanometerbereichs, bei Klarlacken etwa bei 1 - 10 µm, bei pigmentierten Systemen teilweise etwas höher. Beim Sol handelt es sich um eine Dispersion fester Partikel, häufig Alkoxide von Silizium, Titan, Aluminium oder Zirkon.Im Wesentlichen besteht der weitere Prozess aus den folgenden Schritten. Nach der Applikation entsteht aus dem Sol durch dreidimensionale Vernetzung der Nanopartikel in einem organischen Lösemittel oder in Wasser ein Gel mit Festkörpereigenschaften. Verdampft die Flüssigkeit weiter, entsteht aus dem Gel ein oxidkeramischer Werkstoff, in diesem Fall eine Beschichtung.

Vollständig vernetzen

Viele Systeme benötigen eine gewisse Wärmeeinwirkung (ca. 100 bis 200 °C) um vollständig zu vernetzen und auszuhärten. Andernfalls ist die Beschichtung nicht vollständig belastbar und kann die gewünschten schützenden Eigenschaften nicht erreichen. Die Aushärtung bei Raumtemperatur ist häufig sehr zeitintensiv und deshalb in vielen Fällen industriell nicht einsetzbar. Während der Vernetzung reagiert das Medium zusätzlich mit der Substratoberfläche und bildet eine chemische kovalente Bindung aus. So kann eine besonders haftfeste und unterwanderungsresistente Schicht entstehen. Andere Lacke haften rein physikalisch, wodurch eine Unterwanderung durch Wasser  in größerem Umfang möglich ist. Für die Stabilität und Haftfestigkeit der Sol-Gel-Schichten ist eine gute Reinigung des Substrat vor der Lackierung unerlässlich, da sie besonders anfällig gegenüber partikulären Verschmutzungen oder chemischen Unterschieden auf der Oberfläche sind. Andernfalls können eine ungenügende Benetzung und lokale Defekte die Folge sein. Das bietet Angriffspunkte für Korrosion. Entstehende Korrosionsprodukte können die Schicht weiter schädigen. Um die Haftung zu verbessern, kann das Erzeugen einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche sinnvoll sein, da durch die Reaktion mit den enthaltenen Sauerstoffatomen eine besonders gute Haftung entsteht. Bei rein anorganischen Systemen können Härte und Sprödigkeit der Schichten dazu führen, dass die Schichten sehr unelastisch sind und durch die Schrumpfung während des Aushärtens ab einer bestimmten Schichtdicke reißen. Das kann wiederum zu Korrosionsangriffen führen. Deshalb kommen organische Modifizierungen zum Einsatz, die die Schicht elastischer machen. Um den Korrosionsschutz zu erhöhen, sind weitere Modifizierungen möglich, durch die z.B. wasserabweisende Oberflächen oder Oberflächen, an denen weniger Schmutz haften kann, entstehen. Das hält korrosionsfördernde Substanzen von der Oberfläche fern. Trotz der geringen Schichtdicken erreichen einige Sol-Gel-Systeme sehr gute Korrosionsschutzeigenschaften, teilweise sind auf Stahl über 3000 h  Salzsprühnebeltest (DIN 50021-SS) mit Ritz ohne Veränderungen wie Blasenbildung oder Korrosionserscheinungen möglich. Den Schutz vor Filiformkorrosion auf Aluminium geben einige Hersteller mit über 1000 h (DIN EN ISO 4623-2) an.

Lösemittelgehalt beachten

In Bezug auf die Umweltverträglichkeit ist zu beachten, dass viele Systeme auf Lösemitteln basieren. Deshalb sind beim Anwender analog zu anderen lösemittelhaltigen Lacken entsprechende Absauganlagen notwendig. Günstig ist dabei trotz allem der geringe Verbrauch, der bei einigen Produkten lediglich 15 g/m² beträgt. Als Alternative bieten einige Hersteller wasserbasierte Lacke an. Die Applikation der ein- oder zweikomponentigen Sol-Gel-Systeme kann durch die üblichen Verfahren erfolgen, z.B. Spritzen, Tauchen oder Fluten. 

Entwicklungspotenzial

Neue Entwicklungen gehen in Richtung Wasserlacke und Mehrkomponentensysteme. Im Bereich des Korrosionsschutzes  bieten die Abstimmung des Substrats mit einer passenden Vorbehandlung oder weitere Funktionalisierungen und Modifizierungen Möglichkeiten, die Schutzwirkung zu erhöhen.
InterLotus Nanotechnologie GmbH, Datteln, Nils Karau, Tel. +49 2363 365005, info@interlotus.de, www.interlotus.de

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