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Die
Erfindung betrifft eine Lackzusammensetzung zum Korrosionsschutz
von metallischen Substraten und seine Herstellung sowie ein Verfahren
zur Herstellung korrosionsbeständiger Substrate.
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Korrosion
an einem metallischen Werkstoff führt zu einer Veränderung
der Eigenschaften des Metalls, was eine Qualitätsminderung
zur Folge hat und so erhebliche Funktionsbeeinträchtigungen
des Werkstoffs oder des technischen Systems, von dem dieser einen
Teil bildet, nach sich zieht. Korrosionserscheinungen können
sich als Risse, Löcher, Mulden oder flächige Wanddickenminderungen
am Werkstoff äußern. Korrosion entsteht durch
elektrochemische oder chemische Wechselwirkung zwischen dem metallischen
Werkstoff und seiner Umgebung und kann beispielsweise durch Schwitzwasserbildung,
hohe Luftfeuchtigkeit, Seewasser, aber auch durch Schmutz- und Gasbestandteile
in der Luft, wie SO2, Salze und hygroskopischer
Staub oder durch Rückstände von Chloriden, Sulfiden,
Sulfaten oder Säuren ausgelöst werden.
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Zum
Korrosionsschutz von metallischen Werkstoffen werden in der Regel
Lacke oder galvanisch aufgebrachte Schichten verwendet. Diese Schichten
können allerdings bei mechanischer Beanspruchung Risse bilden
und so einen Korrosionsangriff auf das darunter liegende Material
ermöglichen. Aus der Literatur sind sogenannte „selbstheilende"
Systeme bekannt, durch die die Schutzwirkung von Beschichtungen
verbessert werden kann.
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Beispielsweise
offenbart die
US 2006/0042504 eine
selbstheilende Beschichtung zur Unterdrückung von Staub
aus einem Unterlack. In das Beschichtungsmaterial sind Mikrokapseln
eingelagert, die bei mechanischer Beanspruchung Reparaturstoffe
freisetzen, die die Schadstelle auffüllen.
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In
DE 199 24 687 und
DE 10 2004 010 212 wird
ein Schichtsystem zum Schutz von Leichtmetallen beschrieben, bei
welchem flüssige bzw. feste Reparaturstoffe mikroverkapselt
in eine Metallmatrix eingebettet sind, die galvanisch oder außenstromlos
auf der Metalloberfläche abgeschieden wird. Bei Beschädigung
der Schutzschicht werden auch die Mikrokapseln beschädigt
und die Reparaturstoffe an der Schadstelle freigesetzt. Als Reparaturstoffe
werden in
DE 199 24 687 flüssige
Lacke auf Alkyl- oder Epoxidharzbasis und in
DE 10 2004 010 212 Feststoffe
wie Polyurethan oder Ca(OH)
2 offenbart.
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Diese
Verfahren zum Korrosionsschutz beruhen im Wesentlichen darauf, dass
der durch eine mechanische Belastung entstandene Defekt in der Beschichtung
verschlossen und so der Werkstoff von dem angreifenden Medium getrennt
wird. Die schützende Wirkung kann jedoch noch erheblich
gesteigert werden, indem der Beschichtung Korrosionsinhibitoren
zugesetzt werden. Besonders wirksame Inhibitoren sind Chromate wie Zinkchromat,
Bariumchromat und Strontiumchromat. Diese Verbindungen sind jedoch
hochtoxisch und daher möglichst durch alternative Inhibitoren
zu ersetzen. Ionische Inhibitoren wie Cer-Salze, Vanadate und Molybdate,
Polyphosphate sowie organische Inhibitoren bieten effektive Alternativen
zu den Chromaten, können jedoch die Aushärtung
und/oder mechanische Beständigkeit von Beschichtungssystemen
erheblich beeinträchtigen sowie teilweise die Überlackierbarkeit
und intrinsischen Eigenschaften dieser Schichten verschlechtern.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lackzusammensetzung
bereit zu stellen, wodurch die Korrosionsbeständigkeit
eines metallischen Substrats verbessert wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lackzusammensetzung
bereit zu stellen, die eine kontinuierliche Freisetzung von korrosionsinhibierenden
Wirkstoffen erlaubt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lackzusammensetzung
bereit zu stellen, die eine unmittelbare Freisetzung von korrosionsinhibierenden
Wirkstoffen infolge einer externen Einwirkung erlaubt.
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Des
Weiteren ist es wünschenswert eine bessere Kompatibilität
der korrosionsinhibierenden Wirkstoffe in der Lackzusammensetzung
zu erreichen.
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Eine
erfindungsgemäße Lösung besteht in einer
korrosionshemmenden Lackzusammensetzung, die ein Matrixmaterial
umfasst, das eingelagerte Mikrokapseln mit einem korrosionsinhibierenden
Wirkstoff enthält, wie in den Ansprüchen definiert.
Die Erfindung verbessert die Kompatibilität der korrosionsinhibierenden Wirkstoffe
mit der Beschichtungsmatrix, ermöglicht so einen hohen
Füllgrad an Inhibitoren in der Lackzusammensetzung und
damit einen effektiveren Korrosionsschutz. Zudem kann der Inhalt
der Mikrokapseln wasserverdrängende Eigenschaften aufweisen,
wodurch eine zusätzliche, korrosionsschützende
Wirkung bereitgestellt wird.
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Des
Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer korrosionshemmenden
Lackbeschichtung bereitgestellt, in dem kommerziell erhältliche
Matrixmaterialien eingesetzt werden können, was den Herstellungsaufwand
reduziert und so die Produktionskosten senkt.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Mikrokapselsynthese.
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2 zeigt
eine REM-Aufnahme einer getrockneten Mikrokapselsuspension.
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3 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt aus der REM-Aufnahme
der 2.
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4 zeigt
einen Schichtaufbau bestehend aus Substrat, Anodisierungs- bzw.
Umwandlungsschicht, Primer- und Deckschicht.
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5 zeigt
eine REM-Aufnahme einer Schichtaufbaus gemäß 4.
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6 zeigt
einen Schichtaufbau bestehend aus Substrat, Sol/Gel-Schicht, Primer-
und Deckschicht.
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7 zeigt
eine REM-Aufnahme einer Schichtaufbaus gemäß 6.
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8 zeigt
einen Schichtaufbau bestehend aus Substrat, Sol/Gel-Schicht und
Deckschicht.
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Der
Begriff „Lackzusammensetzung" umfasst im Sinne der vorliegenden
Erfindung einen flüssigen Beschichtungsstoff, der dünn
auf Gegenstände aufgetragen wird und durch chemische oder
physikalische Vorgänge (zum Beispiel Verdampfen des Lösemittels)
zu einem durchgehenden Film aufgebaut wird.
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Der
Begriff „Korrosion" umschreibt jede Veränderung
des Metalls, die zu einer Oxidation in das entsprechende Metallkation
führt, wobei in der Regel Metalloxide, -carbonate, -sulfite,
-sulfate oder auch -sulfide gebildet werden, die gegebenenfalls
hydratisiert sein können.
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Unter „metallischem
Substrat" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Substrat
zu verstehen, das durchgehend aus Metall besteht oder zumindest
auf seiner Oberfläche eine metallische Schicht aufweist.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen die Begriffe „Metall"
und „metallisch" nicht nur reine Metalle, sondern auch
Mischungen von Metallen und Metalllegierungen, wobei es sich bei
diesen Metallen bzw. Metalllegierungen vorzugsweise um korrosionsanfällige
handelt.
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Die
erfindungsgemäße Lackzusammensetzung kann auf
metallische Substrate angewendet werden, die z. B. ein Metall aus
der Gruppe Eisen, Aluminium, Magnesium, Zink, Silber und Kupfer
umfassen, obwohl der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung
nicht auf diese Metalle beschränkt ist. Metalllegierungen, die
von der vorliegenden Erfindung besonders profitieren können,
sind z. B. Stahl und Messing sowie aluminiumhaltige Legierungen.
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Erfindungsgemäß umfasst
die korrosionshemmende Lackzusammensetzung ein Matrixmaterial, das eingelagerte
Mikrokapseln mit einem korrosionsinhibierenden Wirkstoff enthält.
Die Herstellung der korrosionshemmenden Lackzusammensetzung umfasst
das Bereitstellen einer Lösung umfassend ein Matrixmaterial,
das Bereitstellen einer Mikrokapsel-Suspension, wobei die Mikrokapseln
einen korrosionsinhibierenden Wirkstoff enthalten, und das Einbringen
und gleichmäßige Dispergieren der Mikrokapsel-Suspension
in die Lösung, die das Matrixmaterial umfasst.
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Matrixmaterial
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Das
Matrixmaterial kann ein organisches Lackmaterial (z. B. Primer)
oder ein Sol/Gel-Material umfassen. Grundsätzlich können
zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lackzusammensetzung
alle üblichen Primer-Materialien eingesetzt werden. Beispielsweise
kann ein epoxy-, polyurethan- oder acrylbasierender Primer verwendet
werden.
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Sol/Gel-Materialien
sind siliziumbasiert und werden üblicherweise mittels Hydrolyse
von tetrafunktionaler Alkoxysilanmonomeren unter Verwendung von
einer Säure (z. B. HCl) oder einer Base (z. B. NH
3) als Katalysator synthetisiert. Ein typischer
Sol/Gel-Prozess wird durch die folgenden drei verallgemeinerten
Reaktionsschemen beschrieben: (1)
Hydrolyse
wobei R üblicherweise für eine
Alkylgruppe (C
nH
2n+1)
oder dergleichen steht.
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Während
der Hydrolysereaktion werden die Alkoxygruppen(-OR) durch Hydroxylgruppen(-OH)
ersetzt. Daran schließt sich die Kondensationsreaktion
an, in der die Silanole zu Siloxanen (Si-O-Si) kondensieren und
als Nebenprodukt Alkohol (ROH) oder Wasser (H2O)
entsteht.
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Die
Eigenschaften der siliziumbasierten Beschichtung (z. B. die Härte)
kann durch Zugabe von Nicht-Silikaten gesteigert werden, die im
Vergleich zu Silizium eine höhere chemische Reaktivität
aufweisen, die auf niedrigere Elektronegativität des Metalls
zurückzuführen ist. Beispiele hierfür
sind metallorganische Verbindungen wie Tetraisopropoxytitan, Triisopropoxyaluminium,
Tri-sec-butoxyaluminium, Tetrabutoxyzirkonium und Tetrapropoxyzirconium.
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Zusätzlich
können, im Falle von unlöslichen Inhibitoren,
der Sol/Gel-Matrix kleine Partikel, wie z. B. Nanopartikel, zugesetzt
werden. Die geringe Größe der Partikel erhöht
die gleichmäßige Verteilung in der Matrix und
ermöglicht so Schichtdefekte zu heilen. Um die Kompatibilität
zur Sol/Gel-Matrix zu erhöhen, können die Partikel
gegebenenfalls funktionalisiert sein. Die Funktionalisierung kann
beispielsweise durch chemomechanische Verfahren während
des Malens der Partikel erfolgen. Eine zur Funktionalisierung von
Partikeln geeignete Verbindung ist z. B. 3, 6, 9-Trioxadecansäure,
die zur Funktionalisierung z. B. von Strontiumaluminiumtripolyphosphat
verwendet wird.
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Der
Vernetzungsgrad beeinflusst ebenfalls die Härte sowie die
mechanische Stabilität der Beschichtung. Die mechanische
Stabilität des Netzwerkes kann gegebenenfalls über
organofunktionelle Silane weiter eingestellt werden, die in der
Lage sind ein organisches Netzwerk zusätzlich zum anorganischen
Netzwerk auszubilden. Nicht vernetzende funktionelle Gruppen wie
z. B. Alkyl- oder Phenylgruppen können in derartigen Netzwerken
als organische Platzhalter dienen, die die Flexibilität
des Systems erhöhen.
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Korrosionshemmende
Beschichtungen müssen im allgemeinen eine ausgezeichnete
Haftung zum Substrat aufweisen. So kann z. B. durch Ausbildung von
Bindungen zwischen dem Sol/Gel-Netzwerk und den funktionellen Gruppen
der darunterliegenden Grundschicht die Haftung am Substrat erhöht
werden. Diese Bindungen können beispielsweise über
Kondensationsreaktionen zwischen den Hydroxyl- oder organofunktionellen
Gruppen erzeugt werden.
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Mikrokapseln
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Mikrokapseln
sind sphärische Aggregate, die mindestens einen festen
oder flüssigen Kern enthalten, der von mindestens einer
kontinuierlichen Hülle umschlossen ist. Genauer gesagt
handelt es sich um mit filmbildenden Polymeren umhüllte
feindisperse flüssige oder feste Phasen, bei deren Herstellung
sich die Polymere nach Emulgierung und Koazervation oder Grenzflächenpolymerisation
auf dem einzuhüllenden Material niederschlagen. Als Hüllmaterialien
können natürliche, halbsynthetische oder synthetische
Materialien verwendet werden. Natürliche Hüllmaterialien
sind beispielsweise Gummi Arabicum, Agar-Agar, Agarose, Maltodextrine, Fette
und Fettsäuren, Cetylalkohol, Collagen, Chitosan, Lecithine,
Gelatine, Albumin, Schellack, Polysaccharide, Polypeptide, Sucrose
oder Wachse. Beispiele für halbsynthetische Hüllmaterialien
sind chemisch modifizierte Cellulosen, z. B. Celluloseacetat, Ethylcellulose,
Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose und Carboxymethylcellulose
oder Stärkederivate. Als synthetische Hüllmaterialien
können beispielsweise Polymere wie Polyacrylate, Polyamide,
Polyurethane oder Polyharnstoffe verwendet werden. Gemäß einer
Ausführungsform besteht die Hülle der Mikrokapseln
aus Polymeren. Vorzugsweise besteht die Hülle der Mikrokapsel
aus Polyharnstoff.
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Zu
Beginn der Mikroverkapselung wird der korrosionsinhibierende Wirkstoff üblicherweise
zusammen mit einem Kernmaterial, der sogenannte disperse Phase,
in einer kontinuierlichen Phase, auch Dispergiervorlage genannt,
dispergiert und die wandbildenden Komponenten in einer oder beiden
Phasen gelöst. In einer Ausführungsform umfasst
das Kernmaterial eine hydrophobe Phase und die Dispergiervorlage
eine wässrige oder polare Phase. Beispielsweise kann als
Dispergiervorlage Wasser verwendet werden. Abhängig von
der Art des eingeschlossenen, korrosionsinhibierenden Wirkstoffs,
kann das Kernmaterial jedoch auch eine wässrige oder polare
Phase umfassen und die Dispergiervorlage eine hydrophobe Phase.
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Als
hydrophobe Phase eignen sich organische Lösungsmittel wie
z. B. Hexan, Octan, Decan, Isooctan, Toluol, Chloroform, Hexachlorbutadien,
1,2-Dichlorbenzol, Cyclohexan, Paraffin und Diisopropylnaphthalin.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird Diisopropylnaphthalin
verwendet. Diisopropylnaphthalin hat einen sehr hohen Siedepunkt,
was sich positiv auf die Kapselstabilität und damit auf
die Langzeitstabilität der Lackzusammensetzung auswirkt,
ist umweltverträglich und besitzt wasserabweisende Eigenschaften.
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Zusätzlich
kann die Dispergiervorlage ein Dispersionsmittel umfassen. Beispiele
hierfür sind nichtionischer Polyvinylalkohol, Polyacrylamid,
Gummi arabicum, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose oder Polyvinylpyrrolidin.
Vorzugsweise wird ein nichtionischer Polyvinylalkohol verwendet.
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Die
Partikelgrößenverteilung des dispergierten Kernmaterials
kann z. B. über die mittels Rührer eingebrachten
Scherkräfte eingestellt werden. Beispielsweise kann ein
Ultraturraxrührer verwendet werden. In einer Ausführungsform
wird eine Rührgeschwindigkeit im Bereich von 10000 bis
25000 U/min verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt die Rührgeschwindigkeit 15000 U/min.
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Die
Wandbildung kann über Änderung des pH-Werts, der
Temperatur oder durch Zugabe von Fällungsmitteln, Antisolvenzien
oder Polymerisationsstartern initiiert werden.
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In
einer Ausführungsform erfolgt die Synthese der Mikrokapseln
durch Grenzflächenpolymerisation. Hierbei sind die wandbildenden
Reaktionspartner in beiden Phasen enthalten und die Polyreaktion
läuft zwischen disperser und kontinuierlicher Phase ab. 1 zeigt
eine schematische Darstellung der Synthese von Polyharnstoff-Mikrokapsel
mittels Grenzflächenpolymerisation.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform der Grenzflächenpolymerisation
wird als wasserlöslicher, wandbildender Reaktionspartner
ein aliphatisches Amin oder ein Polyol und in der hydrophoben Phase
als wandbildender Reaktionspartner ein Isocyanat eingesetzt. Zudem
kann ein Vernetzungsmittel wie z. B. Pentaerythriol oder Trimethylpropan
zugegeben werden. Des weiteren kann ein Katalysator wie z. B. Diazabicyclo[2.2.2]octan
oder N,N-Dimethylacetylamin zugesetzt werden.
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Spezielle
Beispiele für aliphatische Amine sind Ethylendiamin, Triethylamin,
N,N,N,N-tetramethyl-1,3-butandiamin, Triethylendiamin und Triethylentriamin.
Triethylentriamin kann vorzugsweise zur Herstellung von dichten
Kapseln mit einem hohen Vernetzungsgrad verwendet werden. Spezielle
Beispiele für Polyole sind Ethylenglycol und 1,4-Hexandiol.
Beispiele für geeignete Isocyanate sind Toluoldiisocyanat,
Methylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat
und Diphenylmethandiisocyanat. Vorzugsweise wird Diphenylmethandiisocyanat
verwendet.
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Die
in dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
verwendbaren Mikrokapseln weisen einen Durchmesser im Bereich von
1 bis 200 μm auf, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 8 μm.
Die Wanddicke der Mikrokapseln liegt zwischen 50 nm und 500 nm und
beträgt vorzugsweise 200 nm. Die Mikrokapseln sind thermisch
stabil, vorzugsweise bis 80°C in der Mikrokapsel-Suspension
und bis 100°C in der Lackzusammensetzung.
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2 zeigt
die Aufnahme einer getrockneten Mikrokapselsuspension mittels der
Rasterelektronenmikroskopie (REM). Ein vergrößerter
Ausschnitt aus dieser REM-Aufnahme ist in 3 gezeigt.
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In
einer Ausführungsform beträgt der Anteil der in
die Lackzusammensetzung eingelagerten Mikrokapseln zwischen 10 und
40 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Lackzusammensetzung.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der
Anteil der in die Lackzusammensetzung eingelagerten Mikrokapseln
zwischen 15 und 25 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der Lackzusammensetzung;
die Angaben gelten dabei für den trockenen Lackfilm. Bezogen
auf die Beschichtungsformulierung („angesetzter” Lack)
beträgt der Anteil der eingelagerten Mikrokapseln 10 bis
16,7 Gew.%.
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Korrosionsinhibierende Wirkstoffe
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Als
korrosionsinhibierende Wirkstoffe können sowohl organische
als auch anorganische Verbindungen eingesetzt werden.
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Geeignete
organische, korrosionsinhibierende Wirkstoffe sind beispielsweise
Triazolderivate, wie z. B. Benzotriazol oder 5-Methylbenzotriazol.
Andere Beispiele für organische, korrosionsinhibierende
Wirkstoffe sind 2-Mercaptothiazol, Mercaptobenzimidazol, Mercaptobenzothiazol,
8-Hydroxychinolin, Bernsteinsäure, 2-Benzothiazolylthiobernsteinsäure,
Zink-5-nitroisophthalat oder Mischungen davon. Geeignet sind z.
B. auch Verbindungen, die Komplexe mit Kupfer bilden können,
und so die Kathode des Metalls oder der Legierung „blocken".
Vorzugsweise wird als korrosionsinhibierender Wirkstoff Mercaptobenzothiazol
verwendet.
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Als
anorganische, korrosionsinhibierende Wirkstoffe eignen sich beispielsweise
Strontiumaluminiumtripolyphosphat oder andere Phosphate wie z. B.
Zinkphosphat. Des Weiteren eignen sich generell Ionen, die in einer
hohen Oxidationsstufe leicht löslich sind und in reduzierter
Form schwerlöslich vorliegen, z. B. Permanganate, Molybdate,
Vanadate oder Cer-Verbindungen.
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Die
Mikrokapseln schützen den Kapselinhalt und sorgen so für
die Kompatibilität des korrosionsinhibierenden Wirkstoffs
mit dem Matrixmaterial. Die Wirkstoffe können infolge einer
externen Einwirkung, z. B. infolge einer mechanischen, thermischen
oder chemischen Einwirkung, unmittelbar freigesetzt werden. Die Freisetzung
des Wirkstoffes aus den Mikrokapseln kann auch kontinuierlich erfolgen,
z. B. auf Grund einer langsamen pH-Wert-Änderung in der
Umgebung der Mikrokapsel. Eine langsame Auflösung der Kapselwand kann
beispielsweise durch das Einfügen von Sollbruchstellen
in die Mikrokapselwand erreicht werden.
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Applikation der Lackzusammensetzung
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Erfindungsgemäß wird
ein Verfahren zum Schutz eines metallischen Substrats vor Korrosion
bereitgestellt, umfassend das Bereitstellen eines metallischen Substrats,
das Bereitstellen einer korrosionshemmenden Lackzusammensetzung,
umfassend ein Matrixmaterial, das eingelagerte Mikrokapseln mit
einem korrosionsinhibierenden Wirkstoff enthält, die Applikation
der Lackzusammensetzung auf das Substrat, und das Aushärten
der Lackzusammensetzung.
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Die
Lackzusammensetzung kann mittels üblicher Applikationsverfahren
wie Tauchen, Schleudern, Fluten, Pinseln oder Sprühen appliziert
werden. Die Sol-Gel- Beschichtung kann thermisch, z. B. bei einer
Temperatur zwischen 60°C und 180°C, ausgehärtet
werden, vorzugsweise bei etwa 120°C. Der organische Lackfilm
(Primer) kann auch bei Raumtemperatur gehärtet werden.
Die Beschichtung kann alternativ oder zusätzlich auch durch
Bestrahlung, z. B. mit UV-Licht, Infrarot oder dergleichen ausgehärtet
werden.
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Die
Beschichtung wird auf eine Schichtdicke zwischen 1 μm und
100 μm eingestellt, vorzugsweise auf eine Schichtdicke
zwischen 10 μm und 60 μm und insbesondere bevorzugt
beträgt die Schichtdicke zwischen 20 μm und 30 μm.
Durch Mehrfachbeschichtung können Schichtdicke und Korrosionsbeständigkeit
gegebenenfalls weiter erhöht werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist das Substrat mit einem Haftvermittler
umfassend eine Anodisierungsschicht oder eine Umwandlungsschicht
vorbeschichtet. Diese Vorbeschichtung erhöht die Haftung
der nachfolgenden Beschichtungen. Die Anodisierung ist ein elektrochemisches
Verfahren, bei welchem durch anodische Oxidation eine Oxidschicht
auf einem Leichtmetall wie z. B. Aluminium, Magnesium oder Titan
sowie Legierungen davon, erzeugt werden kann. Die Umwandlungsschicht,
auch als „Chemical Conversion Coating" bezeichnet, wird
durch chemisches Umwandeln erzeugt, welches eine beliebige chemische
Reaktion des Bestandteils des Substrats zum Bestandteil der Beschichtung,
z. B. eine Oxidation oder eine Reduktion, umfassen kann.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform ist das Substrat mit einer Sol/Gel-Schicht
vorbeschichtet. Zusätzlich können in die Sol/Gel-Schicht
funktionalisierte Partikel eingelagert werden. In einer beispielhaften
Ausführungsform beträgt die Schichtdicke dieser
Sol/Gel-Schicht zwischen 1 μm und 10 μm, vorzugsweise
3 μm bis 5 μm.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform ist zusätzlich eine Deckschicht,
auch „Top-Coat" genannt, auf die ausgehärtete
Lackzusammensetzung aufgebracht. Als Deckschicht eignen sich beispielsweise
polyurethan- oder epoxybasierende Beschichtungen. Vorzugsweise weist
die Deckschicht eine hohe Chemikalienbeständigkeit auf.
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Ein
korrosionsbeständiges, metallisches Substrat gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in 4 dargestellt.
Das korrosionsbeständige Substrat umfasst einen Schichtaufbau
bestehend aus einem metallischen Substrat, einem Haftvermittler
umfassend eine Anodisierungsschicht (CAA) oder eine Umwandlungsschicht
(CCC), einer Lackzusammensetzung, die ein Primer-Material umfasst,
wobei das Primer-Material eingelagerte Mikrokapseln mit einem korrosionsinhibierenden
Wirkstoff enthält, und einer Deckschicht. Die Abbildung
zeigt schematisch wie im Fall eines Korrosionsangriffs die korrosionsinhibierenden Wirkstoffe
aus den Mikrokapseln freigesetzt werden. 5 zeigt
eine REM-Aufnahme der Schichtaufbaus aus 4.
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Ein
korrosionsbeständiges, metallisches Substrat gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in 6 dargestellt.
Das korrosionsbeständige Substrat umfasst einen Schichtaufbau bestehend
aus einem metallischen Substrat, einer Sol/Gel-Schicht mit eingelagerten
Nanopartikeln, einer Lackzusammensetzung, die ein Primer-Material
umfasst, wobei das Primer-Material eingelagerte Mikrokapseln mit
einem korrosionsinhibierenden Wirkstoff enthält, und einer
Deckschicht. Die Abbildung zeigt schematisch wie im Fall eines Korrosionsangriffs
die korrosionsinhibierenden Wirkstoffe aus den Mikrokapseln freigesetzt
werden. 7 zeigt eine REM-Aufnahme der
Schichtaufbaus aus 6.
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Ein
korrosionsbeständiges, metallisches Substrat gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
in
8 dargestellt. Das korrosionsbestän dige
Substrat umfasst einen Schichtaufbau bestehend aus einem metallischen
Substrat, einer Lackzusammensetzung, die ein Sol/Gel-Material umfasst, wobei
das Sol/Gel-Material eingelagerte Mikrokapseln mit einem korrosionsinhibierenden
Wirkstoff und zusätzlich eingelagerte Nanopartikel enthält,
und einer Deckschicht. Die Abbildung zeigt schematisch wie im Fall eines
Korrosionsangriffs die korrosionsinhibierenden Wirkstoffe aus den
Mikrokapseln freigesetzt werden. Diese Ausführungsform
hat gegenüber den zuvor genannten den Vorteil, dass eine
geringere Anzahl an Verfahrenschritten benötigt wird. Ausführungsbeispiel
| Dispergiervorlage: | 12
g Polyvinylalkohol (M = 9000–10000; Hydrolysierungsgrad:
80%)
600 ml Wasser |
| Monomerlösung
1: | 26,6
g (0,1 mol) Diphenylmethandiisocyanat
20 g Mercaptobenzothiazol
100
ml Diisopropylnaphthalin |
| Monomerlösung
2: | 6,87
g (0,06 mol) Diethylentriamin
0,4 g 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan
150
ml Wasser |
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Zur
Herstellung der Dispergiervorlage wird der Polyvinylalkohol unter
Erwärmung in dem Wasser gelöst. Die Dispergiervorlage
wird in einen Verkapselungsreaktor überführt und
auf 40°C temperiert. Die Komponenten der Monomerlösung
1 werden in dem Diisopropylnaphthalin gelöst bzw. dispergiert
und dann in die Disper giervorlage gegeben. Anschließend
wird die Dispergiervorlage mit einem Ultraturraxrührer
bei 1500 U/min eine Minute lang dispergiert. Die Komponenten der
Monomerlösung 2 werden in dem Wasser gelöst und
die Monomerlösung über einen Tropftrichter innerhalb
von 30 s zugetropft, wobei der Ansatz gleichzeitig mit einem wandgängigen
Ankerrührer bei 300 U/min gerührt wird. Nach einer
Stunde wird das angeschlossene Thermostat ausgeschaltet und die
Geschwindigkeit des Ankerrührers auf 100 U/min reduziert.
Nach drei Stunden wird die Reaktion beendet und die Mikrokapsel-Suspension
in geeignete Behälter abgefüllt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0042504 [0004]
- - DE 19924687 [0005, 0005]
- - DE 102004010212 [0005, 0005]
