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Die Erfindung betrifft eine Lackzusammensetzung, ein Verfahren zur Herstellung einer Lackzusammensetzung und eine Verwendung der Lackzusammensetzung.
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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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Die Druckschrift
WO 99/46338 A1 betrifft Beschichtungszusammensetzungen, bei denen Mikrokapseln mit korrosionsinhibierenden Wirkstoffen in filmbildenden Bindemitteln dispergiert werden.
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Das Dokument
WO 00/05970 A1 beschreibt Mikrokapseln in einer Sol/Gel-Matrix.
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Das Dokument
US 5,637,507 A beschreibt Sol/Gel-Glaszusammensetzungen mit Additiven. Als Additive werden Indikatoren und Metallpartikel offenbart.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lackzusammensetzung, ein Verfahren zur Herstellung einer Lackzusammensetzung und eine Verwendung der 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, ein Verfahren zur Herstellung einer Lackzusammensetzung und eine Verwendung der Lackzusammensetzung bereit zu stellen, die eine kontinuierliche Freisetzung von korrosionsinhibierenden Wirkstoffen erlauben.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lackzusammensetzung, ein Verfahren zur Herstellung einer Lackzusammensetzung und eine Verwendung der Lackzusammensetzung bereit zu stellen, die eine unmittelbare Freisetzung von korrosionsinhibierenden Wirkstoffen infolge einer externen Einwirkung erlauben. 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 enthält, wobei das Matrixmaterial ein Sol/Gel-Material umfasst und die Mikrokapseln einen korrosionsinhibierenden Wirkstoff enthalten und wobei die Hülle der Mikrokapsel aus Polyurethan oder Polyharnstoff besteht.
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Eine weitere erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch ein Verfahren zur Herstellung einer korrosionshemmenden Lackzusammensetzung mit den Verfahrensschritten a) bis c) gemäß Anspruch 8 aus.
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Eine weitere erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch ein Verfahren zum Schutz eines metallischen Substrats vor Korrosion mit den Verfahrensschritten a) bis d) gemäß Anspruch 9 aus.
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Eine weitere erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Lackzusammensetzung zum Schutz eines metallischen Substrats gegen Korrosion aus.
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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, wobei die Hülle der Mikrokapseln aus Polyurethan oder Polyharnstoff besteht. 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. Zumindest umfasst das Matrixmaterial erfindungsgemäß jedoch das Sol/Gel-Material. 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
(2) Kondensation
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.
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Als Hüllmaterialien könnten 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 könnten chemisch modifizierte Cellulosen, z.B. Celluloseacetat, Ethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose und Carboxymethylcellulose oder Stärkederivate sein. Als synthetische Hüllmaterialien könnten beispielsweise Polymere wie Polyacrylate, Polyamide, Polyurethane oder Polyharnstoffe verwendet werden.
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Erfindungsgemäß ist es jedoch vorgesehen, dass die Hülle der Mikrokapseln aus Polyurethan oder Polyharnstoff besteht.
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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-Benzo-thiazolylthiobernsteinsäure, 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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Beispielhaft wird ein Verfahren zum Schutz eines metallischen Substrats vor Korrosion genannt, umfassend das Bereitstellen eines metallischen Substrats, das Bereitstellen einer korrosionshemmenden Lackzusammensetzung, umfassend ein Matrixmaterial, das eingelagerte Mikrokapseln mit einem korrosionsinhibierenden Wirkstoff enthält und wobei die Hülle der Mikrokapseln aus Polyurethan oder Polyharnstoff besteht, 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 eines weiteren Beispiels 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 eines anderen Beispiels 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 eines weiteren Beispiels 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 eines weiteren Beispiels 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 eines weiteren Beispiels 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 eines weiteren Beispiels ist in
8 dargestellt. Das korrosionsbeständige 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 Dispergiervorlage 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.