Vom Labor in die Anwendung - selbstreparierende Antikorrosionsbeschichtungen

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert interdisziplinäres Projektteam „Intelligente Nanobehälter für selbstheilende Antikorrosionsbeschichtungen (InteNsA)„ im Rahmen der Förderinitiative "Forschung für den Markt im Team" (ForMaT). Bis Ende 2012 wird das Projekt mit 1,9 Millionen Euro unterstützt. Von den anfangs insgesamt 142 Antragstellern erhielten nur neun Teams diese zweijährige Förderung.

10. Dezember 2010
InteNsA-Team (v.l.n.r.): Dr. Dmitry Grigoriev, Lars Abraham, Dr. Dmitry Shchukin

Projekthintergrund
Die faszinierende Selbstheilungskraft der menschlichen Haut steckt kleine Verletzungen problemlos weg. Werden jedoch metallische Oberflächen beschädigt, kommt kein derartiger Selbstheilungsprozess in Gang, noch nicht: Das „InteNsA-Team“ ist auf dem Weg, diesen Selbstheilungseffekt in die industrielle Anwendung zu übertragen.

Aufbauend auf den wissenschaftlichen Erfolgen des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung auf dem Gebiet der Polyelektrolytschichten und den neueren Forschungsergebnissen im Bereich der Nanotechnologie wird mit Hilfe smarter Nano- und Mikrobehälter eine neue umweltfreundlichere Generation von Antikorrosionsbeschichtungen entwickelt. Als wissenschaftlicher Pate steht dem InteNsA-Team mit Prof. Helmuth Möhwald, Direktor der Abteilung Grenzflächen am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (Potsdam-Golm), ein herausragender Wissenschaftler und international anerkannter Experte auf diesem Gebiet, zur Seite.

Die technologische Plattform bilden kleinste, beladene und funktionalisierbare Mikro- und Nanobehälter. Diese werden durch Befüllung mit diversen Hemmstoffen zu winzigen Reparaturagenten und können bestehende Antikorrosionsbeschichtungen derart funktionalisieren, dass sie wesentlich nachhaltiger vor Korrosion schützen als alle derzeit am Markt erhältlichen Beschichtungslösungen.

Im Jahr 2009 wurden weltweit mehr als 4,2 Milliarden EUR für Antikorrosionsbeschichtungen ausgegeben. Ein wesentlicher Markttrend in Europa und den USA ist der zunehmende umweltpolitische und gesetzliche Druck, bedenkliche Substanzen wie Schwermetalle und Lösemittel zu ersetzen. Bisher scheiterte dies vor allem aus Mangel an geeigneten Alternativen, die hinsichtlich des Korrosionsschutzes ähnlich effektiv wirken. Genau hier setzt InteNsA an und bietet eine innovative Lösung.

Funktionsprinzip
Antikorrosiv wirkende Substanzen (vor allem Korrosionshemmer) werden in spezielle Mikro- bzw. Nanobehälter eingeschlossen und anschließend in eine marktübliche Beschichtungsformulierung auf Pulver- oder Nasslackbasis eingebettet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen kommt es durch den Einsatz der Behälter zu deutlich geringeren negativen Effekten auf die Beschichtungsstabilität und keinem unkontrollierten Freisetzen oder Verlust des Inhibitors. Vielmehr können die Behälterhüllen so konstruiert werden, dass sie ein „intelligentes“ Verhalten aufweisen und sich nur beim Auftreten eines spezifischen korrosionsauslösenden Faktors öffnen.

Schematische Darstellung des Wirkprinzips neuer selbstheilender Korrosionsschutzbeschichtungen

So wird nicht nur für einen sparsamen Verbrauch der aktiven Substanz gesorgt. Auch bei geringeren Schichtstärken spart die noch hervorragende Schutzwirkung Beschichtungsmaterial ein. Zusätzlich wird durch kürzere Aushärtungszeiten die Durchlaufzeit in der industriellen Fertigung verringert. Ferner kann der Einsatz solcher Beschichtungen den nahezu vollständigen Verzicht auf organische Lösungsmittel ermöglichen. So kommt ein der Natur nachempfundener Wirkmechanismus letztendlich auch dieser zu Gute.

ForMaT
Im Rahmen von Unternehmen Region, der Innovationsinitiative für die Neuen Länder, verbindet das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit seinem Förderprogramm ForMaT (Forschung für den Markt im Team) gezielt zwei neue Ansätze für den Wissens- und Technologietransfer. Zum einen sollen Forscherinnen und Forscher motiviert werden, schon in einer frühen Phase zu analysieren, inwieweit ihre Untersuchungen sich für eine Verwertung am Markt eignen. Zum anderen fördert das Programm die interdisziplinäre Zusammenarbeit: Lehrstühle aus der technischnaturwissenschaftlichen Forschung, aber auch sozial- und geisteswissenschaftliche Fachbereiche bilden mit wirtschaftswissenschaftlichen Fakultäten ein Team. Dieses Team soll dann Verwertungskonzepte entwickeln und diese gemeinsam umsetzen.

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