Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke, Stuttgart, FPL

Ergänzende Untersuchungen der Schutzeigenschaften von ausgewählten Lacksystemen auf der Basis einer Polyanilingrundierung gegenüber der Filiformkorrosion von Al-Legierungen

Auftraggeber: Zipperling Kessler & Co(GmbH & Co).

Autoren: Dr. T. Schauer, Dipl. Chem. A. Joos, E. Praschak

Stuttgart, 24.07.1996

1. Fragestellung und Ziel der Untersuchungen

Die Filiformkorrosion von Al-Legierungen stellt ein bislang nicht gelöstes Problem dar, das großen Schaden unter anderem im Bereich der Al-Fassaden von Gebäuden verursacht.

Die vorausgegangene Arbeit [1] zeigte, daß mit der Polyanilin-Grundierung ein effizienter Korrosionsschutz gegen Filiformkorrosion von Al-Legierungen erzielt werden kann. Es wurde allerdings festgestellt, daß die Effizienz des Schutzes ebenfalls durch den jeweils angewandten Decklack beeinflußt werden kann. Von Bedeutung können hier sowohl die Zwischenschichthaftung sowie die Eigenschaften des Decklackes alleine sein. Die durchgeführten Messungen stützten sich auf die Trocken- und Naßhaftfestigkeits-Untersuchungen sowie den Filiform-HCl-Test (in Anlehnung an DIN 65 472).

In Ergänzung zu dieser Arbeit wurden auch andere Decklacke vergleichend untersucht und zusätzlich einem Freibewitterungstest ausgesetzt.

2. Experimentelles

2.1 Substrat

Die Untersuchungen wurden an Panels aus AlMg1-Legierung (200 x 100 x 1,5 mm) durchgeführt. Sie wurden mit Elektrokorund NK1 Nr. 100 der Fa. Würth gestrahlt und anschließend in einem Gemisch aus Aceton, Ethylacetat und Xylol (1:1:1) entfettet. Die Rauhigkeit der Oberfläche betrug Ra= 2,3 µm.

2.2 Beschichtungen

Die Polyanilin-Grundierung 900226/19 wurde durch Luftdruckspritzen aufgebracht. Die Schichtdicke nach dem Trocknen betrug durchnittlich 17,7 ± 2,5 µm.

Die Decklacke wurden nach Trocknung der Grundierung (24 h) aufgespritzt. Die Rezepturen waren vorgegeben und wurden nur zur Verbesserung der Spritzbarkeit mit Verdünner ergänzt.

  1. 2K-Epoxid-Decklack, aminhärtend - weiter als 'Decklack 1' bezeichnet
    Decklack 100,0 Gew. Teile
    Härter 17,0 Gew. Teile
    Verdünner 12,5 Gew. Teile

    2. Die Gesamtschichtdicke betrug durchschnittlich 200,7 ± 23,3 µm.

  2. 2K-Epoxid-Decklack, amidhärtend - weiter als 'Decklack 2' bezeichnet
    Komponente A (Lack) 88 Gew. Teile
    Komponente B (Härter) 12 Gew. Teile
    Verdünnung 60 Gew. Teile

    Die Gesamtschichtdicke betrug durchschnittlich 145,6 ± 23,3 µm.

  3. 2K-Polyurethan-Decklack - weiter als 'Decklack 3' bezeichnet
    Stammlack 100 Gew. Teile
    Härter 25 Gew. Teile
    Verdünnung 12,5 Gew. Teile

    Die Gesamtschichtdicke betrug durchschnittlich 146,2 ± 12,5 µm.

2.3 Klimatisieren

Die beschichteten Panels wurden zur vollständigen Trocknung und Aushärtung der Beschichtungen in einem Klimaraum bei konstanter Temperatur 23°C und 55 r. F. gelagert. Der Zustand der Beschichtungen wurde durch Messung der Pendelhärte nach König (DIN 53 157, 1/87) beurteilt.

2.4 Messung der Trocken- und Naßhaftfestigkeit

Zur Messung der Trockenhaftfestigkeit wurden auf die Beschichtungen Stempel (7mm) mit einem 2K-Epoxidkleber fixiert und anschließend mit einem Abziehgerät der Fa. Instron abgezogen. Die Abreißkräfte wurden mit einem Meßwertaufnehmer erfaßt und aus fünf unabhängigen Messungen gemittelt.

Zur Messung der Naßhaftfestigkeit wurden die Proben in destilliertem Wasser gelagert. Zu bestimmten Zeitpunkten wurden die Proben entnommen und analog zur Messung der Trockenhaftfestigkeit vermessen. Da durch die Wasserlagerung die Haftfestigkeit der Beschichtung abfällt, konnten bei dieser Messung die Stempel mit einem handelsüblichen Sekundenkleber auf der Beschichtung fixiert werden.

2.5 Messung der Filiformkorrosion

Die Untersuchung der Filiformkorrosion erfolgte nach der HCl-Methode in Anlehnung an DIN 65 472 [2]. Die beschichteten Panels, jeweils drei Stück für jede Beschichtung, wurden mit einem Ritzstichel nach Sikkens angeritzt und in einer Kammer mit Salzsäuredämpfen eine Stunde lang angeimpft. Nach der Entnahme aus der Kammer ließ man die Panels noch eine Stunde an der Raumluft stehen. Anschließend erfolgte eine 6 Wochen lange Lagerung der Panels in einer Klimakammer bei 40°C und 82% r. F. Die Auswertung wurde unter Einbeziehung der Bildanalyse und der in [2] angegebenen Bewertungsstufen durchgeführt. Es liegen fünf Bewertungsstufen vor, die ein bestimmtes Verhältnis zwischen der durch die Filiformkorrosion befallenen Oberfläche und der Ritzlänge vorsehen. Die Bewertungsstufe I entspricht dem effizientesten Korrosionsschutz (Flächenwert 0,0 0,5 mm2/cm) und die Bewertungsstuffe V dem schlechtesten Korrosionsschutz (Flächenwert > 25 mm2/cm).

2.6 Freibewitterung

Jeweils zwei Panels je Decklacksystem wurden am 03.05.96 in Hoeck van Holland dem dortigen Klima und sonstigen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Die Beschichtungen wurden eingeritzt und die Panels auf der Rückseite mit einer Klebfolie und die Kanten zusätzlich mit einem Schutzlack versehen.

Für die Freibewitterung ist ein Zeitraum von mindestens zwei Jahren vorgesehen. Die erste Kontrolle der Panels wird in Oktober 1996 erfolgen.

3. Meßergebnisse

3.1 Pendelhärte nach König

Die Ergebnisse der Pendelhärtemessungen nach König sind in Abb. 1 dargestellt.


Abb. 1 Pendelhärte nach König für die untersuchten Beschichtungen

Es fällt auf, daß die Pendelhärte des 'Decklack 1'-Lacks viel größer ist als die der beiden übrigen Lacke. Für den 'Decklack 1'-Lack stellt sich allerdings die Endhärte relativ langsam ein und erreicht den nahe stabilen Wert erst nach ca. 30 Tagen, der 'Decklack 1'-Lack wurde mit einem Amin-Härter ausgehärtet. Für die übrigen Lacke fand die größte Veränderung der Härte innerhalb der ersten 12 Tage nach dem Aufbringen statt.

Die erhaltenen Werte der Pendelhärte stimmen gut mit denen der früheren Untersuchungen überein [2].

3.2 Trocken- und Naßhaftfestigkeit

Die Ergebnisse der Trocken- und Naßhaftfestigkeits-Messungen sind in Abb. 2 graphisch zusammengestellt.


Abb. 2 Trocken- und Naßhaftfestigkeit der untersuchten Lacke

Die Trockenhaftfestigkeitswerte, die den Werten beim Zeitpunkt 0 entsprechen, weisen auf eine gute Haftung aller drei untersuchten Lacksysteme hin, wobei der höchste Wert für den 'Decklack 2'-Lack ermittelt wurde.

Unter Beanspruchung mit Wasser läßt die Haftung aller Lacksysteme nach, hier zeichnet sich der 'Decklack 3'-Decklack durch den stärksten Abfall der Haftung aus, für diesen Lack wurde nach 320 h Wasserlagerung die Abreißfestigkeit gemessen, die nahe an der Vollenthaftung (2 bis 3 MPa) liegt. Ein weiterer Anstieg der Haftung hängt mit Regenerierungsprozessen zusammen.

Für den 'Decklack 1'-Lack wurde generell die stabilste Naßhaftfestigkeit gefunden.






3.3 Filiformkorrosion

Die Ergebnisse des Filiformkorrosions-Tests nach der HCl-Methode sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

Ergebnisse des Filiformkorrosions-Tests nach der HCl-Methode

Lacksystem

Bewertungsstufe

'Decklack 1'

I

'Decklack 2'

III

'Decklack 3'

IV

Die Auswertung der Meßergebnisse erfolgte durch das Abbilden der durch die Filiformkorrosion angegriffenen Stellen und die anschließende Bildanalyse. In Abb. 3 ist beispielhaft das Aussehen der am stärksten durch die Filiformkorrosion angegriffenen Panels wiedergegeben.

'Decklack 1' 'Decklack 2' 'Decklack 3'



Abb. 3 Graphische Wiedergabe der Oberfläche der Panels nach dem HCl-Test

Es ist ersichtlich, daß der 'Decklack 1'-Lack über sehr gute Schutzeigenschaften gegenüber der Filiformkorrosion verfügt. Von den übrigen Lacken zeigte 'Decklack 2' eine deutlich bessere Schutzeffizienz.

4. Diskussion

Erfahrungsgemäß ist der effiziente Schutz gegenüber der Filiformkorrosion von Eigenschaften des gesamten Lacksystems abhängig. Es wurde bislang nicht geklärt, welche Parameter dieses Systems sich hier maßgebend auswirken können. Betrachtet werden allerdings solche Parameter wie die Haftfestigkeit, Porosität und Korrosionsschutzeigenschaften der Grundierung, die Zwischenschicht-Haftfestigkeit sowie die Porosität und Barriereeigenschaften des Decklacks.

Im Rahmen einer früheren Arbeit konnte ein effizienter Korrosionsschutz gegenüber der Filiformkorrosion mit einer Polyanilingrundierung und einem Epoxid-Decklack festgestellt werden. In der vorliegenden Arbeit sollte geklärt werden, ob gleiche Korrosionsschutzeffekte auch mit anderen Decklacken zu erreichen sind und welche Parameter der Lacke hier von Bedeutung sind.

Untersucht wurden zwei Epoxid-Decklacke, die sich nach dem Härter unterschieden: 'Decklack 1', aminhärtend, sowie 'Decklack 2', amidhärtend, und ein Polyurethan-Lack: 'Decklack 3'.

Die Pendelhärteuntersuchungen zeigten, daß der 'Decklack 1'-Decklack über eine wesentlich höhere Härte verfügt als die übrigen Lacke. Die erhöhte Härte weist in der Regel auf eine gute Vernetzung des Bindemittels sowie gute Barriereeigenschaften und eine geringe Permeabilität der Beschichtung hin.

Aus den übrigen Untersuchungen, nämlich der Haftfestigkeitsmessung und dem HCl-Test geht eine gute Korrelation zwischen einem effizienten Korrosionsschutz gegenüber der Filiformkorrosion (I Bewertungsstuffe) und einer relativ stabilen Naßhaftfestigkeit für den 'Decklack 1'-Decklack hervor. Sowohl 'Decklack 2' als auch 'Decklack 3' wiesen eine schlechtere Naßhaftfestigkeit auf, für diese Decklacke wurden ebenfalls schwächere Schutzeigenschaften gegenüber der Filiformkorrosion festgestellt.

5. Schlußfolgerung

  1. Es wurden sehr gute Schutzeigenschaften gegenüber der Filiformkorrosion für eine Polyanilingrundierung und den aminhärtenden 'Decklack 1'-Decklack festgestellt.
  2. Gute Schutzeigenschaften dieses Lacksystems gehen mit der hohen Pendelhärte und der guten Naßhaftfestigkeit einher.
  3. Für einen anderen, amidhärtenden Epoxid-Decklack, 'Decklack 2', wurde eine wesentlich niedrigere Pendelhärte, schlechtere Naßhaftfestigkeit und ebenfalls ein schlechterer Korrosionsschutz festgestellt.
  4. Für einen Polyurethan-Decklack, 'Decklack 3', wurde ebenfalls ein relativ schlechterer Korrosionsschutz gegenüber der Filiformkorrosion gefunden. Dies korreliert mit niedrigen Pendelhärtewerten und schlechterer Naßhaftfestigkeit für diesen Lack.
  5. Die vorliegende Arbeit bestätigte die Erkenntnis der vorangegangenen Untersuchungen über eine gute Korrelation zwischen einem effizienten Korrosionsschutz gegenüber der Filiformkorrosion von Al-Legierungen, einer hohen Härte sowie einer guten Naßhaftfestigkeit des Polyanilingrun-dierung/'Decklack 1' Lacksystems.
  6. Eine weitere Verifizierung dieser Erkenntnisse wird anhand der Ergebnisse der laufenden Freibewitterungsuntersuchung erfolgen.

6. Literatur

  1. T. Schauer, A. Joos, E. Praschak, Überprüfung der Schutzeigenschaften von zwei Lacksystemen auf der Basis einer Polyanilingrundierung gegenüber der Filiformkorrosion von Al-Legierungen, Stuttgart 1995
  2. K. Gaszner, M. Heinrich, T. Schuler, Aluminium 71(1995)562

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