IONISCHE FLÜSSIGKEITEN 28.10.2014, 10:43 Uhr

Klebrig und wasserabweisend: Perfekter Schutz vor Korrosion

Sie sieht aus wie Honig, klebt auch so, und weil die neue Flüssigkeit aus Ulm auch noch Säuren und Wasser abweist, könnte sie als optimaler Schutz für Metalle gegen Rost eingesetzt werden. Und das Beste: Wird die Schutzschicht verletzt, repariert sie sich selbst. 

Mit einem Schwerlastkran wurde am 1. Juli 2014 die Atlas-Skulptur vom Dach des Hauptbahnhofs in Frankfurt am Main gehoben. Die mehr als vier Tonnen schwere und sechs Meter hohe Figur soll in den nächsten Monaten umfassend saniert werden und zum 126. Geburtstag des Bahnhofs im August nächsten Jahres wieder an ihrem Platz stehen. Ulmer Forscher haben nun einen Korrosionsschutz erfunden, der Metalle schützt und sich bei Verletzungen sogar selbst repariert.

Mit einem Schwerlastkran wurde am 1. Juli 2014 die Atlas-Skulptur vom Dach des Hauptbahnhofs in Frankfurt am Main gehoben. Die mehr als vier Tonnen schwere und sechs Meter hohe Figur soll in den nächsten Monaten umfassend saniert werden und zum 126. Geburtstag des Bahnhofs im August nächsten Jahres wieder an ihrem Platz stehen. Ulmer Forscher haben nun einen Korrosionsschutz erfunden, der Metalle schützt und sich bei Verletzungen sogar selbst repariert.

Foto: dpa/Boris Roessler

POM-IL haben der Ulmer Chemie-Professor Carsten Streb und sein Doktorand Sven Herrmann die neuentwickelte ionische Flüssigkeit genannt, die so überaus nützliche Eigenschaft aufweist. Sie könnte ein idealer Schutz gegen Sauren Regen bilden, der nicht nur Metalle, sondern auch historiscen Gebäuden, Kirchen und Steinskulpturen zusetzt. Denn POM-Il ist säurestabil und wasserabweisend. Und genau so einen Schutz brauchen beispielsweise Skulpturen aus Sandstein oder Marmor, wie sie gerade am Kölner Dom mit einer Drohne auf Schäden untersucht wurde.

Metall mit POM-Il-Schicht kann Säure nichts anhaben

Wir wirkungsvoll POM-Il schützen kann, erprobten Professor Streb und Doktorand Streb in ihrem Chemie-Labor an der Universität Ulm. Sie pinselten das bei Raumtemperatur zähflüssige Salz auf eine kleine Kupferscheibe, die sie in einer Kunststoffbox Essigsäure aussetzten. Als Vergleich dienten drei weitere Plättchen, von denen eins unbehandelt blieb. Die restlichen erhielten einen Anstrich mit kommerziell verfügbaren ionischen Flüssigkeiten.

Vier Kupferblättchen nach einer 24-stündigen Behandlung mit Essigsäure: Das Blättchen a wurde mit der neuartigen ionischen Flüssigkeit POM-Il bestrichen und zeigt keine Korrosion. Blättchen d erhielt einen Schutz aus einem konventionellen festen POM-Salz. Die Plättchen b und c  blieben unbeschichtet oder wurden mit einer frei verkäuflichen ionischen Flüssigkeit überzogen.

Vier Kupferblättchen nach einer 24-stündigen Behandlung mit Essigsäure: Das Blättchen a wurde mit der neuartigen ionischen Flüssigkeit POM-Il bestrichen und zeigt keine Korrosion. Blättchen d erhielt einen Schutz aus einem konventionellen festen POM-Salz. Die Plättchen b und c  blieben unbeschichtet oder wurden mit einer frei verkäuflichen ionischen Flüssigkeit überzogen.

Foto: Universität Ulm

Während das mit der Ulmer Lösung behandelte Plättchen die Tortur unbeschadet überstand, bildete sich auf den übrigen das bekannte grünliche Kupferoxid. „Unter dem Rasterelektronenmikroskop wurde dann sichtbar, dass POM-IL einen Film auf der Metalloberfläche bildet und das darunter liegende Kupfer von der Atmosphäre abschirmt – so ist Korrosion praktisch ausgeschlossen“, sagt Herrmann.

Salze mit höchst unterschiedlichen Eigenschaften

POM-IL ist das Kürzel für „Polyoxometallat-basierte ionische Flüssigkeit“. Sie gehört zu einer großen Gruppe von Salzen, die bei Zimmertemperatur flüssig sind. Je nach ihrer Zusammensetzung haben sie unterschiedliche Eigenschaften. Sie lassen sich beispielsweise als Elektrolyte in Brennstoffzellen, als Wärmspeicher, als Lösungsmittel oder eben als Schutzschicht gegen Korrosion einsetzen.

Während konventionelle Rostschutzmittel nicht mehr funktionieren, wenn durch einen Kratzer der Untergrund frei wird, schließt POM-IL innerhalb von einer Minute eine solche Lücke. Das bewiesen die Forscher mit zwei Kupferplättchen, deren Schutzschicht sie mit einem Messer einritzten. Ehe die Essigsäure den Untergrund angreifen konnte hatte sich der Kratzer in der POM-IL-Probe geschlossen. Im Referenzplättchen bildeten die Kratzer gewissermaßen die Eintrittspforter für die zerstörerische Säure.

Auch Einsatz in der Elektronik denkbar

„Im Gegensatz zu Lacken und Farben lässt sich POM-IL problemlos wieder entfernen“, so Streb. Das gelingt mit organischen Lösungsmitteln. Weil die Oberfläche klebrig bleibt, ist POM-IL vor allem für den temporären Schutz geeignet, etwa bei der Herstellung von Platinen für die Elektronik.

Die Forscher glauben, dass sie mit ihrer ionischen Flüssigkeit nicht nur Metalle vor negativen Umwelteinflüssen schützen können, sondern auch Skulpturen aus Marmor und Sandstein, die durch Abgase und säurehaltigen Regen geschädigt werden. Das wollen sie jetzt genauer erforschen. Möglicherweise können sogar poröse Oberflächen vor weiterem Verfall geschützt werden, weil POM-IL jede Vertiefung ausfüllt.

Professor Carsten Streb (r.) und Doktorand Sven Herrmann, Chemiker der Universität Ulm, entwickelten einen neuen Korrossionsschutz für Metalle, der sich bei Verletzungen sogar selbst reparieren kann.

Professor Carsten Streb (r.) und Doktorand Sven Herrmann, Chemiker der Universität Ulm, entwickelten einen neuen Korrossionsschutz für Metalle, der sich bei Verletzungen sogar selbst reparieren kann.

Foto: Universität Ulm

Auf die besonderen Eigenschaften der Flüssigkeit war der damalige Masterstudent Herrmann bei Forschungsarbeiten mit ionischen Flüssigkeiten gestoßen. Nicht nur die besonders gute Haftung auf Metallen und Säurestabilität nützt als Schutz vor Korrosion. Bei seinen Analysen stellte der Student darüber hinaus fest, dass die neuartige Polyoxometallat-basierte ionische Flüssigkeit (POM-IL) auch wasserabweisend ist. Diese Kombination brachte den Chemiker auf die Idee, aus  POM-IL einen effektiven Korrosionsschutz zu entwickeln. 

Von Wolfgang Kempkens

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