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Nano-SiO₂ aus Quarzsand verbessert Korrosionsschutz
Ein chinesisches Forschungsteam hat aus natürlichem Quarzsand sphärische Nano-SiO₂-Partikel synthetisiert und als Füllstoff in wasserbasierten Epoxidharz-Beschichtungen eingesetzt. Bereits 0,5 Gew.-% des Füllstoffs steigern die Korrosionsbeständigkeit auf Stahl deutlich – ein kostengünstiger und umweltfreundlicher Ansatz für langlebige Industrielacke.
Korrosion gefährdet die Sicherheit und Lebensdauer von Offshore-Infrastruktur erheblich. Wasserbasierte Epoxidharze (WEP) gelten als umweltfreundliche Alternative zu lösemittelhaltigen Systemen, leiden jedoch unter hydrophilen Gruppen, die polare Kanäle bilden und das Eindringen korrosiver Substanzen begünstigen. Ein Forschungsteam um Meihua Yang von der Hebei University of Technology hat nun eine nachhaltige Strategie entwickelt: sphärische Nano-SiO₂-Partikel (NSS) mit einem Durchmesser von rund 200 nm werden aus kostengünstigem Quarzsand über eine Kombination aus Alkalifusion und Sol-Gel-Verfahren hergestellt und als Füllstoff in WEP-Beschichtungen eingearbeitet.
Die optimalen Synthesebedingungen wurden bei 25 °C, einer Reaktionszeit von einer Stunde und 120 ml Ethanol-Zusatz identifiziert. Im Vergleich zu unregelmäßig geformten amorphen Nano-SiO₂-Partikeln (ANS) zeigten die NSS eine deutlich gleichmäßigere Morphologie, geringere Agglomeration und ein kompakteres Porenvolumen von nur 0,052 cm³/g (ANS: 0,33 cm³/g).
Lesetipp Lackadditive: Das Lehrbuch „Lackadditive kompakt erklärt“ befasst sich umfangreich mit der chemischen und anwendungstechnischen Beschreibung der wichtigsten Lackadditive z.B. Netz-, Dispergier- und Verlaufmittel, Katalysatoren, Rheologie, Entschäumer, Korrosions- und Lichtschutz. Darüber hinaus stellen Abbildungen von Schadensfällen und Richtrezepturen einen unverzichtbaren Bezug zur Praxis her. Unverzichtbar für Berufseinsteigende und fachlich Interessierte!
Lesetipp: Lackadditive
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Deutlich verbesserte Barrierewirkung bei 0,5 Gew.-%
Die Korrosionsschutzwirkung wurde mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) und Salzsprühtests untersucht. Die Beschichtung mit 0,5 Gew.-% NSS erzielte die besten Ergebnisse: Nach 300 h Wasserlagerung lag die Wasseraufnahme bei lediglich 17,51 %, während reines WEP bereits nach 165 h 44,2 % erreichte. In 3,5 Gew.-%iger NaCl-Lösung blieb der Impedanzmodul nach 30 Tagen Immersion bei 1,41 × 10⁶ Ω·cm² – eine Größenordnung höher als beim unmodifizierten WEP-System.
Im Salzsprühtest zeigte die ANS/WEP-Beschichtung bereits am ersten Tag Korrosionsanzeichen, während bei der NSS-Variante erst nach drei Tagen erste Veränderungen auftraten. Nach 15 Tagen wies die 0,5 %-NSS/WEP-Beschichtung nur minimale lokale Korrosionspunkte auf.
Labyrintheffekt sorgt für Langzeitschutz
Die Forschenden führen die überlegene Schutzwirkung auf einen sogenannten Labyrintheffekt zurück: Die gleichmäßig dispergierten, sphärischen Nanopartikel verlängern den Diffusionsweg für Wasser und Chloridionen und versiegeln Mikroporen im Beschichtungsfilm. Das „Kugellager-Prinzip“ der sphärischen Partikel sorgt zudem für eine bessere Verteilung in der Polymermatrix als bei irregulären ANS-Partikeln, die zu Agglomeration und Phasentrennung neigen.
Im Vergleich zu kürzlich publizierten Systemen mit teuren Selten-Erd-Komplexen oder Edelmetall-Nanopartikeln überzeugt die quarzbasierte NSS-Beschichtung sowohl durch niedrige Rohstoffkosten als auch durch eine um eine Größenordnung höhere Schutzwirkung über deutlich längere Immersionszeiten. Die Arbeit zeigt damit das Potenzial natürlicher Quarzressourcen für die Entwicklung leistungsfähiger, umweltfreundlicher Industriebeschichtungen auf Wasserbasis.
Quelle: Yang, M. et al. Quartz sand-based nano-spherical SiO₂ synthesis and its corrosion efficacy of waterborne epoxy resin coatings. Prog. Org. Coat. 110057 (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110057
