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Chitosan-Mikrosphären warnen frühzeitig vor Korrosion
Ein chinesisches Forschungsteam hat eine intelligente Epoxidbeschichtung entwickelt, die Korrosion sichtbar macht: Mit Phenolphthalein gefüllte Chitosan-Mikrosphären verfärben sich bei alkalischen Bedingungen innerhalb von 30 s rot und ermöglichen so eine frühzeitige Erkennung von Schadstellen.
Die frühzeitige Erkennung beginnender Korrosion an metallischen Substraten ist entscheidend für eine wirksame Instandhaltungsstrategie und die Vermeidung von Schadensfällen. Ein Forschungsteam um Dongtang He und Ming Zhou hat dazu eine intelligente Beschichtung entwickelt, die durch eine sichtbare Farbänderung lokale Korrosion anzeigt. Als Trägermaterial dient Chitosan – ein natürliches kationisches Polysaccharid –, aus dem über eine Umkehremulsions-Vernetzung Chitosan-Mikrosphären (CSM) hergestellt wurden.
In diese Mikrosphären wurde der Farbindikator Phenolphthalein (PhPh) eingekapselt. Die so entstandenen CSM-PhPh-Partikel wurden anschließend in ein Epoxidharz eingearbeitet (EP/CSM-PhPh). Im Gegensatz zu anorganischen Mikrocontainern können die vernetzten Chitosan-Sphären ihre Porengröße über Kettenbewegungen anpassen und so die Freisetzung des Indikators steuern. Die Freisetzungsprofile zeigten eine ausgeprägte pH-Responsivität sowohl im alkalischen als auch im sauren Milieu.
Lesetipp: Epoxidharze
Epoxidharze sind aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in der Beschichtungsindustrie verbreitet wie kaum eine Bindemittelklasse. In ihrem neuen Fachbuch „“Epoxidharze„“ erläutern die Autoren Dornbusch, Christ und Rasing die Grundlagen der Chemie der Epoxygruppe und vermitteln anhand konkreter Formulierungen den Einsatz der Epoxy- und Phenoxyharze in industriellen Beschichtungen – u.a. für Korrosionsschutz, Bodenbeschichtungen, Pulverlacke und Doseninnenbeschichtungen.
Sichtbare Warnsignale innerhalb von 30 Sekunden
Die Freisetzungskinetik folgte in der ersten Phase dem Korsmeyer-Peppas-Modell und ging anschließend in eine Kinetik erster Ordnung über. In kolorimetrischen Tests entwickelte sich an Kratzern der Beschichtung bei Kontakt mit alkalischen Lösungen innerhalb von 30 s eine intensive Rotfärbung. Immersions- und Salzsprühtests in NaCl-Lösung bestätigten, dass lokale Korrosionsbereiche zuverlässig durch rote Zonen sichtbar gemacht werden.
Auch die Barriereeigenschaften der Beschichtungen mit verschiedenen Mikrosphären-Anteilen wurden untersucht. Bei einem Additivgehalt von 12,5 Gew.-% wurde eine Impedanz von 1,17 × 10⁶ Ω·cm² erreicht. Mit steigendem CSM-PhPh-Anteil nahmen Härte und Hydrophobie geringfügig ab, während die Haftung stabil blieb. Damit liefert die Studie wertvolle Ansätze für die Entwicklung intelligenter Korrosionsschutzbeschichtungen mit Frühwarnfunktion.
Quelle: He, D. et al. Chitosan microspheres encapsulating phenolphthalein for epoxy coatings: pH-responsive release and smart corrosion warning. Prog. Org. Coat. 214, 110003 (2026).
