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Neue EIS-Methode entschlüsselt Ionentransport in Lacken
Ein belgisches Forschungsteam hat mit odd-random-phase-elektrochemischer Impedanzspektroskopie (ORP-EIS) und einem zweischichtigen elektrochemischen Ersatzschaltbildmodell die entkoppelte Diffusion von Wasser und Ionen in organischen Beschichtungen charakterisiert. Die Studie zeigt, dass Anionentyp, Elektrolytkonzentration und Pigmentvolumenkonzentration den Transport von Wasser und Ionen unabhängig voneinander beeinflussen.
Das Verständnis der Transportmechanismen von Wasser und Ionen durch organische Beschichtungen ist ein zentraler Aspekt für die Bewertung der Korrosionsschutzleistung. Konventionelle Ansätze erfassen die Diffusion beider Spezies häufig nicht getrennt voneinander, was die mechanistische Interpretation erschwert. Die vorliegende Studie charakterisiert den Einfluss der Anionennatur und der Elektrolytkonzentration auf die separate Diffusion von Wasser und Ionen durch organische Beschichtungen mit variierenden Pigmentvolumenkonzentrationen (PVK). Zum Einsatz kam die odd-random-phase-elektrochemische Impedanzspektroskopie (ORP-EIS).
Die Position der Ionen-Eindringfront über die Beschichtungsdicke wurde durch Anpassung der ORP-EIS-Daten mit einem physikalisch relevanten zweischichtigen elektrochemischen Ersatzschaltbild (EEC) abgeleitet. Diese Methodik ermöglicht die getrennte Erfassung der Kinetik von Wasser- und Ionentransport – ein wichtiger Fortschritt gegenüber klassischen Ansätzen, die beide Prozesse häufig vermischen.
Validierung durch GDOES-Tiefenprofile
Die Ionenmigration über die Beschichtungsdicke wurde durch GDOES-Tiefenprofilierung (Glimmentladungs-Optische Emissionsspektroskopie) validiert. Diese unabhängige Verifizierung stärkt die Aussagekraft der EIS-basierten Interpretationen und liefert eine belastbare Grundlage für die weitere Anwendung der Methode. Es konnte festgestellt werden, dass eine höhere Pigmentvolumenkonzentration die Ionendiffusion und die Wassereindringung verstärkte, während eine höhere Elektrolytkonzentration den Ionentransport erhöhte, aber die Wasseraufnahme reduzierte.
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Hydrathüllengrösse steuert Anionenmobilität
Vergleichende Studien zeigten, dass die Ionenmobilität stark von der Grösse der Hydrathülle bestimmt wird: Stärker hydratisierte Anionen diffundieren langsamer durch die Beschichtung. Diese fundamentale Erkenntnis erklärt, warum verschiedene Elektrolyte trotz ähnlicher Konzentrationen unterschiedliche Auswirkungen auf die Barrierewirkung von Beschichtungen haben können – ein wichtiger Aspekt für die Beurteilung von Beschichtungen in verschiedenen Anwendungsumgebungen.
Die zweischichtige Methodik bietet damit einen robusten Rahmen zum Verständnis der elektrolytgetriebenen Transportmechanismen von Wasser und Ionen durch organische Beschichtungen – unabhängig voneinander. Für Formulierer und Entwickler von Korrosionsschutzsystemen liefert die Studie wertvolle Einsichten in die Zusammenhänge zwischen Formulierungsparametern wie PVK, Elektrolyteigenschaften und Beschichtungsperformance. Der methodische Ansatz eröffnet zudem neue Perspektiven für die systematische Optimierung von Barrierebeschichtungen und die verbesserte Interpretation von Alterungs- und Korrosionsschutztests. Insbesondere im Kontext der Entwicklung von Beschichtungen für spezifische maritime, industrielle oder atmosphärische Umgebungen gewinnt das Verständnis der entkoppelten Wasser- und Ionentransportmechanismen erheblich an Bedeutung.
Quelle: Jiryaeisharahi, Z. et al. On the effects of anion nature and electrolyte concentration on decoupled water and ion diffusion in organic coatings: Insights from two-layer EEC-modelled ORP-EIS data. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110298
