Was sind Korrosionsinhibitoren und wie funktionieren sie?
Korrosionsinhibitoren sind chemische Verbindungen, die entwickelt wurden, um die Korrosionsrate von Metallen zu reduzieren oder zu verhindern. Diese Stoffe wirken durch die Bildung einer schützenden Schicht auf der Metalloberfläche, die korrosive Stoffe wie Sauerstoff und Wasser abblockt. Diese Schicht kann entweder physikalisch durch Adhäsionskräfte oder chemisch durch eine Reaktion mit der Metalloberfläche entstehen.
Es gibt verschiedene Typen von Korrosionsinhibitoren, die nach ihrem Wirkmechanismus kategorisiert werden:
- Passivatoren: Bilden eine stabile Oxidschicht, die das Metall schützt.
- Adsorptionsinhibitoren: Haften an der Metalloberfläche und blockieren Reaktionsstellen für korrosive Medien.
- Deckschichtbildner: Erzeugen Schutzschichten, wie Phosphate oder Borate.
- Destimulatoren: Neutralisieren korrosive Substanzen, beispielsweise Sauerstoff, im Medium.
Korrosionsinhibitoren sind in verschiedenen Industrien verbreitet, zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie, bei der Wasseraufbereitung und in der Metallverarbeitung.
Korrosionsinhibitoren in Prozessflüssigkeiten
In Prozessflüssigkeiten wie Kühlschmierstoffen und Reinigungsmitteln werden häufig wasserlösliche Korrosionsinhibitoren eingesetzt. Diese Chemikalien bilden einen dünnen Film auf Metalloberflächen, der den direkten Kontakt mit der Flüssigkeit verhindert und somit Korrosion vorbeugt.
Die genutzten Inhibitoren sind überwiegend organische polare Moleküle, wie Alkohole und Fettsäuren. Sie verhindern Korrosion hauptsächlich durch zwei Mechanismen:
- Physikalische Adhäsion: Die Inhibitoren haften durch Adhäsionskräfte an der Metalloberfläche.
- Chemische Adsorption: Die Inhibitoren binden sich chemisch an die Metalloberfläche.
Bei der Auswahl geeigneter Korrosionsinhibitoren ist es wichtig, dass die spezifischen Eigenschaften der Prozessflüssigkeit beibehalten werden. Beispielsweise müssen bei Reinigungsmitteln der pH-Wert und die Kompatibilität mit anderen Zusätzen wie Emulgatoren gewährleistet sein.
Korrosionsinhibitoren für Betriebswasser
In technischen Systemen wie Heizungs- und Klimaanlagen sowie geschlossenen Kühlkreisläufen wird häufig Betriebswasser verwendet. Um Korrosion zu verhindern, werden spezielle Inhibitoren eingesetzt, die den Sauerstoff im Wasser binden und dadurch das Metall vor korrosiven Reaktionen schützen.
Traditionell wurde Hydrazin als Korrosionsinhibitor verwendet, allerdings findet es wegen seiner Giftigkeit und krebserregenden Eigenschaften heute nur noch eingeschränkt Anwendung. Heutzutage stehen sicherere Alternativen zur Verfügung, die ebenfalls den Sauerstoffgehalt im Wasser reduzieren und eine langfristige Schutzwirkung bieten. Diese modernen Inhibitoren bestehen oft aus Chemikalienkombinationen, die mehrere Schutzmechanismen kombinieren, wie Phosphate, Silikate und Azole.
Die Wahl des geeigneten Inhibitors hängt von den spezifischen Bedingungen und Anforderungen des jeweiligen Systems ab. Dabei müssen Wasserparameter regelmäßig überprüft und angepasst werden, um einen kontinuierlichen Schutz zu gewährleisten.
Flüchtige Korrosionsinhibitoren (VCI)
Flüchtige Korrosionsinhibitoren (VCI) bieten einen temporären Korrosionsschutz für metallische Werkstoffe. Diese Substanzen können bei niedrigen Temperaturen verdampfen und eine schützende Atmosphäre um das Metall erzeugen. Der Schutzprozess umfasst mehrere Schritte:
- Verdampfung: Eingebettet in Trägermaterialien wie Papier oder Folien, verdampfen die VCI-Moleküle bei der Öffnung der Verpackung.
- Diffusion: Die verdampften Moleküle verteilen sich in der Umgebung und sättigen die Luft mit dem Inhibitor.
- Adsorption: Die Moleküle setzen sich auf der Metalloberfläche ab und bilden eine dünne Schutzschicht, die Wasser und Sauerstoff abhält.
VCI-Materialien haben den Vorteil, dass sie auch schwer zugängliche Bereiche wie Hohlräume erreichen können und keine Reinigung der Metallteile nach Entfernen der Verpackung notwendig ist. Sie werden häufig in der Verpackungstechnik und Elektrotechnik eingesetzt, um Metallteile während des Transports und der Lagerung zu schützen.
Verschiedene Arten von Korrosionsinhibitoren
Korrosionsinhibitoren werden basierend auf ihrer Funktionalität und Wirkungsweise in verschiedene Kategorien eingeteilt:
1. Anorganische Korrosionsinhibitoren:
- Phosphate: Schützen durch Bildung stabiler Schutzschichten, weit verbreitet in Wasseraufbereitungssystemen.
- Chromate: Bilden schützende Oxidschichten, werden jedoch zunehmend durch umweltfreundlichere Alternativen ersetzt.
- Silikate: Besonders effektiv in alkalischen Umgebungen, neutralisieren korrosive Säuren.
2. Organische Korrosionsinhibitoren:
- Amine und Imidazoline: Blockieren reaktive Stellen, häufig in der Erdölverarbeitung und in Korrosionsschutzölen verwendet.
- Benzotriazole: Besonders geeignet zum Schutz von Kupfer und Kupferlegierungen.
- Phosphonate: Bieten vielseitigen Schutz in wässrigen und ölbasierten Systemen.
3. Flüchtige Korrosionsinhibitoren (VCI):
Aminnitrite und Amincarbonate: Verdampfen bei Raumtemperatur und erzeugen eine schützende Atmosphäre.
4. Polarisationsinhibitoren:
- Natriumnitrit: Reduziert die anodische Reaktion, verzögert die Rostbildung.
- Kaliumdichromat: Wirkt als kathodischer Inhibitor, verringert korrosive Wechselwirkungen.
5. Film bildende Korrosionsinhibitoren:
Epoxyharze und Polyvinylbutyral: Bilden dichte Schutzschichten, blockieren Feuchtigkeit und Sauerstoff, häufig in der Luftfahrt- und Schifffahrtsindustrie.
6. Bio-basierte Korrosionsinhibitoren:
Umweltfreundliche Inhibitoren aus natürlichen Materialien, zunehmend in nachhaltigen Anwendungen verwendet.
Bei der Auswahl eines geeigneten Korrosionsinhibitors sollten Sie die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung, die Umgebungsbedingungen und die chemische Beschaffenheit des zu schützenden Metalls berücksichtigen, um die Lebensdauer und Funktionalität Ihrer Metallteile optimal zu bewahren.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten
Korrosionsinhibitoren werden in verschiedenen Bereichen der Industrie eingesetzt, um die Lebensdauer und Funktionalität metallischer Strukturen und Teile zu verlängern. Häufige Anwendungsgebiete sind:
- Wärmekraftwerke: Nutzen Inhibitoren zur Reduktion von Kesselsteinbildung und Korrosion in Heizsystemen.
- Automobilindustrie: Schützt Motorenteile und Kühlsysteme vor Korrosion.
- Marine- und Offshore-Industrien: Verhindert Rostbildung durch salzhaltige Seeluft und Wasser.
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