Zinkstaubfarbe

Zwei Schutzmechanismen

• Kathodischer Schutz: An Störstellen, wo blankes Eisen, Zink und Wasser Kontakt haben, gehen Zinkionen in Lösung — das unedlere Zink opfert sich, das Eisen wird nicht oxidiert (Opferanode).
• Barriereeffekt: Die Zinkstaubpartikel bilden eine Schutzschicht; Poren werden durch Reaktionsprodukte des Zinks mit Sauerstoff und Wasser (Zn(OH)2, ZnO) abgedichtet.

Warum viel Zink nötig ist

Der kathodische Schutz wirkt erst optimal, wenn genug metallischer Zinkstaub elektrischen Kontakt hat. Nach ISO 12944-5 gelten ≥ 80 % Zinkstaub im Trockenfilm als Basis für zinkreiche Grundbeschichtungen; hochwertige Zinkstaubgrundierungen liegen in der Praxis häufig bei etwa 90–95 %. Für zinkreiche Grundierungen wird ein hoher Anteil metallischen Zinks im Zinkstaub angestrebt; die konkrete Spezifikation des Zinkstaubs richtet sich nach Produkt und System.

Bindemittel und Verträglichkeit

Als Bindemittel eignen sich z. B. epoxidmodifizierte Alkydharze (oxidativ härtend, Sikkative und Hautverhinderer nötig), Epoxidsysteme oder feuchtigkeitshärtendes 1K-Polyurethan: Ein NCO-terminiertes Präpolymer (siehe L-26) reagiert mit der Luftfeuchtigkeit und vernetzt zu einem harten, gut haftenden Film — praktisch für die Stahlbau- und Werftlackierung, weil kein Ansetzen wie beim 2K-System nötig ist. Wichtig: keine stark sauren oder basischen Bindemittel, sonst reagiert das Zink chemisch (bei Säuren Wasserstoffbildung, lösliche Salze), was die Schutzwirkung mindert. Daneben gibt es anorganische Zinkstaubgrundierungen (Zinksilicatfarben): Klassisches Bindemittel ist ein lösemittelhaltiges Ethylsilicat (Kieselsäureester), das mit Luftfeuchtigkeit zu einem SiO₂-Netzwerk hydrolysiert; daneben stehen heute wasserbasierte, silanbasierte 2K-Bindemittel mit nahezu null VOC zur Verfügung (z. B. Dynasylan SIVO 140, Evonik). Sie sind sehr hitzebeständig und als Shopprimer im Schiff- und Stahlbau verbreitet (siehe L-103).

Absetzen und Einarbeitung

Wegen der hohen Dichte setzt sich Zinkstaub schnell ab; Antiabsetzmittel (z. B. Bentonit-Paste) sind daher besonders wichtig, und der Bodensatz muss aufrührbar bleiben. Eingearbeitet wird durch langsames Einstreuen in die Bindemittellösung unter Rühren mit dem Dissolver.

Umwelt und Sicherheit

Trockener Zinkstaub ist sehr reaktiv und brennbar (feine Teilchen, große Oberfläche): erhöhte Staubbildung vermeiden, Feuer- und Zündquellen fernhalten, elektrostatische Entladungen verhindern. Feiner Zinkstaub kann eingeatmet werden; Schutzmaßnahmen sind anhand der Gefährdungsbeurteilung, Exposition und des Sicherheitsdatenblatts festzulegen. Geeignete Atemschutzmaßnahmen sind bei relevanter Staubexposition erforderlich.

Schweißen und thermisches Trennen zinkbeschichteter Teile

Werden Bauteile mit Zinkstaubgrundierung oder anderen zinkhaltigen Beschichtungen geschweißt, geschliffen oder thermisch getrennt (Brennschneiden, Plasmaschneiden), entsteht Zinkoxidrauch (ZnO). Das Einatmen von frischem Zinkoxidrauch kann Zinkrauchfieber auslösen — grippeähnliche Symptome (Fieber, Schüttelfrost, Gliederschmerzen), die typischerweise einige Stunden nach der Exposition auftreten und meist innerhalb von 24–48 Stunden abklingen. Vorbeugung: wirksame Absaugung am Entstehungsort, geeigneter Atemschutz nach Gefährdungsbeurteilung (je nach Exposition Partikelfilter wie P2/FFP2 oder höhere Schutzstufen, bei intensiver Exposition Gebläseatemschutz), ausreichende Lüftung des Arbeitsbereichs. Diese Maßnahmen gelten generell für alle zinkhaltigen Überzüge und Beschichtungen, nicht nur für Zinkstaubgrundierungen.

Reaktionsgleichung: kathodischer Schutz (Opferanode)

Das unedlere Zink opfert sich (Anode):
Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻

Am Eisen (Kathode) läuft die Sauerstoffreduktion:
O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻

So bleibt das Eisen geschützt, solange Zink vorhanden ist.

Passiver Korrosionsschutz: 2K-EP-Grundlack mit Zinkphosphat

Neben dem aktiven Schutz durch Zinkstaub schützt ein passiver 2K-EP-Grundlack durch Barriere und Inhibitorpigmente. Zinkphosphat ersetzt das krebserzeugende Zinkchromat (Cr(VI)-frei). Zwei Rezepturvarianten nach Müller/Poth:

Rezept 1 — Stammlack              Gew.-%
EP-Harz Typ 1 (75 % in Xylol)      28,0
Eisenoxidrot                        14,2
Zinkphosphat                        14,2
Schwerspat                           9,5
Talkum                               9,5
MIBK                                 8,0
Xylol                               13,0
n-Butanol                            3,6
Summe Stammlack                    100,0
Härter: Polyamidharz 70 %ig         15,0
  (Aradur 115/70X, Huntsman)
→ Gesamtsumme 115,0; nfA ≈ 69 %; PVK ≈ 33 Vol.-%.

Rezept 2 — Stammlack              Gew.-%
EP-Harz Typ 1 (75 % in Xylol)      27,0
Eisenoxidrot                        15,0
Zinkphosphat                        15,0
Schwerspat                          10,0
Talkum                              10,0
MIBK                                 8,0
Xylol                               12,0
n-Butanol                            3,0
Summe Stammlack                    100,0
Härter: Polyaminoamiddukt 60 %ig    22,0
  (Aradur 423, Huntsman) + Xylol 2,4 + n-BuOH 0,6
→ Gesamtsumme 125,0; nfA ≈ 67 %; PVK ≈ 33 Vol.-%.

Bindemittel: Beckopox EP 301/75X. Applikation: Spritzen, 40–60 µm TF.
Quelle: Müller/Poth, Lackformulierung und Lackrezeptur, Tab. II-1.21.

Merksatz