Aktiver
Korrosionsschutz
Der aktive Korrosionsschutz hat zum Ziel, die
Reaktionen, die während der Korrosion ablaufen, zu beeinflussen. Dabei kann sowohl das
Packgut, das korrosive Mittel als auch die Reaktion als solche so gesteuert werden,
dass eine Korrosion vermieden wird. Beispiele hierfür sind die Entwicklung
korrosionsbeständiger Legierungen und der Zusatz von Hemmstoffen (Inhibitoren) zum
angreifenden Medium.
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Passiver
Korrosionsschutz
Beim passiven Korrosionsschutz werden Schäden
dadurch vermieden, dass das Packgut von dem angreifenden korrosiven Mittel mechanisch
getrennt wird. Dies kann durch Schutzschichten, Folien oder sonstige Überzüge erreicht
werden. Diese Art des Korrosionsschutzes ändert jedoch weder etwas an der generellen
Fähigkeit des Packgutes zu korrodieren, noch an der Aggressivität des Mittels. Daher
spricht man hier von einem passiven Korrosionsschutz. Wird die Schutzschicht, Folie etc.
an irgendeiner Stelle zerstört, kann es innerhalb kürzester Zeit zur Korrosion kommen.
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Permanenter Korrosionsschutz
Die permanenten Korrosionsschutzmethoden dienen
hauptsächlich dem Schutz der Güter am Ort der Verwendung. Hier sind die Beanspruchungen
durch die klimatischen, biotischen und chemischen Einflussgrößen relativ gering.
Maschinen z. B. stehen in Hallen und sind damit vor extremen Temperaturschwankungen, die
häufig die Ursache für Schweißwasserbildung sind, geschützt. Beispiele für passive
Korrosionsschutzmethoden sind:
 |
Verzinnen |
|
Galvanisieren |
|
Lackieren |
|
Emaillieren |
|
Verkupfern |
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Temporärer
Korrosionsschutz
Während des Transports, Umschlags und der
Lagerung der Versandstücke kommt es zu ungleich größeren Beanspruchungen als am Ort der
Verwendung. Diese Beanspruchungen können sich z. B. in extremen Temperaturschwankungen
äußern, die zur Gefahr der Schweißwasserbildung führen. Besonders bei Seetransporten
kann es durch den hohen Salzgehalt des Wassers und der Luft zu Schäden kommen, da Salze
stark korrosionsfördernd wirken. Man spricht hier von den sogenannten Seesalzaerosolen.
Folgende temporäre Korrosionsschutzmethoden werden hauptsächlich angewandt:
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1. Schutzschichtmethode
Bei der Schutzschichtmethode handelt es sich um eine
passive Korrosionsschutzmethode. Die Schutzschicht trennt die metallischen Oberflächen
von den aggressiven Medien, wie Feuchte, Salze, Säuren etc..
Es werden folgende Korrosionsschutzmittel verwendet:
|
Lösungsmittelhaltige Schutzmittel
Die Qualität der Schutzfilme ist als sehr gut zu
bezeichnen.
Nach dem Auftragen des Schutzmittels auf das Packgut
muss das Lösungsmittel abdampfen, damit der erforderliche Schutzfilm gebildet wird.
Dieser Trockenvorgang kann je nach Art des verwendeten
Lösungsmittels und der Filmdicke bis zu mehreren Stunden dauern. Je dicker der Film,
desto länger dauert die Trocknung. Wird der Trockenvorgang künstlich beschleunigt, kann
es zu Problemen mit der Anhaftung des Schutzfilms an der Metalloberfläche kommen.
Bei den sehr dünnen und weichen Schutzfilmen muss
stets
der Tropfpunkt beachtet werden, da bei zu hohen Oberflächentemperaturen die Gefahr
besteht, dass der Schutzfilm besonders an vertikalen Flächen herunterläuft.
Da lösungsmittelhaltige Korrosionsschutzmittel oftmals
leicht entflammbar sind, dürfen sie aus Gründen der Arbeitssicherheit nur in
geschlossenen Anlagen verwendet werden.
|
|
Schutzmittel auf Wasserbasis
Schutzmittel auf Wasserbasis enthalten keine Lösungsmittel
und erfordern daher keine geschlossenen Anlagen.
Die Trockenzeiten sind geringer als bei den
lösungsmittelhaltigen Schutzmitteln.
Aufgrund des hohen Wassergehalts sind Schutzmittel auf
Wasserbasis stark temperaturabhängig (Gefahr des Gefrierens bzw. der erhöhten
Viskosität).
Der Vorteil dieser Methode ist die leichte Entfernbarkeit
des Schutzfilms, nachteilig wirkt sich jedoch der hohe Wassergehalt aus, der zum Anstieg
der relativen Luftfeuchte in den Verpackungsräumen führen kann.
|
|
Korrosionsschutzöle ohne Lösungsmittel
Die Qualität der Schutzfilme mittels Korrosionsschutzölen
ohne Lösungsmittel ist nur gering. Sie wird durch zugefügte Hemmstoffe (Inhibitoren)
erreicht. Da diese Korrosionsschutzöle häufig qualitativ gute Schmieröle sind, werden
sie vor allem zum Korrosionsschutz in geschlossenen Anlagen verwendet (Motoren etc.).
|
|
Tauchwachse
Das Aufbringen der Schutzschicht erfolgt durch Eintauchen
des Packgutes in das erwärmte Wachs. Je nach Art des Wachses muss dieses auf bis über
100°C erwärmt werden. Das Entfernen des Schutzfilms ist relativ einfach, da keine feste
Verbindung zwischen Wachs und Metalloberfläche besteht. Da Tauchwachse nur mit relativ
viel Aufwand aufgetragen werden können, ist ihr Einsatz auf einige wenige Einzelfälle
beschränkt. |
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2. Trockenmittelmethode
Einführung
Gemäß der DIN 55 473 wird mit dem Einsatz von
Trockenmitteln folgendes Ziel verfolgt: "Trockenmittelbeutel sollen das Packgut vor
Luftfeuchte während des Transports und der Lagerung schützen, um Korrosion,
Schimmelbefall und ähnliches zu verhindern."
Die Trockenmittelbeutel enthalten wasserdampfadsorbierende,
nicht wasserlösliche und chemisch träge Trockenmittel, wie z. B. Kieselgel,
Aluminiumsilikat, Tonerde, Blaugel, Bentonit, Molekularsiebe etc.. Durch die
Absorptionsfähigkeit der Trockenmittel kann die Luftfeuchte in der Verpackung gesenkt
werden, so dass die Gefahr der Korrosion ausgeschlossen wird. Da die Aufnahmefähigkeit
begrenzt ist, ist dies natürlich nur möglich, wenn das Packgut von einer
wasserdampfdichten und verschweißten Sperrschicht eingeschlossen wird. Man spricht von
einer sogenannten Klima- oder Dichtverpackung. Ist die Sperrschicht nicht wasserdampfdicht, kann
jederzeit Wasserdampf von außen nachströmen, so dass die Trockenmittelbeutel relativ
schnell gesättigt wären, ohne dass die relative Luftfeuchte in der Verpackung verringert
würde.
Trockenmittel werden in sogenannten Trockenmitteleinheiten
(TME) gehandelt. Gemäß DIN 55 473 gilt:
"Eine Trockenmitteleinheit ist diejenige Menge
Trockenmittel, die im Gleichgewicht mit Luft bei 23 ± 2°C die folgenden Mengen
Wasserdampf adsorbiert:
|
min. 3,0 g bei 20% relativer Luftfeuchte |
|
min. 6,0 g bei 40% relativer Luftfeuchte |
Die Anzahl der Trockenmitteleinheiten ist das Maß für die
Adsorptionsfähigkeit des Trockenmittelbeutels."
Trockenmittel werden in Beuteln mit 1/6, 1/3, 1/2, 1, 2, 4,
8, 16, 32 oder 80 Einheiten angeboten. Es gibt sie in staubarmer und staubdichter
Ausführung. Letztere werden verwendet, wenn das Packgut diesbezüglich besondere
Anforderungen stellt.
Berechnung der erforderlichen Trockenmitteleinheiten
Wie viele dieser Trockenmitteleinheiten man benötigt,
ergibt sich aus dem Volumen der Verpackung, aus der realen und der gewünschten relativen
Luftfeuchte innerhalb der Verpackung, dem Wassergehalt des hygroskopischen
Packhilfsmittels, der Art der Sperrschichtfolie (Wasserdampfdurchlässigkeit).
Formel zur Berechnung der Anzahl Trockenmitteleinheiten in
einer Packung (DIN 55 474):
n = (1/a) × ( V × b + m × c + A × e × WDD × t )
| n |
Anzahl der Trockenmitteleinheiten |
| a |
je Trockenmitteleinheit aufnehmbare Wassermenge
entsprechend der zulässigen maximalen Luftfeuchte in der Packung : |
| zul. Endfeuchte |
20% |
40% |
50% |
60% |
| Faktor a |
3 |
6 |
7 |
8 |
| e |
Korrekturfaktor, bezogen auf die zulässige Endfeuchte in
%: |
| zul. Endfeuchte |
20% |
40% |
50% |
60% |
| Faktor e |
0,9 |
0,7 |
0,65 |
0,6 |
| V |
Innenvolumen der Packung im m3 |
| b |
Feuchtegehalt der eingeschlossenen Luft in g/m3 |
| m |
Masse der hygroskopischen Packhilfsmittel in kg |
| c |
Faktor für den Feuchtegehalt der hygroskopischen
Packhilfsmittel in g/kg |
| A |
Oberfläche der Sperrschichthülle in m2 |
| WDD |
Wasserdampfdurchlässigkeit der Sperrschichthülle für
das zu erwartende Klima in g/m2d, gemessen nach DIN 53 122 Teil 1 oder Teil 2 (d = Tag) |
| t |
gesamte Transportdauer in Tagen |
Mit der folgenden Beispielrechnung wird aufgezeigt, wo die
größten Gefahrenpotentiale liegen:
Eine Verpackungsmaschine soll von einem Hersteller in
Deutschland zu einem Kunden nach Brasilien exportiert werden. Die Maschine wird in eine
Kiste aus Holz mit den folgenden Abmessungen verpackt:
| |
Länge innen |
: |
7,00 m |
| Breite innen |
: |
2,75 m |
| Höhe innen |
: |
3,00 m |
Daraus ergibt sich ein Innenvolumen (V)
von: 7,00 m × 2,75 m × 3,00 m = 57,75 m3.
Für die Berechnung der Fläche
(A) der Sperrschicht wird die Fläche der Kisteninnenseiten zu Grunde
gelegt:
| |
2 × (7,00 m × 2,75 m) |
= 38,50 m2 |
| 2 × (7,00 m × 3,00 m) |
= 42,00 m2 |
| 2 × (2,75 m × 3,00 m) |
= 16,50 m2 |
| Summe |
= 97,00 m2 |
Zur Ladungssicherung wird die Verpackungsmaschine mit 6
Kanthölzern aus Kiefernholz abgestützt. Diese sind innerhalb der Klimapackung
angebracht. Das Holz ist lufttrocken, sein Wassergehalt beträgt 15% => Faktor
für den Feuchtegehalt der hygroskopischen Packhilfsmittel (c) = 150 g/kg.
Die Abmessungen der Kanthölzer werden mit 2,70 m × 0,20 m
× 0,20 m (L×B×H) angegeben. Bei einer ungefähren Dichte des Kiefernholzes von 500 kg/m3 ergibt sich folgende Masse (m):
| |
6 × 2,70 m × 0,20 m × 0,20 m = 0,648 m3 |
| 0,648 m3 × 500 kg/m3 = 324 kg Holz |
Außerdem wurden folgende Vereinbarungen getroffen:
Die zulässige Endfeuchte wurde mit 40% angegeben. Daraus
folgt: (a) = 6 g und (e) = 0,7
Als Sperrschichtfolie wird eine Aluminium-Verbundfolie
verwendet, deren Wasserdampfdurchlässigkeit (WDD) 0,1 g/m2d
beträgt.
Der Wassergehalt der eingeschlossenen Luft (b)
beträgt bei 20°C und 80% relativer Luftfeuchte 13,8 g/m3
Der Korrosionsschutz soll für insgesamt 100 Tage reichen (d).
Setzt man die o. a. Werte in die Berechnungsformel ein,
ergibt sich folgende Gleichung:
| n = 1/6 g × [(57,75 m3 × 13,8 g/m3) + (324 kg × 150
g/kg) + (97 m2 × 0,7 × 0,1 g/m2d × 100 d)] |
| n = 1/6 g × (796,95 g + 48600,00 g + 679,00 g) |
| n = 1/6 g × 50075,95 g |
| n = 8346 Trockenmitteleinheiten |
Aus der Berechnung ist zu erkennen, dass sich insgesamt
50075,95 g Wasserdampf in der Klimapackung befinden bzw. durch die Sperrschicht
diffundieren. Für diese Wasserdampfmenge müssten insgesamt 8346 Trockenmitteleinheiten
in der Kiste angebracht werden, was praktisch gesehen, unmöglich ist. Um abzuschätzen,
wo das größte Gefahrenpotential liegt, wird die Berechnungsformel genauer untersucht.
Dabei gilt:
| V × b |
= |
796,95 g |
= |
der Wasserdampf, der in der eingeschlossenen
Luft gebunden ist |
| m × c |
= |
50075,95 g |
= |
der Wasserdampf, der in den hygroskopischen
Packhilfsmitteln gebunden ist |
| A × e × WDD × t |
= |
679,00 g |
= |
der Wasserdampf, der während der gesamten
Schutzdauer durch die Sperrschicht diffundiert |
Aus dieser Betrachtungsweise ergibt sich eindeutig,
dass die hygroskopischen Packhilfsmittel in der Klimapackung das größte Gefahrenpotential in
sich bergen. Daher ist es sinnvoll, diese außerhalb der Sperrschicht anzubringen.
Verschraubungen, Bolzen oder Nagelungen, die durch die Sperrschicht gehen, müssen dann
aber entsprechend abgedichtet werden. Die erforderliche Menge würde sich in diesem Fall
wie folgt ändern.
| |
n = 1/6 g × ( 796,95 g + 679,00 g ) |
| n = 246 Trockenmitteleinheiten |
Diese Anzahl an Trockenmitteleinheiten ist ohne Probleme in
der vorhandenen Kiste anzubringen.
Bei der Berechnung der erforderlichen
Trockenmitteleinheiten nach DIN 55 474 muss beachtet werden, dass davon ausgegangen wird,
dass das gesamte in der Klimapackung gebundene Wasser von dem Trockenmittel aufgenommen
werden muss. Man geht also auch davon aus, dass, wie in diesem Beispiel, die Kanthölzer
bis auf einen Wassergehalt von 0% trocknen. In der Realität ist dies jedoch nicht der
Fall, da bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40% (vereinbarte zulässige Endfeuchte)
der Wassergehalt von Kiefernholz noch ca. 8% beträgt und dieses Wasser nicht an die
Umgebung abgegeben wird. In der Berechnung wird dies jedoch nicht berücksichtigt, wodurch
die Anzahl der ermittelten Trockenmitteleinheiten eigentlich zu hoch ist. Bezogen auf das
obige Beispiel, würde sich folgende Differenz ergeben:
|
bei Trocknung bis auf 0% Wassergehalt: 150 g/kg × 324 kg =
48600 g Wasser |
|
bei Trocknung bis auf 8% Wassergehalt: 80 g/kg × 324 kg =
25920 g Wasser |
48600 g - 25920 g = 22680 g Wasser werden bei der Trocknung
von 18% auf 8% Wassergehalt frei.
Die erforderlichen Trockenmitteleinheiten berechnen sich
dann wie folgt:
| |
n = 1/6 g × (796,95 g + 22680,00 g + 679,00 g) |
| n = 1/6 g × 24155,95 g |
| n = 4026 Trockenmitteleinheiten |
Dadurch würde sich die Anzahl der erforderlichen
Trockenmitteleinheiten um 4320 TME verringern. Trotzdem ist die Menge an
Trockenmitteleinheiten nach wie vor so groß, dass das Anbringen praktisch unmöglich ist.
Es ändert sich nichts an der Tatsache, dass die hygroskopischen Packhilfsmittel in der
Klimapackung das größte Gefahrenpotential beinhalten.
Sperrschichtfolien
Sperrschichtfolien werden in verschiedenen Variationen
angeboten, z. B. als Polyethylen-Folie oder als Verbundfolie mit zwei äußeren
Polyethylenschichten und einer inneren Aluminiumschicht. Beim Vergleich der
Wasserdampfdurchlässigkeit (WDD) dieser beiden Folientypen schneidet die Verbundfolie
weitaus besser ab. Hier werden Werte für die WDD von unter 0,1 (g/m2d) erreicht. Bei der
Verbundfolie legen sich die Sperrschichten so übereinander, dass die Durchlässigkeit
gegenüber einer einzelnen Schicht erheblich verringert wird.
Es wird gemäß den gültigen DIN-Normen jeweils die
Wasserdampfdurchlässigkeit für 20°C und für 40°C angegeben. Aus den Angaben der
Hersteller kann man entnehmen, dass die Wasserdampfdurchlässigkeit mit zunehmender
Temperatur steigt und mit zunehmender Dicke sinkt. Dieses Problem tritt besonders bei
Polyethylenfolien auf, Aluminiumverbundfolien sind dagegen eher unempfindlich gegenüber
Temperatursteigerungen.
Anbringen der Trockenmittelbeutel
Die Trockenmittel sollten an Bindfäden hängend im oberen
Bereich der Klimapackung platziert werden, so dass sie gut von der Luft umspült werden.
Der direkte Kontakt der Trockenmittelbeutel mit dem Packgut
ist auf jeden Fall zu vermeiden, da das feuchte Trockenmittel die Korrosion fördern
würde.
Es ist sinnvoll, anstatt weniger großer
Trockenmittelbeutel besser viele kleine Beutel aufzuhängen, da so die Oberfläche des zur
Verfügung stehenden Trockenmittels größer wird und das Wasser besser adsorbiert werden
kann.
Um eine möglichst lange Schutzdauer zu erreichen,
muss die
Sperrschichtfolie sofort nach Einbringen der Trockenmittelbeutel verschweißt werden.
Trockenmittelbeutel werden immer in bestimmten
Grundpackungen geliefert. Je nach Größe der Trockenmitteleinheiten kann eine
Grundpackung aus einem Beutel (bei 80 TME) oder bis zu 100 Beuteln (bei 1/6 TME) bestehen.
Eine Grundpackung darf erst direkt vor der Entnahme der Beutel geöffnet werden und ist
danach sofort wieder zu verschweißen.
Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen der Trockenmittelmethode
Vorteile
|
Trockenmittel bieten sowohl metallischen als auch
nichtmetallischen Packgütern einen hervorragenden Korrosionsschutz |
|
Die Entfernung der Trockenmittel bei Ankunft beim Empfänger
ist im Gegensatz zu den Schutzfilmen bei der Schutzschichtmethode kein Problem. Das
Packgut ist sofort verfügbar. |
|
Es werden keine besonderen arbeitsschutzrechtlichen Auflagen
gemacht, da das Trockenmittel ungefährlich ist. |
Nachteile
|
Der Arbeitsaufwand für das Anbringen der
Trockenmittelbeutel und Verschweißen der Sperrschichtfolien ist relativ aufwendig. |
|
Kleinste Beschädigungen der Sperrschicht können die
Wirksamkeit des Korrosionsschutzes verhindern |
|
Die Bestimmung der erforderlichen Trockenmitteleinheiten ist
nicht ganz einfach. Es kann leicht zu Überdimensionierungen kommen. Aber: Besser zu viel
schützen, als zu wenig! |
|
Feuchteindikatoren in der Verpackung sind nicht sehr
zuverlässig, da sie nur für bestimmte Temperaturbereiche gelten. |
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3.
VCI-Methode (Volatile Corrosion Inhibitor)
Wirkungsweise und Anwendung
Inhibitoren (Hemmstoffe) werden die Substanzen genannt, die
chemische Reaktionen hemmen oder unterbinden können. Man kann sie auch als Gegenstück zu
den Katalysatoren sehen, da diese bestimmte Reaktionen erst möglich machen oder sie
beschleunigen.
Die VCI-Methode ist im Gegensatz zu der
Schutzschichtmethode ein aktiver Korrosionsschutz, da der chemische Vorgang der Korrosion
durch die Inhibitoren aktiv beeinflusst wird.
Die Wirkungsweise (siehe Abbildung 1) läuft, vereinfacht dargestellt, wie folgt ab: Aufgrund seiner Verdampfungseigenschaft geht der VCI-Stoff - auf Trägermaterialien aus Papier,
Karton, Folien oder Schaumstoff aufgebracht oder in Pulver, Sprays oder Ölen eingearbeitet - relativ kontinuierlich in die Gasphase über und setzt sich auf dem zu schützenden Packgut (Metalloberflächen) als Film ab. Dieser Zustandswechsel vollzieht sich weitgehend unabhängig von üblichen Temperaturen oder Feuchtigkeiten. Die Anziehung zu Metalloberflächen ist dabei stärker als die von Wassermolekülen, somit bildet sich zwischen Metalloberfläche und Umgebungsatmosphäre eine geschlossene
Schutzschicht, so dass der Wasserdampf in der Atmosphäre von der Metalloberfläche
abgehalten wird, und keine Korrosion entstehen kann. Die VCI-Moleküle können
aber auch bereits vorhandene Wasserfilme auf Metalloberflächen durchdringen und
so das Wasser von der Oberfläche abdrängen. Die Anwesenheit des VCI hemmt die
zur Korrosion führenden elektrochemischen Prozesse. Dabei werden entweder die
anodischen oder die kathodischen Teilreaktionen gehemmt. Unter Umständen kann die
Wirkdauer bis zu zwei Jahre andauern.
Abbildung 1: Wirkungsweise von VCI
Die Anwendung der VCI-Materialien ergibt sich aus deren
Wirkweise. Ein zu schützender Gegenstand wird z. B. in VCI-Papier eingewickelt. Die
metallischen Oberflächen des Packgutes sollten zur besseren Wirkungsweise der Methode
möglichst rein sein. Der Abstand zu dem zu schützenden Gegenstand sollte dabei nicht
größer als 30 cm sein. Man rechnet mit etwa 40 g Wirkstoff für 1 m³ Luftraum.
Sinnvollerweise ist der Raum so zu sichern, dass das Gas nicht durch starke Luftbewegungen
ständig aus der Verpackung herausgetrieben wird. Hierfür reicht eine möglichst
geschlossene Umhüllung aus. Ein luftdichtes Verschweißen, wie bei der
Trockenmittelmethode, ist nicht notwendig.
Die VCI-Methode findet vorwiegend bei Gegenständen aus Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Gusseisen, verzinktem Stahl, Nickel, Chrom, Aluminium und Kupfer Anwendung. Die Schutzwirkung oder Verträglichkeit ist in Absprache mit dem Hersteller zu prüfen.
Hinweis: Für die Verwendung wassermischbarer, wassergemischter und
nichtwassermischbarer Korrosionsschutzmittel, von Korrosionsschutzfetten und
-wachsen, flüchtiger Korrosionsinhibitoren (VCI) sowie Materialien, aus denen
flüchtige Korrosionsinhibitoren freigesetzt werden (z. B. VCI-Papier,
VCI-Folien, VCI-Schaum, VCI-Pulver, VCI-Verpackungen, VCI-Öle), gilt die Technische
Regel für Gefahrstoffe, TRGS 615 "Verwendungsbeschränkungen für
Korrosionsschutzmittel bei deren Einsatz N-Nitrosamine auftreten können".
Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen der VCI-Methode
Vorteile
|
Da das Gas auch in Bohrungen und Hohlräume eindringt,
werden auch diese Stellen ausreichend geschützt. |
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Die Wirkdauer kann bis zu zwei Jahren anhalten. |
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Die Umhüllung muss nicht luftdicht verschweißt werden. |
|
Nach dem Ende des Transportes muss das Packgut nicht
gereinigt werden, daher steht es sofort zur Verfügung. |
Nachteile
|
Die VCI-Methode ist nicht für alle Metalle geeignet. Bei
nichtmetallischen Gegenständen (Kunststoffe etc.) kann es zu großen Schäden kommen. |
|
VCI-Wirkstoffe sind in den meisten Fällen gesundheitlich
nicht unbedenklich, so dass zu empfehlen ist, sich vom Hersteller die Ungefährlichkeit
bestätigen zu lassen und Verwendungsvorschriften einzuholen. |
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