Innovative Pulverlackbeschichtung für superhydrophobe Oberflächen
Fast alle technischen Oberflächen sind heutzutage zur Optimierung der Oberflächenfunktionalitäten beschichtet, lackiert oder bedruckt. Pulverlacke weisen gegenüber Nasslacken erhebliche Vorteile auf, da keine umwelt- und gesundheitsgefährdenden Lösemittel emittiert werden und deutlich weniger Abfälle beim Lackierungsprozess anfallen. Im Gegensatz zu lösemittelbasierten Lacken ließen sich bislang allerdings mit Pulverlacken keine wirtschaftlich und technisch nutzbaren Beschichtungen für superhydrophobe Oberflächen mit Selbstreinigungseffekt herstellen.
Worum geht es?
In Deutschland werden jährlich ca. 2 Mio. Tonnen Lacke für die Funktionalisierung technischer Oberflächen eingesetzt. Dabei sind superhydrophobe Oberflächen in vielen Branchen von hoher technischer und wirtschaftlicher Relevanz. Bei metallischen Substraten wird durch die wasserabweisende Wirkung die Diffusion von Wassermolekülen verringert und damit der Korrosionsschutz deutlich verbessert. Ebenso wird die Bildung von Biofilmen vermindert und der Selbstreinigungseffekt ermöglicht längere Reinigungsintervalle, was zu einer deutlichen Ressourceneinsparung und einer geringeren Belastung der Umwelt führt. Die Umsetzung superhydrophober Oberflächen auf Pulverlackbasis scheiterte bislang allerdings an geeigneten Additiven. Nur in hohen Konzentrationen lässt sich ein Selbstreinigungseffekt erzielen, wobei allerdings andere Lackeigenschaften wie Haftung, Glanz oder Verschleißfestigkeit beeinträchtigt werden. Bei niedrigen Konzentrationen hingegen gelangen zu wenig Additive an die Oberfläche, um die erforderliche Rauigkeit hervorzurufen. Bei Nasslack-basierten Superhydrophobielösungen besteht darüber hinaus das Problem, dass oftmals polyfluorierte Chemikalien eingesetzt werden, deren Verbot derzeit von der Europäischen Chemikalienagentur geprüft wird.
Bioinspirierter Lösungsansatz und mögliche Anwendungen
Im Projekt PLackLoS soll ein Beschichtungssystem erforscht werden, mit dem erstmals stabil und prozesssicher die industrielle Herstellung superhydrophober Pulverlackschichten möglich werden soll. Zur Realisierung hat sich ein Verbund aus drei KMU, die entlang der Wertschöpfungskette der industriellen Pulverbeschichtung tätig sind, und ein Polymerforschungsinstitut zusammengefunden, um eine innovative Systemlösung für diese Aufgabenstellung zu untersuchen. Teilziele des Projektes sind die Entwicklung eines bioinspirierten Verfahrens zur Selbstausbildung superhydrophober Oberflächen mittels maßgeschneiderter Additive, die Erarbeitung einer innovativen Pulverlackformulierung, um diese Additive in die Lackschicht einzubinden, die chemische Vorbehandlung für eine haftfeste Beschichtung der Produkte sowie die Erarbeitung eines innovativen Beschichtungsprozesses, der die Selbstausbildung der superhydrophoben Oberflächeneigenschaften sicher ermöglicht.
Die Bioinspiration der Innovation liegt in der Nutzung eines besonderen Auftriebseffektes, der in der Natur bei einigen Wasserpflanzen beobachtet wird, deren Blätter oder Blüten damit an die Wasseroberfläche auftreiben. Dieser Effekt soll technisch nachgebildet werden, so dass sich ausgewählte Additive im Pulverlack spontan an der Oberfläche anordnen und diese mikrorau und superhydrophob funktionalisieren.
Damit entsteht ein besonders nachhaltiges und ressourcenschonendes Beschichtungssystem für selbstreinigende Oberflächen unter Vermeidung von Biofilmbildung und mit sehr hohem Korrosionsschutz, das ohne Verwendung von Lösemitteln bei der Herstellung oder im Lack auskommt. Aufgrund der deutlich besseren Umwelteigenschaften und der Kompatibilität mit regulatorischen Vorgaben bestehen für das innovative Beschichtungssystem hohe Substitutionspotenziale im Milliardenmarkt technischer Beschichtungen und dementsprechend gute wirtschaftliche Erfolgsaussichten.
