Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBPBeschichtungssysteme auf Basis von Bitumen dichten beispielsweise Rohre und Tanks ab. Als petrochemische Werkstoffe haben diese jedoch eine schlechte Ökobilanz und enthalten biologisch nicht abbaubare Tenside. Im Forschungsprojekt BeStKat wurden erstmals partiell biogene Beschichtungssysteme für solche Einsatzzwecke entwickelt. Dabei kommen Pflanzenöle und funktionalisiertes Lignin zum Einsatz. Im Ergebnis soll nicht nur eine höhere Umweltverträglichkeit, sondern auch ein breiteres Eigenschaftsprofil sowie eine optimierte Verarbeitbarkeit des Beschichtungssystems erreicht werden.
BeStKat – Multifunktionales Beschichtungssystem auf der Basis pflanzenölbasierter kationischer Tenside
Beschichtete Metallproben
(0 – 20 Prozent Ligninanteil).
Neue biogene kationische Tenside
Das Fraunhofer CBP hat in diesem Zusammenhang eine neue Synthese von biogenen kationischen Tensiden etabliert, bei welcher eine kationische Gruppe in eher unpolarem epoxidiertem Ölsäuremethylester durch die Reaktion mit Betain eingebracht wird. Zur Bestätigung der tensidischen Eigenschaften wurde das neue Molekül mittels Kontaktwinkelmessung untersucht.
Um den biogenen Charakter des Beschichtungssystems weiter zu erhöhen, sollte Lignin beigemischt werden. Damit eine bessere Einbindung gelingt, wurde das Lignin chemisch mit Carboxylgruppen funktionalisiert. Dabei stieg der Carboxylgruppen-Gehalt durch Oxidation nachweislich von 1 auf 2 mmol/g Lignin.
Säure- und laugestabile Beschichtungen mit hervorragenden Eigenschaften
Das Fraunhofer IMWS hat verschiedenste Beschichtungssysteme in Demonstratoren verarbeitet und geprüft (Abb. 1). Ergebnis sind ligninhaltige Beschichtungen, die im Vergleich zur Referenzbeschichtung gegen Säuren sowie Laugen stabiler sind. Bei Witterung zeigte die Referenzbeschichtung bei Oberflächentemperaturen bis zu circa 40 °C ein Abtropfverhalten, wohingegen die Beschichtungen mit Lignin stabil blieben. Dies weist auf eine Einbindung des Lignins in die Bitumenemulsionen hin, wodurch ein Abtropfen verhindert wird. Weiterhin wurde der hydrophile Charakter der Beschichtungsemulsion durch die Zugabe von Lignin erhöht. Dies erleichtert das Verarbeiten und verbessert die Benetzung von Oberflächen.
Ausblick
Insgesamt zeigte das neue Beschichtungssystem bessere physikalische und chemische Eigenschaften als das herkömmliche System. Nach der Aufstellung der Ökobilanz wird abschließend die Möglichkeit einer Skalierung bei dem Projektpartner beurteilt und untersucht. Das Beschichtungssystem könnte dann für Anwendungen in der Beschichtung von Wärmespeichertanks und Rohren oder für abriebfeste Beschichtungen von Transportbändern genutzt werden. Auch weitere Anwendungen im Energiesektor, dem Maschinen- und Gerätebau sowie der Verkehrstechnik sind möglich.
Projektinformation
Projekttitel
BeStKat – Multifunktionales Beschichtungssystem auf der Basis pflanzenölbasierter kationischer Tenside
Projektlaufzeit
Januar 2019 – Dezember 2021
Projektpartner
- Bausion Straßenbau-Produkte GmbH
- Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, Halle (Koordination)
- Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP, Leuna
Förderung
Wir danken dem Land Sachsen-Anhalt und der Investitionsbank des Landes Sachsen-Anhalt (IB LSA) für die Förderung des Projekts »BeStKat«.
