Projekt 16100/01

Oberflächenbeschichtungen mit extrem niedriger Oberflächenspannung – Non Toxic Fouling Release Coating

Projektdurchführung

Nanogate Technologies GmbH
Gewerbepark Eschbergerweg
66121 Saarbrücken

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Weiterentwicklung einer neuentwickelten Materialklasse zu einem giftfreien Antifoulingsystem, das sowohl für die Handelsschifffahrt als auch den Sportbootbereich eine praxisgerechte Lösung darstellt. Dieses Antifoulingsystem soll einen Ersatz für die heute verwendeten, biozidhaltigen Beschichtungen bieten, die aus Umweltgesichtspunkten als äußerst problematisch angesehen werden müssen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBasis der Entwicklungsarbeit sind Komplexmaterialien aus Polyelektrolyten und Fluortensiden, die z.B. als Lackadditive eine ultra-niederenergetisch Oberfläche liefern. Da die niederenergetischen Eigenschaf-ten der Fluoradditive allein nicht ausreichend wirksam sind, wird eine Optimierung der Antifoulingeigen-schaften durch Kombination mit anderen Wirkprinzipien gesucht. Die so erhaltenen Beschichtungssysteme werden auf eine Verbesserung der Dauerstabilität untersucht, um eine möglichst lange Standzeit der Beschichtung zu erhalten. Bei diesen Beschichtungssystemen wurde bereits bei der Entwicklung auf Umweltverträglichkeit geachtet. Trotzdem werden sie einem Nachweis der Umweltverträglichkeit unterzogen. Die zuvor schon in Laborversuchen optimierten Systeme werden nun in anschließenden Praxistests unter relevanten Bedingungen getestet, da nur Praxistests eine verlässliche Aussage über die tatsächliche Wirksamkeit der Antifoulingeigenschaften liefern. Im Anschluss an die Praxistests erfolgt eine Auswertung der Ergebnisse und ggf. eine Optimierung der eingesetzten Systeme.


Ergebnisse und Diskussion

Das o.g. Forschungsvorhaben war gemäß dem Antrag in zwei grundsätzlich unterschiedliche Phasen unterteilt. In der 1. Phase sollte vorrangig die Materialentwicklung betrieben werden. Die entwickelten Be-schichtungsstoffe sollten an Hand einschlägiger Labortests bewertet werden. In der zweiten Projektphase waren dann entsprechend umfangreiche Praxistests im Hinblick auf Applizierbarkeit, Dauerhaftigkeit und Wirkung aussichtsreicher Materialentwicklungen vorgesehen. Der Schwerpunkt lag bei der praxisnahen Bewertung der Beschichtungen auf Schiffsrümpfen. Materialentwicklungen waren nur in dem Umfang vorgesehen, in dem sie zur Anpassung/Verbesserung der Basisentwicklungen notwendig werden würden.
Die Arbeiten zur Materialentwicklung haben allerdings zu einem recht frühen Zeitpunkt erkennen lassen, dass mit den von uns geplanten Labortests aussagekräftige Ergebnisse im Bezug auf die Praxistauglich-keit der Beschichtungsstoffe nur mit Einschränkungen zu erzielen sind.
Wir hatten vor diesem Hintergrund unsere gesamte Projektplanung neu bewertet und waren zu dem Ergebnis gekommen, dass eine zielgerichtete und auf soliden Ergebnissen beruhende Entwicklung die sehr frühe Einbeziehung von Praxistests erfordert. Wir hatten daher das Arbeitsprogramm in soweit geändert, als das wesentliche Teile von Phase 2 in Phase 1 integriert wurden. Dies bedeutet, dass frühzeitig Praxistests an Schiffsrümpfen durchgeführt wurden.
F & E
Ergebnisse Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass entgegen der ursprünglichen Auffassung eine Differenzierung der Beschichtungsstoffe im Hinblick auf Süß- bzw. Salzwasseranwendungen sinnvoll ist.
Für Schiffe und hier besonders Sportboote die überwiegend im Süßwasser genutzt werden, konnte eine Beschichtung entwickelt werden, die im Vergleich zum Stand der Technik / Wettbewerbsprodukte, folgende Vorteile aufweist:
· biozid und emissionsfrei
· farblos bzw. farbig gemäß RAL-Standard einfärbbar
· extrem einfache Applikation (Pinsel/Rolle)
· keine Haftprobleme der Beschichtung am Untergrund
· einfache Reinigung der Schiffsrümpfe möglich
· sehr hohe Dauerhaftigkeit
· einfache Überarbeitbarkeit/Reparatur
Dieses Eigenschaftsprofil konnte erst in den letzten Monaten erstellt werden. Für den Sportbootbereich im Süßwasser sind wir davon überzeugt, den Prototypen eines Produktes entwickelt zu haben, so dass wir erste Schritte in Richtung Vermarktung mit unserer Tochtergesellschaft Nanogate Coating Systems GmbH geplant haben.
Nicht ganz so erfolgreich waren wir mit unseren Entwicklungen für Salzwasseranwendungen. Wie in unserem Zwischenbericht dargestellt, bereitet vor allem der Seepockenbefall Probleme. Als Ursache wird die relativ hohe Beweglichkeit der für die Antihaftwirkung verantwortlichen perfluorierten Gruppierungen in der Beschichtung angenommen. Dieser Effekt ist von polymerbasierten Materialien durchaus bekannt. Abhilfe kann hier durch eine entsprechende Versteifung des Polymer-Netzwerkes und der Immobilisierung der perfluorierten Gruppen erreicht werden.
Durch den Zusammenschluss von Colloid und Nanogate konnten wir seit dem 01.01.01 auf komplementäre Technologien zurückgreifen, die eben diese Voraussetzungen erfüllen. Durch den Einbau von na-noskaligen Partikeln kann eine Versteifung des Polymer-Netzwerkes erfolgen, die zusätzlich durch anorganisch-organische Hybrid-Strukturen auf Basis von Heteropolysiloxanen weiter verstärkt werden kann.Die für den Antihafteffekt benötigten perfluorierten Gruppen können zur Immobilisierung, sowohl an die Nanopartikel gebunden, als auch Teile der molekularen Hybridstruktur sein.
Diese Stoffklasse wird in der einschlägigen Literatur als Ormocere oder Nanomere bezeichnet. Auf Basis der uns jetzt zur Verfügung stehenden erweiterten Technologieplattform haben wir das Thema Salzwasser wieder aufgenommen und konnten zwischenzeitlich Beschichtungsstoffe entwickeln, die im Labortest vielversprechende Antihafteigenschaften aufweisen (siehe Anlagen):
1) Quantitatives Prüfverfahren zur Schichtbewertung: Kontaktwinkelmessung von Wasser zu Luft bei Langzeitlagerung unter Wasser
2) Xenotest-Bewitterung: Hohe Bewitterungsstabilität der niedrigen Oberflächenenergie (IFT) bei UV-Schnellbewitterung und Wasserbelastung
3) Tesafilm-Abzugtest: extrem ausgeprägte Antihaft-Eigenschaften auch nach Schnellbewitterung

Wie bereits ausgeführt, haben diese Laboruntersuchungen allerdings nur begrenzt eine Aussagefähigkeit auf die Wirkungsfähigkeit im Praxiseinsatz. Die Testbeschichtungen sind durchgeführt worden und laufen noch im Langzeittest. Die bisherigen Ergebnisse zeigen deutlich, dass für eine Anwendung im Süßwasser eine ausreichende Schutzwirkung besteht


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse dieses Projekte und die daraus resultierenden Produkte werden auf der SMM in 2002 auf dem Sammelstand der DBU einer breiten Öffentlichkeit präsentiert.


Fazit

Trotz der anspruchsvollen Herausforderung eines giftfreien Antifoulinganstrichsystems ist der erreichte Wirkungsgrad der Nanogate Beschichtungsysteme für Süßwasser eine vielversprechende Alternative zu den bisher eingesetzten Antifoulingsystemen im Sportbootbereich. Aufgrund der zuvor genannten Pro-duktvorteile wird Nanogate noch in diesem Jahr mit der Vermarktung der Produkte beginnen. Für die Salzwasseranwendung ist noch weitere Entwicklungsarbeit notwendig.