Biobasierte Beschichtungen für Baustoffe im Außenbereich

Außenanwendungen stellen hohe Anforderungen an Beschichtungen

Konventionelle Beschichtungen basieren primär auf fossilen Rohstoffen wie Epoxid-, Polyurethan-, Alkyd- oder Acrylharzen. Diese Materialien bieten zwar eine hohe Stabilität, Langlebigkeit und Witterungsbeständigkeit, bringen jedoch erhebliche ökologische Nachteile mit sich. Bei der Anwendung und während des gesamten Lebenszyklus entstehen hohe Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs). Zudem belasten problematische Abfälle und der Abrieb von Mikroplastik dauerhaft unsere Umwelt. Zwar existieren bereits erste biobasierte Alternativen auf dem Markt, doch ihr Anteil an nachwachsenden Rohstoffen liegt meist deutlich unter 40 Prozent. Der Grund hierfür ist, dass sich bisher zentrale chemische Funktionen nur schwer mit rein natürlichen Komponenten realisieren lassen.

Biobasierte Hochleistungsbeschichtungen mit hoher Funktionalität

Ziel des Forschungsprojekts »BioComa« ist die Entwicklung wasserbasierter Beschichtungen für den Außenbereich, die fossile Systeme funktional ersetzen können. Der Fokus liegt auf hoher Feuchtebeständigkeit, ausgezeichneter UV-Stabilität und langer Lebensdauer. Der gezielte Einsatz von Proteinen, Kohlenhydraten und Lignin ermöglicht Beschichtungen mit einem biobasierten Anteil von über 80 Prozent. Durch intelligente Modifikation der Naturstoffe sind diese neuen Systeme bisherigen biobasierten Beschichtungen technisch überlegen. Eine maßgeschneiderte Vernetzung von Proteinen sorgt für die notwendige mechanische Festigkeit der Beschichtung. Gleichzeitig dienen spezielle UV-Blocker auf Ligninbasis als Schutzschild gegen Sonnenstrahlung und verhindern die vorzeitige Hydrolyse des Materials. Die Haftung und chemische Beständigkeit lassen sich durch kohlenhydratbasierte Vernetzungsagentien optimieren. Ergänzend steigern hydrophobe biobasierte Additive die Wasserabweisung, die Oberflächenqualität und verbessern das optische Erscheinungsbild. So entstehen nachhaltige Beschichtungssysteme, die in Leistung und Stabilität mit konventionellen Lacken konkurrieren können.

Gezielte Kombination von biobasierten Bindemitteln und Additiven

Das Fraunhofer IVV konzentriert sich schwerpunktmäßig auf die Entwicklung proteinbasierter Bindemittel und biobasierter Vernetzungsagentien. Die besondere Herausforderung liegt dabei in der Formulierungsentwicklung. Um eine hohe Beständigkeit für den Außenbereich erzielen zu können, kombinieren die Forschenden am Fraunhofer IVV biopolymere Bindemittel gezielt mit biobasierten Additiven. Filmbildung, Haftung, Wasserbeständigkeit und Langzeitstabilität werden unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen durch die Feinabstimmung der Rezepturen präzise gesteuert. So können biobasierte Beschichtungssysteme entstehen, die in ihren Eigenschaften fossile Harze sogar übertreffen können.

Skalierung biobasierter Bindemittel vom Labormaßstab bis zur Marktreife

Neben der Materialentwicklung steht die industrielle Umsetzbarkeit im Fokus von »BioCoMa«. Die entwickelten biobasierten Beschichtungsformulierungen werden deshalb so ausgelegt, dass sie vollständig mit bestehenden Fertigungsprozessen kompatibel sind. Unternehmen sollen ihre vorhandenen Anlagen nutzen können, ohne teure Umrüstungen vornehmen zu müssen. Um eine gleichbleibende Rohstoffqualität zu gewährleisten, setzt das Fraunhofer IVV auf die Aufbereitung natürlicher Reststoffe durch enzymatische und milde chemische Modifikationen.

Das internationale Forschungsprojekt »BioCoMa« ist in ein starkes europäisches Konsortium aus deutschen und belgischen Forschungs- und Industriepartnern eingebettet. Die Partner ergänzen sich mit einer hervorragenden Expertise in den Bereichen Biopolymerchemie, Beschichtungsformulierung und industrielle Verarbeitung.