Keratin – Ein multifunktionaler Füllstoff für Beschichtungen
Ein kostengünstiger und multifunktionaler Füllstoff für Lacke und
Beschichtungen könnte künftig aus Hühnerfedern gewonnen werden: Keratin.
Forschende zweier Fraunhofer-Institute haben mit dem Protein
vielversprechende Ergebnisse erzielt.
Lacke und Beschichtungen werden häufig mit mineralischen Füllstoffen
gestreckt, um sie unempfindlicher zu machen, das Volumen zu erhöhen und
die Herstellungskosten zu senken – mit Silikaten und Carbonaten zum
Beispiel. Das sind Minerale, die massenhaft in vielen Sanden enthalten
sind. Um sie als Füllstoff verwenden zu können, muss der Sand jedoch
zunächst gefiltert, gereinigt und anschließend unter hohem Energieaufwand
chemisch umgeformt werden – heutzutage ein ernstzunehmender Kostenfaktor.
Forschende vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP im
Potsdam Science Park sowie vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik
und Automatisierung IPA in Stuttgart haben sich deshalb auf die Suche nach
kostengünstigen Alternativen gemacht. Sie stießen auf einen biogenen
Reststoff, der weltweit in gigantischen Mengen anfällt und bisher kaum
Verwendung findet: Hühnerfedern.
Ein robustes Strukturprotein mit interessanten Eigenschaften
»Hühnerfedern eignen sich nicht für Bettdecken oder Daunenjacken und nur
eine sehr kleine Menge wird zu einem Mehl verarbeitet und an Großvieh
verfüttert«, sagt Dmitry Grigoriev vom Fraunhofer IAP. »Der allergrößte
Teil verrottet auf Mülldeponien oder wird verbrannt. Dabei enthalten
Federn Keratin, ein robustes Strukturprotein mit interessanten
Eigenschaften«, so der Chemiker weiter.
Wenn zu mikrofeinem Pulver gemahlenes Keratin mit Wasser vermischt und
ausreichend dispergiert wird, bildet sich eine milchige Flüssigkeit, die
nur sehr langsam von Mikroorganismen zersetzt werden kann. Damit hat
Keratin nicht nur das Zeug zum kostengünstigen Füllstoff, sondern könnte
auch als Grundstoff dienen für Lacke und Beschichtungen mit einer erhöhten
Stabilität gegen mikrobiellen Befall. Bei Laborversuchen zeigte Keratin in
Kombination mit geringen Zusätzen an Kupfersalzen oder -partikeln außerdem
eine Schutzwirkung vor ultravioletter Strahlung. Damit könnten
Keratinpartikel künftig Funktionen wahrnehmen, die auch Titanoxid
aufweist. Dieses wirkt ebenfalls antibakteriell und schützt vor UV-Licht,
gilt aber als möglicherweise krebserregend.
Auch Bornitrid kann mit Keratin in Wechselwirkung treten. Liegen von
beiden Stoffen Partikel in einem Bindemittel vor, können sich geordnete
Strukturen ausbilden. Dadurch werden Beschichtungen mechanisch stabil und
stoßfest. »Wasser braucht sehr lange, um in diese Schichten einzudringen.
Dadurch wird seine quellende und korrosive Wirkung zurückgedrängt«, sagt
Matthias Wanner vom Forschungsteam Lackchemische Anwendungstechnik am
Fraunhofer IPA. »Damit wären keratinhaltige Lacke denkbar, die vor Rost
schützen, zum Beispiel Pulverbeschichtungen für Zäune, Gartengeräte oder
Outdoormöbel«, ergänzt Grigoriev. Um diesem Ziel näher zu kommen, wollen
die beiden Forscher künftig mit der Firma Enviral® zusammenarbeiten, einem
Oberflächenveredelungsbetrieb aus dem brandenburgischen Niemegk, der auf
die Verarbeitung von Pulverlacken spezialisiert ist.
Zusätzliche Einnahmequelle für Schlachthöfe
Um Keratin in multifunktionalen Additiven für Beschichtungen verwenden zu
können, müssen die Hühnerfedern gereinigt und zu feinem Pulver umgewandelt
werden. In ihren Laborversuchen testeten Grigoriev und Wanner verschiedene
Methoden. Mit chemischen Verfahren lassen sich zwar recht einfach große
Mengen Keratinpulver herstellen. Allerdings büßt das Keratin dabei seine
Funktionalität in Teilen ein.
Mechanische beziehungsweise mechanochemische Herstellungsverfahren liefern
die besseren Ergebnisse, wirken sich dafür aber an anderer Stelle
nachteilig aus: Im Labor konnten die Forschenden nur wenige Gramm Pulver
herstellen. Um die mechanische Produktion im industriellen Maßstab nutzbar
machen zu können, wollen Grigoriev und Wanner künftig mit der Zoz GmbH
zusammenarbeiten. Das Unternehmen aus Wenden im Sauerland entwickelt und
fertigt spezifische Anlagen für die mechanische Verfahrenstechnik und
stellt mit eigenen Anlagen nanostrukturierte Hochleistungswerkstoffe her.
Ziel der Projektpartner ist es, Abfallmengen und Kosten zu reduzieren. Da
der Transport von Federn aufgrund ihres großen Volumens unwirtschaftlich
ist, soll eine speziell entwickelte Reinigungs- und Zerkleinerungsanlage
Abhilfe schaffen. In dieser Anlage werden die Hühnerfedern direkt vor Ort
gereinigt und zu Nanopulver vermahlen, das anschließend recycelt oder
weiterverarbeitet wird. Dadurch ergeben sich eine kosten- und
ressourceneffiziente Entsorgung, eine Reduzierung der CO2-Emissionen in
der Logistik sowie der Produktionskosten für Lacke und Beschichtungen.
