Fluorfreie Funktionsschichten: Vielversprechende Alternativen zu PFAS

PFAS - die »Ewigkeits-Chemikalie«

PFAS ist die Abkürzung für Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen, die auch unter dem Begriff »Ewigkeits-Chemikalien« bekannt sind. Diese synthetischen Fluorverbindungen umfassen eine Vielzahl von mehr als 10.000 Substanzen. Sie zeichnen sich durch hervorragende technische Eigenschaften aus, darunter ihre Fähigkeit, Wasser, Schmutz und Fett abzuweisen. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie seit Jahrzehnten vielfältig eingesetzt. Ihre Molekülstruktur besteht aus kurz-, mittel- oder langkettigen Molekülen mit Bindungen zwischen Kohlenstoff und Fluor. Die Bindung zwischen diesen beiden Atomen ist sehr stabil und daher in der Umwelt kaum oder nur sehr schwer abbaubar.  

PFAS-Verbot in der EU - und jetzt?

Die Kombination aus physikalischen und chemischen Effekten in ORMOCER®-Beschichtungen ermöglicht maßgeschneiderte Lösungen für den Ersatz von PFAS.

ORMOCER® gehört zur Gruppe der anorganisch-organischen Hybridpolymere und wurde vor über 30 Jahren am Fraunhofer ISC entwickelt. Es zeichnet sich durch hohe Härte, Beständigkeit gegenüber Verschleiß, Temperatur- und Umwelteinflüssen aus. Es kann als eigene Stoffklasse angesehen werden und vereint die Vorteile von anorganischen (Glas- oder Keramik) und organischen (Polymere) Materialien in einem neuen, hybriden Werkstoff, der seinen Beitrag zum schonenden Umgang von Ressourcen und einer nachhaltigen Materialwirtschaft leisten kann.  

ORMOCER® statt PFAS?


Allround-Talent aber (noch) keine All-in-One-Lösung

Viele grundlegende PFAS-Eigenschaften werden bereits durch die ORMOCER®-Materialklasse abgebildet. Über Additive können weitere Oberflächenfunktionen wie beispielsweise Reibeigenschaften (Tribologie) designed werden. Eine fluorfreie All-in-One-Lösung konnte zwar noch nicht entwickelt werden, aber es sind durchaus Kombinationen verschiedener Funktionen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche (u.a. Antihaft, Medical Devices, Aerospace) und Anforderungsprofile möglich.

Unsere Wissenschaftler/innen sind in der Lage, multifunktionelle Schichten auf unterschiedlichsten Materialien kundenspezifisch zu designen.  

Schreiben Sie uns einfach an, wir beraten Sie dazu sehr gerne!

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Beispielvideo: Tropftest

Im Videoclip sieht man, wie gut Wasser auf einer PFAS-freien Schicht abperlt. Es sind auch bereits einige andere herausforderndere Medien erfolgreich getestet worden.

So lassen sich in Zukunft beispielsweise in Industrieanlagen Reinigungsprozesse deutlich effektiver und vor allem ressourcenschonender durchführen.

Fluorfreie Funktionsmaterialien made by Fraunhofer ISC

Fluorfreie schmutzabweisende Beschichtungen (u.a. für Möbel)

Hydrophobe und hydrophile Funktionsschichten
© Fraunhofer ISC

 

Für »Antischmutz-Oberflächen« wurden sowohl hydrophile als auch hydrophobe Eigenschaften in einer neuen Beschichtung vereint. Dieser Effekt wird auch omniphob genannt und ist bislang eine PFAS-typische Eigenschaft.

Die sehr stabile und abriebfeste Beschichtung konnte auf allen haushaltsüblichen Oberflächen dauerhaft aufgebracht werden. Es konnte gezeigt werden, dass umweltfreundliche PFAS-freie Antischmutz-Beschichtungen durchaus zu attraktiven Kosten möglich sind.


Easy-to-clean-Beschichtungen
© AdobeStock / vecteezy

»Alles außer Ketchup«

Tests mit Olivenöl, Rotwein, Kaffee und Zahnpasta zeigten hervorragende Ergebnisse. Nur Ketchup hat sich (bislang) als widerspenstiger Kandidat entpuppt. Falls Tomaten nicht zur Spezifikation gehören, können wir gerne weitere Fragen beantworten und ins Detail gehen.   

 

Flyer Easy-to-clean Beschichtungen

Fluorfreie Beschichtungen für Lebensmittelverpackungen und Polstertextilien

Fluorfreie Funktionsschichten für Textilien und Lebensmittelverpackungen
© alexandercho, Freepik / unsplash

Ambitioniertes Ziel des Projektes »ZeroF« ist es, PFAS durch erneuerbare Ausgangsstoffe und ungiftige Verbindungen zu ersetzen. Die entwickelten Materialien sollen sehr widerstandsfähig gegen Wasser, Öl und Fett sein und die Umweltbelastung um mindestens 25 % verringern.

Das Fraunhofer ISC fokussiert sich auf die Entwicklung einer omniphoben Beschichtung für Textilien. Als PFAS-Alternative wird hier das am ISC entwickelte ORMOCER®-System eingesetzt, welches über die chemische Zusammensetzung, verschiedene Additive sowie Nano- und Mikrostrukturierung optimiert wird.

 

Mehr über ORMOCER®-Beschichtungen

Presseinformation ZeroF

Webseite Projekt ZeroF

Fluorfreie Antifett-Beschichtungen auf Papier

Antifett-Beschichtung auf Papier
© AdobeStock

Entwicklung eines Verpackungsmaterials mit einer insgesamt besseren Umweltleistung

Das EU-Projekt »PLASMANICE« zielte auch auf den Ersatz von Fettbarrierematerialien auf Fluorpolymerbasis durch Sol-Gel-beschichtete Biokunststoffe und den Ersatz von nicht erneuerbaren Barriere-Verpackungsfolien durch Materialien auf der Basis erneuerbarer Energien im Allgemeinen ab.

In vorläufigen Tests zur biologischen Abbaubarkeit konnte das hybride Beschichtungsmaterial zu 90 Prozent abgebaut werden, was ebenfalls ein vielversprechendes Merkmal für seine Verwendung als Beschichtung auf biologisch abbaubaren Biopolymeren (z. B. Papier) in Verpackungsanwendungen ist.

 

Beschichtung von Verpackungen und Folien

Fluorfreie Antihaft- und Barriereschichten

Trennmittel für PU-Schaumstoffe
© pexels

Trennmittel für PU-Schaumstoffteile (BMBF-Projekt »PermaTrenn«)

Im Zuge des BMBF-Projektes »Permanente Trennmittelbeschichtung auf Basis hybrider Nanokomposite (PermaTrenn)« hat das Fraunhofer ISC gemeinsam mit Industriepartnern neuartige permanente Trennmittelbeschichtungen für kunststoffverarbeitende Prozesse in der Automobilzulieferindustrie entwickelt.

Diese leistungsfähige und umweltfreundliche Werkzeugbeschichtung minimiert den Einsatz von Trennmitteln und macht sie teils gänzlich überflüssig – ein Erfolg aus ökonomischer und ökologischer Sicht.

Superhydrophobie durch Oberflächenstrukturierung (Lotus-Effekt)

Oberflächenstrukturierung durch ORMOCER®-Beschichtung
© Fraunhofer ISC

Hydrophobe ORMOCER®-Beschichtung mit hoher Oberflächenrauhigkeit durch eingearbeitete Partikel

Hier haben wir die chemische Natur der Antihaft-Schicht – in dem Fall Hydrophobie – zusätzlich mit einem bekannten physikalischen Effekt – dem Lotus-Effekt – kombiniert. Dies erfolgte durch partikelförmige Additive. Durch diese Kombination aus chemischen und physikalischen Effekten lässt sich gezielt eine Vielzahl von anwendungsspezifischen Antihaft- bzw. Antischmutz-Formulierungen designen. Daneben können noch viele weitere Funktionen in die wenige µm dünnen Schichten integriert werden.

Also viel Potential für PFAS-Ersatz!