Wer sein Wohnzimmer streicht, denkt selten darüber nach, was genau in der Farbe steckt, die künftig die Wände ziert. Die Hauptsache ist, dass sie gut deckt, schnell trocknet und nicht unangenehm riecht. Doch diese Farben enthalten meist synthetische Bindemittel, die aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden und oftmals gesundheitlich umstritten sind. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) in Freising haben daher gemeinsam mit der Firma Habich Farben eine umweltfreundliche Alternative entwickelt: „Wir wollten Acrylat-basierte Bindemittel durch biobasierte Alternativen ersetzen, und dazu bieten sich Proteine sehr gut an“, so IVV-Experte Thomas Herfellner.

Das Ziel: nachhaltige Alternativen zu Acrylaten

Bisher basieren die meisten Dispersionsfarben – typische Wand- und Deckenfarben – auf Acrylaten, künstlich hergestellte Stoffe, aus denen zum Beispiel Kleber, Lacke oder Kunststoffe hergestellt werden. Sie sorgen in der Farbrezeptur dafür, dass die Farbpigmente gut an der Wand haften und der Anstrich haltbar bleibt. Doch Acrylate haben einen großen ökologischen Fußabdruck und stehen im Verdacht, gesundheitsschädlich zu sein. 

Die alternative Idee, pflanzliche Proteine als Bindemittel zu nutzen, ist nicht neu. Schon in der Antike wurden Eiweiße aus Milch oder Pflanzen für Farben und Lacke verwendet. Doch moderne Dispersionsfarben müssen strengen Anforderungen genügen: Sie sollen beispielsweise stabil, wasserbeständig und einfach zu verwenden sein. Hier setzten die Forschenden mit dem Projekt DisPro an und untersuchten, wie sich pflanzliche Proteine modifizieren lassen, um mit synthetischen Bindemitteln mitzuhalten. 

„Proteine sind Knäuel, aus denen an der Oberfläche Aminosäurereste herausragen“, veranschaulicht Herfellner. „Wir hängen an diese Reste enzymatisch oder durch eine chemische Reaktion funktionelle Gruppen an, um spezielle Eigenschaften einzustellen.“ Unter funktionellen Gruppen verstehen Chemiker bestimmte Atomgruppen innerhalb eines Moleküls, die dessen chemische Eigenschaften und Reaktivität maßgeblich bestimmen.

Für jede Anwendung ein neuer Prozess

Welche funktionellen Gruppen für bestimmte Eigenschaften infrage kommen, ist in der Chemie grundsätzlich bekannt. Die Herausforderung besteht jedoch jedes Mal aufs Neue darin, für die jeweilige Anwendung die Prozesse zu entwickeln, um diese Modifikationen vorzunehmen. „Für eine Holzlasur oder einen Klebstoff wäre das Verfahren anders“, erklärt Herfellner.

Zunächst erfolgen die Experimente im Ein-Liter-Maßstab im Labor. „Man probiert systematisch einen Baukasten an Substanzen aus und optimiert immer wieder Konzentration, Temperatur, pH-Wert und mehr“, beschreibt er das Vorgehen. „Jeder Versuch wird dann analysiert, etwa wie homogen die Modellrezeptur damit wird, ob sich die Komponenten entmischen oder wie abrieb- und wasserbeständig die Farbe ist.“ Anschließend müssen sich vielversprechende Kandidaten im Technikum im Maßstab von 200 bis 300 Litern beweisen.