Fast alle Materialien werden heute mit Farben oder Lacken behandelt – zum einen, um deren Optik aufzubessern und zum anderen, um sie vor Korrosion zu schützen. Allerdings sind nur wenige der Anstriche biobasiert. Forscher der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm sowie  für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben deshalb eine Beschichtung auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickelt: der Kartoffelstärke. Bisher waren Lacke und Farben mit biobasiertem Bindemittel oder Filmbildner meist zu teuer oder konnten den Anforderungen nicht stand­halten. Doch durch den Einsatz modifizierter Stärke haben die Fraunhofer-Wissenschaftler eine nachhaltige und kostengünstige Lösung geschaffen.

Nachhaltige Beschichtungen für den Innenraum

Im Fokus der Forschung stand die Beschichtung von Metallen im Innenraum, beispielsweise von Aluminium, das etwa für Feuertüren, Computergehäuse oder Fensterrahmen genutzt wird. „Bisher sind klassische industrielle Anwendungsfel­der der Stärke die Papier-, Wellpappen- und Klebstoffindustrie“, sagt Christina Gabriel vom Fraunhofer IAP. Aber auch bei der Herstellung von Beschichtungsmitteln wie Farben und Lacken sind nachhaltige Produktionsprozesse auf dem Vormarsch.

Die Verwendung von Stärke als Hauptkomponente für Farben und Lacke stellte die Wissenschaftler allerdings vor etliche Herausforderungen: „Filmbildner müssen verschie­dene Aufgaben erfüllen. Sie müssen einen zusammenhängenden Film ausbilden, der eine gute Haftfestigkeit auf dem Untergrundmaterial besitzt, kompatibel mit zusätzli­chen Schichten und Additiven ist sowie Pigmente und Füllstoffe einbetten kann“, erläutert Gabriel. Allerdings gibt sie auch zu bedenken, dass Stärke in ihrer natürlichen Form einige Eigenschaften aufweist, die der Verwendung als Filmbildner entgegenstehen: So ist sie weder kaltwasserlöslich, noch bildet sie zusammenhängende, nicht brüchige Filme aus.

Stärke wird verestert und vernetzt

Die Stärke musste also erst einmal modifiziert werden: Dazu wurde sie zunächst abgebaut, um so Wasserlöslichkeit und Feststoffgehalt der Stärke in Wasser als auch ihr Filmbildevermögen zu verbessern. Für eine spätere Anwendung als Beschichtungsmaterial darf sich die Stärke nicht mehr in Wasser auflösen und muss dementsprechend weiter modifiziert werden. Dies geschieht durch eine chemische Veresterung. Die dabei entstehenden Stärkeester sind wasserdispergierbar, bilden geschlossene Filme und weisen eine sehr gute Haftfestigkeit auf Glas- und Aluminiumflächen auf. Anschließend wurde die veresterte Stärke „vernetzt“, und somit weniger wasserlöslich.

Alternative zu erdölbasierten Beschichtungen

Im nächsten Schritt wollen die Fraunhofer-Forscher die Korrosionsbeständigkeit und Haftfestigkeit der modifizier­ten Stärke auf unterschiedlichen Metalluntergründen untersuchen. „Neben dem bisher getesteten Aluminium sollen mit Stahl und verzinktem Stahl zwei weitere wichtige Gebrauchsmetalle getestet werden,“ sagt Gabriel. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass Stärkeester mit ihren guten Filmbildungs- und sehr guten Haftungseigenschaften auf verschiedenen Materialien das Potenzial besitzen, zukünftig eine Alternative zu erdölbasierten Filmbildnern in der Beschichtungsindustrie darzustellen.“

jmr