Nach derzeitigem Stand werden auch Materialien mit hoher chemischer Stabilität, z. B. TeflonTM, zukünftig in ihrer Zulassung stark eingeschränkt. Bereits jetzt stellen vereinzelt Hersteller die Produktion von fluorierten Verbindungen ein, sodass einige notwendige PFAS-Vorläufermoleküle in Zukunft nicht mehr am Markt erhältlich sein werden. Für die derzeitigen Anwendungen dieser Materialien muss daher ein geeigneter Ersatz gefunden werden.
Das Fraunhofer IGB ist seit Jahrzehnten Experte im Bereich funktionaler Oberflächen und Materialien, auch für Funktionen, die über PFAS-Beschichtungen erzielt werden. Unsere Expertise im Bereich Polymere, Oberflächen und Beschichtungstechnologien setzen wir ein, um unseren Kunden schnell umsetzbare Lösungen für ihre spezifischen Fragestellungen anzubieten.
Die entwickelten Beschichtungen werden unter Laborbedingungen bei uns am Fraunhofer IGB über Plasmaverfahren, andere chemische Gasphasenabscheidungsprozesse oder nasschemisch aufgebracht. Dabei legen wir unser Augenmerk auf eine chemisch stabile (kovalente) Verbindung von Material und Beschichtung, da diese ausschlaggebend für den dauerhaften und erfolgreichen Einsatz der Substitutionsmaterialien ist.
Unser Ansatz zur Realisierung optimaler Substitutionsmaterialien ist es, das Material selbst möglichst dicht am Anforderungsprofil auszuwählen und die Feineinstellung der gewünschten Eigenschaften über die Beschichtung der Materialoberflächen vorzunehmen. Beispielsweise bedeutet dies bei einem Dichtungsring (O-Ring), dass die Volumeneigenschaften, z. B. die geforderte Shore-Härte und Dehnbarkeit, durch das Bulkmaterial geliefert werden. Weitere geforderte Eigenschaften, z. B. der Schlupf und eine Barriere gegen Quellung des Materials, stellen wir durch Beschichtungen her.
Für viele Anwendungen gibt es Bestandteile der künftigen Lösung bereits am Markt, sodass wir für einzelne Komponenten schon auf einem hohen Technologiereifegrad (TRL) einsteigen.
Eine Herausforderung ist die Anpassung der Haftvermittlung zwischen Material und Schicht, wobei auch hier schnell der Sprung nach TRL 7 gelingt. Dank unseres Know-hows in den Materialwissenschaften – unterstützt durch eine sehr gute Oberflächenanalytik – rücken auch beim Einsatz gänzlich neuer Materialien und Substanzen industriell umsetzbare Lösungen schnell in Reichweite.
Um PFAS zu substituieren, besprechen wir zunächst mit unseren Auftraggebern oder Partnern die genauen Einsatzbedingungen der zu ersetzenden Materialien und generieren hieraus ein spezifisches Anforderungsprofil. Häufig stellt man dabei fest, dass PFAS als hochstabile Verbindungen auch ohne extreme Anforderungen eingesetzt wurden. In solchen Fällen finden sich viele Alternativen ohne PFAS. Bei Anwendungen unter harschen Bedingungen (Chemie, Temperatur, Abrasion etc.) greifen wir hingegen tiefer in die Trickkiste und gehen wie oben beschrieben vor, um das Material auszuwählen und die Beschichtungen festzulegen.
Nach Umsetzung der Konzepte im Labor werden die Ergebnisse direkt in der Anwendung bei unseren Partnern validiert. Gegebenenfalls schließt sich eine Optimierungsphase an, bevor wir dann die Technologie skalieren und an Hersteller oder Beschichter übertragen.
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB