Lacke und Beschichtungen werden bislang häufig mit mineralischen Füllstoffen wie Silikaten und Carbonaten formuliert, um Volumen und Robustheit zu erhöhen und Kosten zu senken. Die Aufbereitung dieser Minerale erfordert jedoch Filtration, Reinigung und energieintensive chemische Umformung. Forschende des Fraunhofer IAP und des Fraunhofer IPA untersuchen deshalb Keratin aus Hühnerfedern als alternative Quelle für funktionelle Füllstoffe. Hühnerfedern fallen weltweit in grossen Mengen an, werden bisher nur zu einem geringen Teil genutzt und häufig deponiert oder verbrannt.
Eigenschaften von Keratin in Beschichtungen
Aus gereinigten Federn stellen die Wissenschaftler Keratin-Mikropartikel her, die als Füllstoff in Beschichtungen eingesetzt werden können. Wird das zu mikrofeinem Pulver gemahlene Keratin mit Wasser vermischt und dispergiert, entsteht eine milchige Flüssigkeit, die nur langsam von Mikroorganismen abgebaut wird. Im Labor zeigte die Kombination von Keratin mit geringen Anteilen an Kupfersalzen oder Kupferpartikeln zudem eine Schutzwirkung gegenüber ultravioletter Strahlung. Damit könnten Keratinpartikel perspektivisch Funktionen von Titanoxid übernehmen, das ebenfalls antibakteriell wirkt und vor UV-Licht schützt, aber als möglicherweise krebserregend diskutiert wird.
Strukturaufbau mit Bornitrid und Korrosionsschutz
Die Forschenden untersuchen auch das Zusammenspiel von Keratin und Bornitrid in Beschichtungen. Liegen Partikel beider Stoffe gemeinsam in einem Bindemittel vor, können sich geordnete Strukturen ausbilden, die die mechanische Stabilität und Schlagfestigkeit der Schichten erhöhen. Laut Fraunhofer dringt Wasser nur langsam in solche Schichten ein, wodurch quellende und korrosive Effekte reduziert werden. Denkbar sind keratinhaltige Lacke, die vor Rost schützen, etwa im Bereich von Pulverbeschichtungen für Zäune, Gartengeräte oder Outdoormöbel. Für weitere Entwicklungsschritte ist eine Zusammenarbeit mit dem Oberflächenveredler Enviral geplant, der auf Pulverlackanwendungen spezialisiert ist.
Herstellungsverfahren und Skalierungsfragen
Für die Nutzung in Beschichtungen müssen Hühnerfedern zunächst gereinigt und zu feinem Pulver verarbeitet werden. Im Labor haben die beteiligten Teams verschiedene Aufbereitungsmethoden getestet. Chemische Verfahren ermöglichen zwar die Herstellung grösserer Mengen Keratinpulver, gehen aber mit Einbussen bei der Funktionalität einher. Mechanische und mechanochemische Verfahren liefern bessere Produkteigenschaften, sind im Labormassstab jedoch nur für geringe Mengen geeignet. Um die mechanische Herstellung in den industriellen Massstab zu überführen, ist eine Kooperation mit der Zoz GmbH geplant, die Anlagen für mechanische Verfahrenstechnik entwickelt und nanostrukturierte Werkstoffe produziert.
Dezentrale Aufbereitung und potenzielle Zusatzerlöse
Das gemeinsame Ziel der Projektpartner besteht darin, Abfallmengen und Kosten zu senken. Da Hühnerfedern aufgrund ihres Volumens nur unwirtschaftlich transportiert werden können, ist eine speziell entwickelte Reinigungs- und Zerkleinerungsanlage direkt an Schlachtstandorten vorgesehen. In dieser Anlage sollen die Federn vor Ort gereinigt und zu Nanopulver vermahlen werden, das anschliessend recycelt oder weiterverarbeitet werden kann. Die Forschenden erwarten davon eine kosten- und ressourceneffizientere Entsorgung, geringere CO2-Emissionen in der Logistik und niedrigere Produktionskosten für Lacke und Beschichtungen. Langfristig könnten Schlachthöfe so eine zusätzliche Einnahmequelle erschliessen.