Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Keratin als Füllstoff - gewonnen aus Abfallfedern
Nachhaltige Korrosionsschutzbeschichtungen mit Keratin aus Hühnerfedern
Keratin als biobasierter und multifunktionaler Füllstoff
Keratin aus Hühnerfedern kann als biobasierter Füllstoff mineralische Additive in Lacken und Beschichtungen ergänzen oder perspektivisch teilweise ersetzen. Das fanden Forschende in einem Verbundprojekt von Fraunhofer IAP und Fraunhofer IPA gemeinsam heraus. Das natürliche Strukturprotein bringt Zusatzfunktionen mit, die sich besonders gut für Korrosionsschutzanwendungen eignen: Es kann die Barrierewirkung verbessern, zum UV-Schutz beitragen und mechanische Eigenschaften von Beschichtungen positiv beeinflussen. Damit eröffnet Keratin neue Möglichkeiten für nachhaltige Funktionsbeschichtungen und Korrosionsschutzlösungen.
Biobasierter Füllstoff statt energieintensiver mineralischer Additive
Lacke und Beschichtungen enthalten häufig mineralische Füllstoffe wie Silikate oder Carbonate. Diese vergrößern das Volumen, können Materialeigenschaften verbessern und Herstellungskosten senken. Ihre Gewinnung und Aufbereitung ist jedoch mit Reinigung, Filtration und chemischer Umformung verbunden – und damit mit relevantem Energieaufwand.
Im Projekt KerBe – Federkeratin als biobasierter Füll-/Depotstoff in Lackformulierungen und Beschichtungen untersuchten Forschende der beiden Fraunhofer Institute, wie sich Hühnerfedern als alternative Rohstoffquelle nutzen lassen. Hintergrund: Hühnerfedern fallen weltweit in großen Mengen als biogener Reststoff an und werden bisher nur begrenzt stofflich verwertet. Gleichzeitig enthalten sie Keratin – ein robustes Strukturprotein mit interessanten Eigenschaften für Beschichtungsanwendungen.
Vom Federabfall zum funktionellen Beschichtungsadditiv
Für den Einsatz in Beschichtungen werden gereinigte und vorzerkleinerte Hühnerfedern über mehrere Zwischenschritte zu Keratin-Mikropartikeln verarbeitet. Dazu können die Federn beispielsweise mit Zirkonoxid-Kugeln in einem Dispergiergefäß mechanisch zerkleinert werden. Nach mehreren Stunden entstehen sehr feine Keratinpartikel, die anschließend weiter dispergiert und in Beschichtungsformulierungen eingebracht werden können.
Welche Funktionen Keratin in Beschichtungen übernehmen kann
Keratin ist mehr als ein reiner Volumengeber. Die Partikel können aktiv zur Funktionalität von Beschichtungen beitragen und dadurch neue Formulierungsansätze ermöglichen.
Verbesserte Barrierewirkung
Keratinpartikel können dazu beitragen, dass Wasser langsamer in Beschichtungsschichten eindringt. Dadurch lässt sich die quellende und korrosive Wirkung von Wasser reduzieren – ein wichtiger Ansatz für nachhaltige Korrosionsschutzbeschichtungen.
Zusätzlicher UV-Schutz
In Laborversuchen zeigte Keratin in Kombination mit geringen Mengen an Kupfersalzen oder Kupferpartikeln eine Schutzwirkung gegenüber ultravioletter Strahlung. Dadurch können keratinhaltige Formulierungen perspektivisch zusätzliche Schutzfunktionen in Beschichtungen übernehmen.
Mehr mechanische Stabilität
Keratinpartikel können als Verstärkungsstellen in der Bindemittelmatrix wirken. In Kombination mit weiteren Partikeln wie Bornitrid können sich geordnete Strukturen ausbilden, die Beschichtungen mechanisch stabiler und stoßfester machen können.
Potenzial gegen mikrobiellen Befall
Keratin kann auch für Beschichtungen interessant sein, bei denen eine erhöhte Stabilität gegenüber mikrobiellem Befall relevant ist. In dispergierter Form wird Keratin nur langsam von Mikroorganismen zersetzt.
Wird das mikrofeine Keratinpulver mit Wasser vermischt und ausreichend dispergiert, entsteht eine milchige Suspension. Die Partikel setzen sich nur langsam ab und können für die weitere Formulierungsentwicklung genutzt werden.
Nachhaltiger Korrosionsschutz mit biobasierten Füllstoffen
Ein besonders vielversprechender Anwendungsbereich ist der Korrosionsschutz. Keratinhaltige Beschichtungen können dazu beitragen, das Eindringen von Wasser in die Beschichtung zu verlangsamen. Dadurch wird die korrosive Wirkung reduziert und die Schutzfunktion der Beschichtung unterstützt.
Perspektivisch sind keratinhaltige Lacke und Pulverbeschichtungen für Anwendungen denkbar, bei denen Metalloberflächen zuverlässig vor Witterung, Feuchtigkeit und mechanischer Beanspruchung geschützt werden müssen – zum Beispiel bei Zäunen, Gartengeräten oder Outdoormöbeln.
Chancen für die Industrie
Für Hersteller und Anwender von Lacken, Pulverbeschichtungen und Funktionsbeschichtungen eröffnet Keratin als Füllstoff mehrere Chancen:
- Biobasierte Rohstoffalternative: Keratin wird aus Abfällen der Lebensmittelindustrie gewonnen und kann mineralische Füllstoffe ergänzen oder perspektivisch teilweise ersetzen.
- Multifunktionale Wirkung: Keratinpartikel können Barrierewirkung, UV-Schutz und mechanische Stabilität von Beschichtungen unterstützen
- Nachhaltigere Formulierungen: Durch den Einsatz biogener Reststoffe entstehen neue Möglichkeiten für ressourcenschonende Lack- und Beschichtungssysteme.
- Potenzial für Korrosionsschutz: Keratinhaltige Beschichtungen können das Eindringen von Wasser verlangsamen und damit Schutzfunktionen von Beschichtungen verbessern.
- Neue Formulierungsoptionen: Die Kombination mit weiteren Additiven wie Kupfersalzen, Kupferpartikeln oder Bornitrid eröffnet zusätzliche funktionelle Ansätze.
Forschung im Verbund: Fraunhofer IPA und Fraunhofer IAP
Das Projekt KerBe wurde gemeinsam vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam durchgeführt. Während das Fraunhofer IAP die Erzeugung und Aufbereitung der Keratinpartikel untersuchte, entwickelte und bewertete das Fraunhofer IPA Keratinpartikel haltige Lackformulierungen und Beschichtungen.
Die bisherigen Ergebnisse zeigen: Federkeratin kann als biobasierter Füllstoff in Beschichtungen eingesetzt werden und dabei nicht nur Material ersetzen, sondern auch zusätzliche Funktionen übernehmen.
Entwicklung der keratin-basierten Beschichtung in vier Schritten bis hin zur beschichteten Probe.
Ausblick: Skalierung und industrielle Nutzung
Die Projektergebnisse sind insbesondere für Unternehmen relevant, die nachhaltige Alternativen zu konventionellen Füllstoffen suchen oder funktionelle Beschichtungen mit biobasierten Rohstoffen entwickeln möchten. In einem Folgeprojekt soll der Fokus auf der Überführung in die industrielle Nutzung und auf der Skalierbarkeit liegen.
Damit rückt die Frage in den Mittelpunkt, wie sich Keratinpartikel zuverlässig, wirtschaftlich und prozesssicher in industrielle Lack- und Beschichtungssysteme integrieren lassen. Ziel ist es, das Potenzial von Federkeratin für nachhaltige Beschichtungen weiter zu erschließen.
Matthias Wanner gibt Zirkonoxid-Kugeln in ein Dispergiergefäß. In einem Rüttler zerstoßen die Kugeln dann vorzerkleinerte Hühnerfedern zu einem mikrofeinen Pulver.
Häufige Fragen zu Keratin in Beschichtungen
Was ist Keratin in Beschichtungen?
Keratin ist ein biobasierter Rohstoff, der aus Hühnerfedern gewonnen werden kann. Als mikrofeines Pulver lässt es sich zu Keratin-Mikropartikeln verarbeiten und als funktioneller Füllstoff in Lacken und Beschichtungen einsetzen.
Warum sind Hühnerfedern als Rohstoff interessant?
Hühnerfedern fallen weltweit in großen Mengen als biogener Reststoff an und werden bisher nur begrenzt stofflich verwertet. Sie enthalten Keratin, ein robustes Strukturprotein mit interessanten Eigenschaften für Beschichtungsanwendungen.
Welche Vorteile bietet Keratin gegenüber mineralischen Füllstoffen?
Keratin kann nicht nur als Füllstoff wirken, sondern zusätzliche Funktionen übernehmen. Dazu zählen eine verbesserte Barrierewirkung, UV-Schutz und positive Effekte auf mechanische Eigenschaften von Beschichtungen.
Kann Keratin Korrosionsschutz verbessern?
Ja, Keratin haltige Beschichtungen können dazu beitragen, dass Wasser langsamer in die Beschichtung eindringt. Dadurch kann die quellende und korrosive Wirkung von Wasser reduziert werden.
Für welche Anwendungen sind Keratin haltige Beschichtungen denkbar?
Mögliche Anwendungen liegen im Bereich funktioneller Beschichtungen und nachhaltiger Korrosionsschutzsysteme, zum Beispiel bei Pulverbeschichtungen für Zäune, Gartengeräte oder Outdoormöbel.
