FARBE UND LACK // KONFERENZ „Zu Gast bei der Meyer Werft“

Der Vortrag beleuchtet die Grundprinzipien des Korrosionsschutzes durch Beschichtungen und geht dabei speziell auf die besonderen Anforderungen im Schiffbau und in Offshore-Anwendungen ein. Es werden sowohl bewährte als auch neuartige Lösungsansätze vorgestellt, um den aggressiven Bedingungen in Meerwasser und salzhaltiger Luft effektiv zu begegnen.

Kernpunkte:

• Grundlagen der Korrosion in maritimen Umgebungen
• Spezielle Herausforderungen für Beschichtungssysteme im Meerwasser
• Aktuelle Technologien und Materialien für den maritimen Korrosionsschutz

Das Portfolio der Meyer Werft hat sich in den letzten Jahren den Marktbedürfnissen angepasst. Die auf Kreuzfahrtschiffe, Fähren und Gastanker spezialisierten Schiffbauer haben dank ihrer großen Schiffbauhallen auch einen idealen Bauplatz für Konverterplattformen. Dennoch arbeitet die Meyer Werft mit ihrem strategischen Partner ND Coatings weiterhin an den Herausforderungen in der maritimen Technik für Kreuzfahrtschiffe. Das bestimmende Thema in den nächsten Jahren mit Bezug auf die Konservierung sieht der Referent Lars-Eric Etzold in der passenden Beschichtung der Tanks für den Treibstoff Methanol. Hier hat der Markt zwar eine Lösung, doch es gibt noch viele Fragen und Herausforderungen. Ein Dauerthema ist und bleibt die Unterwasserbeschichtung, besonders wenn Regularien für Biozide angepasst werden. Eine Reinigung des Unterwasserschiffes mit einer Biozid freien Beschichtung könnte ein Lösungsansatz für die Zukunft sein.

Im maritimen Umfeld sind Materialoberflächen harschen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, die besondere Anforderungen an entsprechende Schutzbeschichtungen bedingen. Als Alternative zu thermisch-härtenden Lacktechnologien wird der Vortrag vorrangig Lackierungen beleuchten, die mittels Elektronenstrahlvernetzung hergestellt werden. Derartige Schichten zeichnen sich durch eine hohe Witterungsbeständigkeit und auch chemische Stabilität aus, maßgeblich hervorgerufen durch den hohen Vernetzungsgrad der Polymerstruktur. Nach einer kurzen Einführung in die Elektronenstrahltechnologie und prinzipielle Lackeigenschaften werden Technologieoptionen vorgestellt, die einhergehend mit Änderungen der Oberflächenstruktur der Lacke Anti-Fouling- und Anti-Ice-Eigenschaften, hydrodynamische und letztlich auch dekorative Eigenschaften beeinflussen können. Für einen Blick über den Tellerrand werden mittels PVD-Technologien hergestellte Beschichtungen und deren Eigenschaften in Bezug auf Reibungsminderung und Korrosionsschutz ebenfalls an Beispielen vorgestellt.

Verringerung der Treibhausgasemissionen, neue gesetzliche Vorgaben, steigende Rohstoffkosten oder schlicht eigene Weiterentwicklungen zur Verbesserung der Performance – es gab schon immer zahlreiche Gründe für die Farbenhersteller, neue oder modifizierte Antifoulinganstriche zu entwickeln und zu testen. Weitere Argumente für die Entwicklung umweltfreundlicher Anstriche kommen auch von Seiten der Kreuzfahrtreedereien, die an einer umweltfreundlichen Public Relation interessiert sind und nicht die Meeresumwelt in den sensiblen Gewässern schädigen wollen, in denen sie operieren.
In dieser Präsentation wird gezeigt, auf welche Weise neuartige Beschichtungen oder sonstige Antifoulingsysteme getestet werden, bevor sie in den Handel kommen. Dabei wird auch auf aktuelle Trends eingegangen und insbesondere auf die Möglichkeit, seit 2022 das Umweltzeichen „Blauer Engel“ für Antifoulingsysteme zu erlangen. Es werden die Kriterien vorgestellt, die hierfür im Auftrag des Umweltbundesamtes entwickelten und von der Jury Umweltzeichen beschlossenen wurden. Die zu erbringenden Nachweise für die unterschiedlichen Produktgruppen aus dem Antifoulingsektor werden von der RAL UMWELT sowohl bezüglich der Inhaltsstoffe als auch der Wirksamkeitsnachweise geprüft.

Ein effektiver Korrosionsschutz trägt nicht nur zur Langlebigkeit von Ingenieurkonstruktionen bei, sondern auch zur Schonung von natürlichen und industriellen Ressourcen und zur Reduzierung des Energieverbrauchs. Korrosionsschutz und Nachhaltigkeit gehen Hand in Hand.

Korrosionsschutzprozesse und -verfahren verbrauchen jedoch gleichfalls Ressourcen und müssen zusätzlich zur Korrosionsschutzwirkung auch hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit bewertet werden. Hierzu müssen – zusätzlich zu bekannten Emissionskennwerten, z.B. VOC-Emissionen, – weitere Kennzahlen ermittelt werden. Wichtige Nachhaltigkeitskennwerte sind spezifischer Energieverbrauch, spezifischer Materialverbrauch, CO2-Äquivalent und ökologischer Fußabdruck.

Im Vortrag werden Untersuchungen zur Bestimmung von Nachhaltigkeitskennzahlen für die Untergrundvorbereitung von Aluminium- und Stahloberflächen sowie für das Beschichten der Oberflächen mit organischen Korrosionsschutzsystemen vorgestellt. Es werden Untergrundvorbereitungsverfahren für das Beschichten im Neubau sowie für die Reparatur von Beschichtungssystemen betrachtet. Darüber hinaus werden verschiedene standardisierte und innovative Strahlmittel/-verfahren berücksichtigt. Es wird ein ganzheitlicher Ansatz verwendet, der nicht nur die Herstellung/Produktion oder einen Herstellungsabschnitt an sich bewertet, sondern den gesamten Produktentstehungsprozess vom Rohstoff über den Produktlebenszyklus (Prozessschritte) bis zur Entsorgung (Lebenszyklus).

Biofouling-Management ist für die Gewährleistung eines effizienten und nachhaltigen Schiffsbetriebs unerlässlich. Bewuchsschutzbeschichtungen stellen hier die grundlegende Maßnahme zur Kontrolle der Biofouling-Akkumulation auf Schiffsrümpfen dar. Viele der gängigen Antifouling- und Fouling-Release-Beschichtungen sind jedoch mit ökologischen Nachteilen verbunden. Selbstpolierende Copolymere setzen kontinuierlich Biozide und erodierende polymere Verbindungen in die Umwelt frei. Aber auch aus Hochleistungs-Fouling-Release-Beschichtungen (FRC) können schädliche oder persistente Bestandteile (z.B. Silikonöle) in die Umwelt gelangen. Zudem ist die mechanische Stabilität der meist weichen FRCs begrenzt. Vor diesem Hintergrund wurden Beschichtungssysteme mit dem Ziel formuliert, chemisch inerte Fouling-Release-Oberflächen mit verbesserter mechanischer Stabilität zu entwickeln. Es wurden sehr einfache Formulierungen auf der Grundlage von Mischungen verschiedener PDMS-Typen mit unterschiedlicher Kettenlänge und Molekulargewicht mit zwei Polysilazan-Komponenten hergestellt. Die resultierenden Beschichtungen, organisch-anorganische Hybride, die keine Fluoranteile oder mobilen, nicht vernetzten Verbindungen enthalten, wurden von April bis Oktober 2023 auf der Insel Helgoland statisch ausgelagert. Die Bewuchsschutzleistung wurde monatlich bewertet und mit relevanten Materialeigenschaften (Härte, Wasserkontaktwinkel) in Beziehung gesetzt. Am Ende der Feldtests wurden die Proben mittels Hochdruckwasserstrahl gereinigt, um die Fouling-Release-Performance sowie die mechanische Stabilität zu bewerten.

An allen Teilen eines Bootes, die mit Wasser in Berührung kommen, wie z. B. Motorschraube (Propeller), Welle
und Lager oder Lagerblock, kommt es insbesondere nach längeren Liegezeiten zu einem verstärkten Bewuchs
mit Organismen – auch Fouling genannt. Diese unerwünschte Besiedlung von Meeresorganismen auf
Oberflächen kann in Hart- und Weichfouling unterschieden werden.
[1,2] Hartfouling ist gekennzeichnet durch den
Befall mit verschiedenen Krebstieren, Moostierchen, Weichtieren und röhrenbildenden Würmern. Unter
Weichfouling versteht man die Besiedlung u.a. mit Algen und Weichkorallen. Ohne geeigneten Schutz kommt
es im Laufe der Zeit unweigerlich zu einem dichten Bewuchs der unter Wasser liegenden Teile des Bootes, der
meist nur mit großem Aufwand entfernt werden kann. Besondere Herausforderungen stellen Krustentiere dar,
deren Entfernung nur mit starker mechanischer Einwirkung möglich ist, was oft zu Schäden am Boot führt, die
teure Reparaturen nach sich ziehen können. Derzeit bieten Anti-Fouling-Anstriche, die mit Bioziden versetzt
sind, Schutz vor Bewuchs. Aufgrund ihrer zum Teil hochgiftigen Substanzen haben diese jedoch
schwerwiegende Auswirkungen auf das Ökosystem. So sind beispielsweise Anti-Fouling-Farben, die den
giftigen Stoff Tributylzinn (TBT) enthalten, seit 2003 international verboten. Kupfer- und Zinkverbindungen,
zugelassene biozidbasierte, selbstpolierende Anstriche wie DIURON, IRGAROL 1051 (s-Triazin), Chlorthalonil,
Isothiazolin (SEA-NINE 211) dominieren derzeit den Markt. Diese Biozide sind ebenfalls schädlich für die
Meeresumwelt und wurden daher in einigen Ländern verboten.[3]
Aus Sol-Gel hergestellte Beschichtungen haben viele Vorteile[4], da sie mechanisch und chemisch inert und
widerstandsfähig sind. Die Anti-Fouling-Eigenschaften können entweder durch die Beschichtung selbst oder
durch Zusätze mit Anti-Fouling-Eigenschaften erzeugt werden. Es sind mehrere Ansätze bekannt. Dazu
gehören sowohl sehr hydrophile als auch sehr hydrophobe Beschichtungen zur Erzeugung von Anti-FoulingOberflächen. In unserem Fall ist es möglich, verschiedene Substrate, wie Edelstahl, glasfaserverstärkten
Kunststoff, Glas selbst und verschiedene Metallarten mit allen bekannten Applikationsmethoden zu beschichten,
so dass als Beschichtungstechniken Streichen, Sprühen, Rakeln und auch Tauchen in Frage kommen. Mit
diesem variablen Sol-Gel-System ist es möglich, Schichtdicken von 10 µm bis 200 µm zu erzeugen, wobei die
Beschichtung in allen Fällen volltransparent ist, obwohl es auch möglich ist, die Formulierung mit Füllstoffen zu
mischen, um z. B. eine Farbe oder eine bestimmte Qualität einzuführen. Zur Charakterisierung der
Beschichtungen wurden verschiedene Analysemethoden eingesetzt. Neben der Schichtdicke und dem
Gitterschnitttest (für die subjektive Haftung) wurden auch andere Methoden wie die hydraulische Haftfestigkeit
(bis zu 24 MPa), TGA (für das thermische Verhalten), Festkörper-NMR und IR (für strukturelle Erkenntnisse) zur
Charakterisierung verwendet. Um die Beschichtungen unter realen Bedingungen zu testen, wurden
Feldversuche durchgeführt, d.h. Motorschrauben und auch Platten aus den interessanten Materialien wurden
beschichtet und in Flüsse u