Kratzfeste Antibewuchsschichten

Kratzfeste und dauerhafte Antibewuchsschichten für den Schutz von Unterwassergeräten (U_GrAnt)

Fachhochschule Kiel - Fachbereich Maschinenwesen, Institut für Werkstoff- und Oberflächentechnologie
Prof. Dr. Mohammed Es-Souni

In den vergangenen Jahren hat die Forderung nach einem umfassenden Sicherheitskonzept für Offshore-Anlagensysteme zu einer stetig wachsenden Anzahl sensorieller Überwachungssysteme geführt. Diese weisen bislang - zu Lasten ihrer Lebensdauer - erhebliche Mängel in der Korrosionsbeständigkeit und Bewuchshemmung auf. Aus Umweltschutzgründen dürfen keine Biozid-haltigen Lacke als Schutzschicht eingesetzt werden, mit der Konsequenz, dass die Geräte häufig gereinigt, instandgesetzt und neu lackiert werden müssen. Dies steigert den Arbeits- und Kostenaufwand für die Betreiber erheblich. Der Bedarf an kratzfesten, bewuchshemmenden und zugleich korrosionsbeständigen Beschichtungen ist entsprechend groß.

Mit einem schwellbaren Anti-Fouling-Polymer funktionalisierte kratzfeste Schichten liefern eine biomimetische „Shark-Skin“ Lösung. Aufgabe dieses Vorhabens ist es, diesen Ansatz zu erforschen und innerhalb der nächsten zwei Jahre in die Entwicklungsreife zu überführen.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Teilvorhaben 0325915F mit Mitteln aus dem Bundeshaushalt in Höhe von 319.801,00 EUR. Die Zuwendung gilt für den Zeitraum vom 01.01.2019 bis 31.12.2020. Das Projekt ist Teil des Verbundvorhabens "Forschung auf FINO3 für die Offshore-Windtechnologie".

Eine morphologisch besonders gestaltete Schichtmatrix wird im Physical Vapor Deposition Verfahren auf einem Substrat hergestellt und nachträglich mit einem antiadhäsiven, schwellbaren Polymer beschichtet. Die so geschaffene Schicht besteht aus einem Nanokomposit-Material, das zwei Funktionalitäten vereint: Zum einen ist es hart, kratzfest und korrosionsbeständig und zum anderen mittels der Polymerkomponente bewuchshemmend. Der nanoskalige Charakter des Komposits mit der besonders gestalteten „Shark Skin“ Topographie ermöglicht eine dreidimensionale Nanostruktur mit tiefreichenden Verankerungsstellen für das Polymer. Die entstandene Schicht weist sowohl die besondere Topographie der „Shark Skin“ als auch eine anti-adhäsive Polymer-Deckschicht auf, die wie eine „Schleimschicht“ fungiert. Ihre Struktur ist, da sie in ihrer Funktionalität der „Shark Skin“ sehr nahekommt, biomimetisch. Zugleich ist sie kratzfest.

Die beschriebene Vorgehensweise ist komplett innovativ, macht sich aber industriell etablierte Verfahren zunutze, um eine schnelle Aufskalierung und damit kurz- bis mittelfristige wirtschaftliche Verwertbarkeit sicherzustellen. Ein Proof-of Concept wurde bereits in Vorarbeiten demonstriert.