Ziel der Entwicklung

Logo: Syntheseapparatur zur Herstellung von Biozidpolymeren als Additiv für mineralölbasieret KSS-Emulsionen; © IKTR e. V.
Syntheseapparatur zur Herstellung von Biozidpolymeren als Additiv für mineralölbasieret KSS-Emulsionen; © IKTR e. V.

Wassermischbare Kühlschmierstoffe (KSS) auf Mineralölbasis sind für die meisten Zerspanungsarbeiten unabdingbar. Allerdings sind sie aufgrund ihrer, durch mikrobiellen Befall verkürzten Standzeiten, sehr kostspielig für den metallbearbeitenden Prozess. Konventionelle Konservierung von KSS mit niedermolekularen Bioziden haben eine bisher unzureichende Wirkung, werden rasch abgebaut, können toxische Wirkungen für den Menschen haben und werden streng durch die Biostoffverordnung reglementiert. Verfahrenstechnische Keimreduzierungen sind bisher als eher ineffizient, emulsionsschädigend oder zu kostspielig einzustufen.
Das Ziel des vorliegenden Vorhabens bestand deshalb darin, biozide Polymere (BP) zur Vermeidung von mikrobiellem Wachstum in KSS und damit zur Verlängerung der Standzeit von KSS zu entwickeln. Dazu wurden Untersuchungen zur Synthese, der analytischen Charakterisierung und der mikrobioziden Wirkung in praxisnahen Tests von wasserlöslichen, wasserunlöslichen und chemisch reversibel beladbaren Biozidpolymeren als Additiv für KSS durchgeführt.

Vorteile und Lösungen

Nach Beschaffung von gebrauchten KSS wurde das Mikroorganismenspektrum identifiziert und Isolate für Wirksamkeitsstudien angefertigt. Die Herstellung wasserunlöslicher BPs erfolgte durch Herstellung von Prepolymeren auf Acrylat- und Vinylpyridinbasis und anschließende Quaternierung. Diese wurden als Schüttgut in Durchflusssytemen verwendet. Die Herstellung löslicher BPs erfolgte durch Umsetzung von tertiären Diaminen mit Dihalogenalkanen unter Erhalt von Polyionene. Mittels analytischer Methoden wurden die BPs charakterisiert (TGA, DSC, FTIR). Alle getesteten BPs zeigten biozide Wirkungen. Konzentrationsreihen zeigten, dass sich die BPs zur Topf- und Nachkonservierung von KSS eignen. Eine vollständige Wachstumshemmung gegenüber allen Isolaten konnte bei 500 ppm für die unlöslichen BPs, bei bereits 100 ppm bei den Polyionenen, was vergleichbar mit dem kommerziellen KSS-Biozid (BIT) ist, erreicht werden. Zudem konnte eine bessere Langzeitwirkung der Polyionene gegenüber dem BIT aufgezeigt werden. Durch die Polymeradditivierung mit einem Polyionen konnte die Standzeit eines KSS im Vergleich zur Referenz um das zweieinhalbfache verlängert werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Im Projekt wurde der Nachweis erbracht, dass mit Zugabe des entwickelten bioziden Polymeren zum KSS zum einen die Standzeit signifikant erhöht werden konnte und zum anderen die Schmierwirkung deutlich verbessert wurde.
Beides führt dazu, dass es bei den Unternehmen wesentliche Vorteile gibt:
- geringere Maschinenausfallzeiten aufgrund häufigen Wechsels von KSS gibt
- die Anschaffungskosten für KSS-Einsatz drastisch sinken, der die Standzeit um das 2,5-fache erhöht wurde
- die Werkzeugkosten sich reduzieren, da die Schmierwirkung verbessert wurde
- die Entsorgungskosten deutlich verringert werden
- praxistauglich
- Projektlösung entspricht technologischen, arbeitsmedizinischen und umweltbedingten Anforderungen
Aufgrund dieser sehr positiven Entwicklungsergebnisse, einschließlich der positiven wirtschaftlichen Auswirkungen im Unternehmen, werden die Markteintrittschancen für das im Rahmen dieses Projektes entwickelten bioziden Polymeren als sehr erfolgreich eingeschätzt.
Bereits während der Projektlaufzeit wurden mit potenziell in Frage kommenden Unternehmen Gespräche geführt.