Ziel der Entwicklung

Logo: Darstellung der Quellung und Erweichung einer Beschichtung nach Einwirkung von Reinigungsmittel und Ausführung des neuen Kratztests, © Dr. Stephan Zeltner
Darstellung der Quellung und Erweichung einer Beschichtung nach Einwirkung von Reinigungsmittel und Ausführung des neuen Kratztests, © Dr. Stephan Zeltner

Im praktischen Einsatz sind Beschichtungen verschiedenen Einflüssen ausgesetzt. Neben der Einwirkung natürlicher Umweltfaktoren haben Beschichtungen zum Zwecke der Erhaltung der optischen Wirkung auch Kontakt zu verschiedenen Chemikalien, bspw. bei Anwendung von Reinigungsprozeduren. Je nach Verschmutzungsart und -grad werden dabei sehr unterschiedliche Reinigungsmittel verwendet. So werden zur Entfernung von Flugrost auf Beschichtungen stark saure Reiniger und zur Entfernung von öl- oder fettartigen Verunreinigungen stark alkalische Reiniger angewendet. Auch für die Entfernung von Graffitis, die seit vielen Jahren ein großes Problem darstellen, werden sehr verschiedene Graffiti-Entferner eingesetzt. Gerade in diesem Bereich müssen Beschichtungen ständig gereinigt werden. Dabei kommen die Beschichtungen immer wieder mit verschiedenen Chemikalien und Lösemitteln in Kontakt. Teilweise verbleiben Reinigungsmittel sehr lange auf den Oberflächen, wenn nicht die Möglichkeit besteht, diese wieder ausreichend mit Wasser abzuspülen.
Die Beständigkeit von Beschichtungen gegenüber Reinigungsmitteln wird geprüft, in dem man das Reinigungsmittel auf die Beschichtung aufbringt, nach einer kurzen Einwirkdauer wieder entfernt und anschließend die Beschichtung auf Veränderungen hin beurteilt.
Derzeitige Prüfverfahren zur Qualifizierung von Reinigungsmitteln spiegeln die in der Praxis anzutreffenden realen Einwirkdauern und Einwirkhäufigkeiten dabei nur unzureichend wider.
Zudem wird das Verhalten von Beschichtungen bei Einwirkung von Reinigern immer separat betrachtet. Mögliche negative Summeneffekte unterschiedlicher Einwirkfaktoren werden bisher nicht genügend berücksichtigt. Insbesondere wenn beschichtete Metalloberflächen einer hohen korrosiven Belastung, Sonneneinstrahlung und Temperaturwechsel ausgesetzt sind, können ungeeignete Reinigungsmittel das Korrosionsgeschehen an infolge der Alterung veränderten Beschichtungen massiv beschleunigen.
Die Charakterisierung von Beschichtungen nach Einwirken von Reinigungsmitteln erfolgt meist über die Beurteilung sichtbarer Veränderungen im Vergleich zum unbelasteten Zustand. Während Farb- und Glanzänderungen auch messtechnisch erfasst werden, erfolgt die Beurteilung des Quell- und Erweichungsverhaltens meist nur visuell. Eine genauere Differenzierung des Grades der Erweichung oder Quellung wird prüftechnisch bisher nicht durchgeführt, obwohl diese Veränderungen besonders kritisch sind.
Es war daher Ziel dieses Forschungsprojekts ein Kurzzeitprüfverfahren zu entwickeln, das die Umgebungsbelastung und die wiederholte Belastung mit Reinigungsmittel kombiniert. Das Prüfverfahren sollte alle wesentlichen, zum Belastungskollektiv gehörenden Einzelbelastungen (Bewitterung, Korrosionsbelastung, Reinigungsmittelbelastung) einbeziehen.
Eine wichtige Etappe war dabei die Validierung eines Prüfverfahrens zur messtechnischen Erfassung des Quell- und Erweichungsverhaltens.

Vorteile und Lösungen

Für die Entwicklung des kombinierten Kurzzeitprüfverfahren wurden zunächst umfangreiche Einzelbelastungen durchgeführt, um die Parameter, die zu Veränderungen an Beschichtungen führen zu identifizieren.
• Einwirkung von Reinigungsmitteln mit:
verschiedenen Einwirkdauern
verschiedenen Einwirkhäufigkeiten
• Kurzzeit-Bewitterungen mit:
UV-A und UV-B-Strahlung
Wechsel mit Kondensation
verschiedenen Bewitterungsdauern
• Korrosionsbelastungen mit:
Salzsprühnebeltest (NNS bei Stahl und verzinktem Stahl, AASS bei Aluminium)
- Belastungsdauer entsprechend Substrat und Beschichtungssystem
Anschließend wurden jeweils zwei Einzelbelastungen miteinander kombiniert, um die Effekte die die Einzelbelastungen aufeinander haben zu untersuchen. Insbesondere sollte hier untersucht werden, welchen Einfluss die Voralterung bzw. die zyklische Alterung auf die Einwirkung von Reinigungsmitteln haben.
Aus allen Ergebnissen wurden zwei kombinierter Prüfverfahren entwickelt, die die wiederholte Einwirkung durch Reinigungsmittel und die Einwirkung wesentlicher natürlicher Umweltfaktoren simulieren.
Für die Validierung eines messtechnischen Bewertungsverfahrens der Quellung von Beschichtungen nach Einwirkung von Reinigungsmitteln wurden folgende Verfahren herangezogen und auf Eignung untersucht:
- berührende Schichtdickenmessung (Magnetindiktion bzw. Wirbelstromverfahren)
- berührungslose Schichtdickenmessung über Änderung im Oberflächenprofil mittels Konfokalmikroskopie
Für die Validierung eines messtechnischen Bewertungsverfahrens der Erweichung von Beschichtungen nach Einwirkung von Reinigungsmitteln wurden folgende Verfahren herangezogen und auf Eignung untersucht:
- Bestimmung der Eindringhärte mittels Nanoindenter im Mikrohärtebereich
- Einfacher Eindringversuch mit einem zylinder- und kugelförmigen Eindringkörpers
- Kratzprüfung mittels Härteprüfstab und Lineartester mit verschiedenen Kratzwerkzeugen bei unterschiedlichen Kräften
Mittels Fluoreszenzscan konnte die Entfernbarkeit bzw. der Verbleib von Reinigungsmittel in der Beschichtung charakterisiert werden.
In die Untersuchungen wurden 10 Reiniger (saure, neutrale und alkalische aus verschiedenen Anwendungsbereichen) sowie 8 unterschiedliche Graffiti-Entferner einbezogen.
Bei den Beschichtungen wurden 12 Praxissysteme aus dem Fassaden- und Bahnbereich auf Basis von Polyester-Melamin, Polyester, 2K-Polyurethan und 2K-Epoxidharz ausgewählt. Die wasserverdünnbaren als auch lösemittelhaltigen Beschichtungs-stoffe wurden dabei auf verzinkten Stahl, Stahl bzw. Aluminium appliziert und Schichtdicken des jeweiligen Systems zwischen ca. 25 und 300 µm abgebildet.
Folgende wesentliche Ergebnisse wurden aus den umfangreichen Untersuchungen (ca. 8.000 Einzelversuche) erhalten:
- Identifizierung von kritischen Inhaltsstoffen bzw. Inhaltsstoffkombinationen, die das Quell- und Erweichungsverhalten der Beschichtung beeinflussen können
- Ermittlung der Umweltparameter, die die zu stärkeren Veränderungen an Beschichtungen bei zusätzlicher Einwirkung von Reinigungsmitteln führen.
- Anwendungsrahmen der Verfahren zur Bestimmung der Quellung und Erweichung von Beschichtungen
- Entwicklung eines einfachen Eindringversuches zur Bestimmung des Erweichungsverhaltens von Beschichtungen nach Einwirkung von Reinigungsmitteln
- Entwicklung eines Kratztests, mit dem das Erweichungs- und Quellverhalten zusammen charakterisiert werden kann
- Ableiten von zwei kombinierten Prüfverfahren, die die relevanten Wirkfaktoren beinhalten und deren Ablauf und Anzahl an Zyklen an die Praxisanforderung angepasst werden kann.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der Zielmarkt ist nicht auf eine Branche beschränkt, sondern umfasst alle Bereiche in denen Beschichtungen Umwelteinflüssen als auch über Reinigungsprozeduren wiederholt mit Reinigungsmitteln insbesondere Graffit-Entfernern in Kontakt kommen. Auch für den Einsatz beschichteter Flächen im Innenbereich, ohne direkte Bewitterung aber mit Belastung durch UV-C-Strahlung zum Zwecke der Desinfektion kann das entwickelte Prüfverfahren wertvolle Hilfestellung bei der Auswahl geeigneter Reinigungsmittel bzw. Beschichtungssysteme leisten. Für folgende Zielgruppen sind die Ergebnisse des Forschungsprojektes von Nutzen:
Reinigungsmittelhersteller
- Anpassung von Rezepturen z.B. bei Austausch von Bestandteilen (nachhaltig hergestellte Rohstoffe, Rohstoffe mit geringerer CO2-Bilanz, umweltverträglichere und gesundheitlich unbedenklichere Rohstoffe
- Qualifizierung von Reinigungsmitteln für den Einsatz auf eingesetzten Beschichtungen
Beschichtungsstoffhersteller
- Anpassung von Beschichtungsstoffrezepturen, (nachhaltig hergestellte Rohstoffe, Rohstoffe mit geringer CO2-Bilanz, umweltverträgliche und gesundheitlich unbedenkliche Rohstoffe
- Qualifizierung von Beschichtungen hinsichtlich Reinigungsmittelbeständigkeit
Hersteller von Schienenfahrzeugen, Flugzeugen, Automobilen, Verkehrsunternehmen, Apparate- und Gerätebauer etc.
- Langlebigkeit und Nachhaltigkeit der Produkte und damit Schonung von Ressourcen
- Herausgeben von Anwenderinformationen zu geeigneten Reinigungsmitteln
- Anweisungen für den sicheren Einsatz von Reinigungsmitteln
Planer und Ingenieurbüros
- Auswahl von geeigneten Beschichtungssystemen und Reinigungsmitteln für den Erhalt der optischen Eigenschaften (attraktives Erscheinungsbild)
Vermarktungs- und Transferstrategie
Es ist geplant die entwickelten Verfahren als neue Prüfdienstleistungen auf der Internetseite des IKS sowie unter unserem Social-Media-Kanal zu bewerben.
Über die Vorstellung der Ergebnisse des Forschungsprojekts bei internen Weiterbildungsveranstaltungen des IKS sowie externen Vorträgen bei Verbänden (erfolgt bei der VDB-Fachtagung Oberflächentechnik, 20.-21.05.2026) und Arbeitskreisen kann ein breiter Kreis potentieller Kunden informiert werden.
Im Zuge der jährlichen Überarbeitung unseres Webinar- und Seminar-Angebotes soll ein Webinar zum Thema Reinigungsmittelprüfung eingeplant und angeboten werden.
Zudem soll eine IKS-Richtlinie erstellt und beworben werden.
Erwartete wirtschaftliche Effekte
Die oben genannten Zielmärkte sind auch für das IKS als Anbieter von Seminaren für die Weiterbildung interessant, um die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt weiterzugeben und neben der Erhaltung der Kompetenz weiteren Umsatz zu generieren.
Die im Rahmen des Forschungsprojekts ermittelten Ergebnisse sind für den Ausbau und die Erhaltung der Kompetenz des IKS als Forschungsstelle und als akkreditiertes Prüflabor wichtig und stellen die Grundlagen für weitere Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet dar.