Anwender von poly- und perfluorierten Alkylverbindungen (PFAS), auch bekannt als Ewigkeitschemikalien, stehen aufgrund regulatorischer Vorschläge der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) unter Druck. Das betrifft auch den Einsatz von Fluorelastomeren, deren wirtschaftliche Bedeutung enorm ist. Fraunhofer-Experten haben Anfang Februar das Projekt HATE-Fluor initiiert. Gemeinsam wollen sie Hochleistungs-Elastomermischungen als Ersatz für Fluorpolymere in bestimmten technischen Anwendungen entwickeln. Diverse Branchen können davon profitieren, darunter Halbzeug- und Fertigteilproduzenten sowie Unternehmen im Anlagen- und Maschinenbau, in der Medizintechnik, in der Reinraum- und Halbleitertechnik sowie in der chemischen Prozesstechnik und Elektroanwendungen.
Viele Unternehmen suchen nach Alternativen für poly- und perfluorierte Alkylverbindungen (PFAS), da deren Einsatzmöglichkeiten in der Zukunft ungewiss sind und freiwillige Selbstverpflichtungen erwartet werden. PFAS stecken in Alltagsprodukten wie beschichteten Pfannen, Pizzakartons, Outdoor-Jacken, aber auch in Medizintechnik, Wärmepumpen, Batterien. Während es für einige Alltagsanwendungen bereits fluorfreie Substitute gibt, besteht für technische Anwendungen, die extremen Bedingungen standhalten müssen, ein großer Bedarf an neuen individuellen Lösungen zur Substitution von Fluorpolymeren.
PFAS-Ersatz: beschichtete Elastomere und anpassbare Baukastenlösungen
In dem neu initiierten Projekt HATE-Fluor werden Expertenteams am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM fluorfreie beschichtete Elastomere entwickeln und anpassbare Baukastenlösungen anbieten, um den wachsenden Marktbedarf zu decken. Die Lösung umfasst drei Hauptschritte: die Verbesserung der thermischen Stabilität fluorfreier Elastomere durch neuartige Antioxidantien, die Herstellung abgestimmter Elastomerformulierungen und die Entwicklung eines Beschichtungssystems zum Schutz des Elastomers vor oxidativem und chemischem Angriff.
Durch den modularen Aufbau dieses Systems, bestehend aus Lack- und Plasmabeschichtungen, soll ein breites Spektrum im Bereich der fluoralternativen Dichtungen abgedeckt werden. Die Zieleigenschaften werden durch die Einsatzgebiete von den Fluorelastomeren vorgegeben, die in dem Projekt ersetzt werden.
Gebündelte Fraunhofer-Expertise
Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF konzentriert sich im Projekt HATE-Fluor auf die Entwicklung von Hochleistungselastomeren als Ersatz für Fluorpolymere in technischen Anwendungen. Ein Schwerpunkt liegt auf der Verbesserung der thermischen und thermo-oxidativen Stabilität fluorfreier Elastomere durch neuartige Antioxidantien. Zudem werden anwendungsoptimierte Elastomerformulierungen entwickelt, um maximale Beständigkeit und optimale Haftanbindung zu gewährleisten. Ergänzt wird dies durch die Formulierung eines Beschichtungssystems für die Elastomere. Letzteres wird am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM entwickelt, um das Material vor oxidativem Angriff und chemischer Zersetzung zu schützen.
Zudem arbeitet das Fraunhofer IFAM innerhalb des Projekts an der Beschichtung dieser Elastomere, um deren Reibungsreduktion und Barriere-Eigenschaften zu verbessern. Ein besonderer Fokus liegt auf der Entwicklung von Polyimidbeschichtungen in Kombination mit Schichtsilikaten, die die Permeation von schädlichen Gasen und Feuchtigkeit verhindern. Diese Beschichtungen werden insbesondere für Hochleistungselektronik und andere anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt. Darüber hinaus wird die Modifikation der Schichtsilikate untersucht, um die Permeation von Wasserdampf und Sauerstoff durch die Beschichtung um bis zu 99 % zu senken. Die Anwendung dieser Beschichtungen zeigt deutlich verringerte Alterung und unterbindet das Dendritenwachstum in Folge von Schadgasbelastung.
Die Fraunhofer-Institute LBF und IFAM bringen ihre Expertisen zusammen, um neue Lösungen und anwendungsreife Technologien zu entwickeln. Beide Institute besitzen durch langjährige Entwicklungs- und Projektarbeit bereits umfangreiche Kompetenzen in der PFAS-Substitution. Das Projekt HATE-Fluor wird von der Fraunhofer-Gesellschaft im Rahmen des PREPARE-Programms finanziert und läuft drei Jahre.
Mehr Informationen finden Interessierte unter: www.hate-fluor.de
Kontakte
Dr. Elke Metzsch-Zilligen, Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF,
E-Mail: elke.metzsch-zilligen@lbf.fraunhofer.de
Dr. Frank Schönberger, Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF,
E-Mail: frank.schoenberger@lbf.fraunhofer.de
Dr. Ralph Wilken, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM,
E-Mail: ralph.wilken@ifam.fraunhofer.de
- www.lbf.fraunhofer.de
Text zum Titelbild: Kick-off: Das Fraunhofer-Projektteam und die Beiräte aus der Industrie von HATE-Fluor beim ersten Meeting am 8. April 2025 (Bild: Fraunhofer IFAM)
